Hệ thống DCS là gì? Chúng có những chức năng gì? Cùng theo dõi bài viết dưới đây để tìm hiểu thêm về DCS là gì và lý do DCS được sử dụng rộng rãi trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp?
1. DCS là gì?
DCS là viết tắt của tên tiếng anh Distributed Control System, mang nghĩa là hệ thống điều khiển phân tán. DCS là hệ thống điều khiển của một dây chuyền sản xuất, một quá trình hoặc bất cứ một hệ thống nào.
Trong đó, các bộ điều khiển không đặt tập trung tại một nơi mà như tên gọi, sẽ được phân tán trên toàn hệ thống khác nhau. Mỗi hệ thống con sẽ được điều khiển bởi một hoặc nhiều bộ điều khiển riêng biệt.
2. Phân loại hệ thống điều khiển phân tán DCS
Hệ thống DCS thường được phân loại thành ba hệ thống thứ cấp sau:
2.1 Hệ thống DCS truyền thống
Các hệ thống này sử dụng các bộ điều khiển quá trình theo kiến trúc riêng của từng nhà sản xuất. Các hệ thống cũ thường đóng kín, ít tuân theo các chuẩn giao tiếp công nghiệp, các bộ điều khiển được sử dụng cũng thường chỉ làm nhiệm vụ điều khiển quá trình, vì vậy phải sử dụng kết hợp các thiết bị điều khiển khả trình PLC (Programmable Logic Controller).
2.2 Hệ thống DCS trên nền PLC
Hầu hết các PLC hiện đại không chỉ có thể thực hiện các phép tính logic đơn giản, mà còn có khả năng làm việc với các tín hiệu tương tự và thực hiện các phép toán số học, các thuật toán điều khiển phản hồi. PLC được sử dụng trong các hệ điều khiển phân tán thường có cấu hình mạnh, hỗ trợ điều khiển trình tự cùng với các phương pháp lập trình hiện đại.
2.3 Hệ thống DCS trên nền PC
Nếu so sánh với các bộ điều khiển khả trình PLC và các bộ điều khiển DCS đặc chủng thì thế mạnh của PC chính là tính năng mở, khả năng lập trình tự do, hiệu năng tính toán cao và đa chức năng, cũng như giá thành cạnh tranh.
3. Chức năng của hệ thống DCS
Chức năng chính và quan trọng nhất của hệ thống điều khiển DCS là điều khiển toàn bộ quá trình công nghệ trong nhà máy. Bên cạnh đó, DCS còn có thể vận hành và giám sát hệ thống.
3.1 Chức năng điều khiển
Chức năng điều khiển của DCS được đảm nhận bởi các thiết bị điều khiển đặt tại phòng điều khiển trung tâm hoặc trong các trạm điều khiển ở nhà máy. Chức năng điều khiển được chia nhỏ ra thành 2 dạng sau:
- Điều chỉnh tự động: thực hiện điều chỉnh phản hồi các vòng trong quá trình liên tục.
- Điều khiển tuần tự: thực hiện cho một số công đoạn làm việc theo chuỗi sự kiện nối tiếp.
3.2 Chức năng vận hành và giám sát hệ thống
DCS cho phép biểu thị toàn bộ quá trình; thiết bị trong nhà máy lên màn hình một cách trực quan và sinh động bên cạnh các giao diện vận hành và giám sát có sẵn.
Hệ thống DCS được phân chia, sắp xếp, thể hiện các tham số, trạng thái dưới nhiều hình thức khác nhau giúp người vận hành dễ quan sát. Đồ thị được sử dụng giúp việc giám sát, so sánh, đánh giá chất lượng và ra quyết định điều khiển dễ dàng hơn.
Bên cạnh đó, việc đưa ra các cảnh báo cùng một số gợi ý xử lý trong DCS cũng được đánh giá cao với nhiều cấp độ như:
- Cảnh báo nguy cơ (Warning)
- Báo động (Alarm)
- Báo lỗi (Failure)
4. Các thành phần trong hệ thống DCS
4.1. Trạm điều khiển cục bộ
Bộ phận này đôi khi còn được gọi với tên khác là khối điều khiển cục bộ (local control unit, LCU) hoặc trạm quá trình (process station, PS). Đây là nơi thực hiện mọi chức năng điều khiển cho một công đoạn, thường được đặt trong phòng điều khiển hoặc rải rác ở gần khu vực hiện trường.
4.2. Trạm vận hành
Trạm vận hành (operator station, OS) được đặt ngay tại phòng điều khiển trung tâm, có thể hoạt động song song, độc lập với nhau. Tuy nhiên, để thuận tiện trong việc vận hành hệ thống, trạm vận hành thường được sắp xếp ở mỗi phân đoạn hoặc phân xưởng tương ứng.
4.3. Trạm kỹ thuật
Trạm kỹ thuật (engineering station, ES) trong DCS là nơi cài đặt các công cụ, đặt cấu hình cho hệ thống và tham số hóa các thiết bị trường, tạo và theo dõi chương trình ứng dụng điều khiển và giao diện người – máy,…
4.4. Hệ thống truyền thông
Bộ phận này bao gồm bus hệ thống (system bus) và bus trường (fieldbus). Bus hệ thống có nhiệm vụ nối mạng các trạm điều khiển cục bộ với nhau và với các trạm vận hành, trạm kỹ thuật. Bus trường có nhiệm vụ ghép nối trạm điều khiển với các trạm vào/ra phân tán và các thiết bị trường thông minh khác
Ngoài các thành phần chính được liệt kê trên, một hệ thống DCS còn có thêm thành phần khác như: trạm vào/ra từ xa (remote I/O station), các bộ điều khiển chuyên dụng,…
5. Ưu điểm hệ thống DCS
5.1 Mức điều khiển cao
Đa phần hệ thống DCS đều bao gồm các bộ điều khiển, hệ thống mạng truyền thông và phần mềm điều hành được tích hợp. Do đó, DCS có khả năng quản lý được rất nhiều điểm vào/ra.
5.2 Cấu hình linh hoạt
Với khả năng dự phòng kép ở tất cả thành phần, DCS có thể thay đổi các chương trình, thêm bớt các thành phần trong cấu trúc của hệ mà không làm gián đoạn hay phải khởi động lại quá trình. Thêm nữa, DSC hiện tại hỗ trợ rất nhiều phương thức truyền thông như: Profibus, Ethernet và Foundation FieldBus từ cục bộ cho đến cấp quản lý.
5.3 Tỷ lệ lỗi thấp
DCS thường có hệ thống mở cùng khả năng tích hợp cao với các PLC khác để điều khiển máy và công đoạn sản xuất độc lập. Vì vậy, hệ thống DCS có tỷ lệ lỗi thấp, giúp tiết kiệm chi phí điều khiển trong các nhà máy đồng thời dễ thực hiện bảo trì và vận hành.
5.4 Tính sẵn sàng và độ tin cậy
Hệ thống điều khiển phân tán DCS hiện đại đều có sẵn các cơ chế dự phòng an toàn, có thể khởi động lại khi xảy ra sự cố bất ngờ. Bên cạnh đó, các chế độ bảo trì, chẩn đoán và chỉ thị lỗi cũng được trang bị. Hệ thống DSC còn cho phép người sử dụng cài đặt thêm các chế độ bảo mật khác nhằm hạn chế, điều khiển và kiểm soát quyền truy nhập dữ liệu.
Qua tất cả những đặc điểm trên chứng minh rằng DCS là hệ thống hoàn toàn có thể đáp ứng yêu cầu về giải pháp tự động hóa tích hợp tổng thể.
6 Phân biệt giữa DCS và SCADA
Dưới đây các khác biệt chính giữa DCS và SCADA :
- DCS được định hướng theo quy trình, còn SCADA là định hướng thu thập dữ liệu.
- Trong DCS, các mô-đun hoặc bộ điều khiển thu thập dữ liệu thường được đặt trong một khu vực hạn chế và giao tiếp giữa các đơn vị điều khiển phân tán khác nhau được thực hiện thông qua mạng cục bộ. Còn SCADA thường bao gồm các khu vực có địa lý lớn hơn, sử dụng các hệ thống thông tin liên lạc khác nhau thường kém tin cậy hơn mạng cục bộ.
- Hệ thống DCS sử dụng điều khiển vòng kín tại trạm điều khiển quá trình và tại các thiết bị đầu cuối từ xa. Còn SCADA không có điều khiển vòng kín như vậy.
- DCS có phần mềm giao diện người vận hành tích hợp với cơ sở dữ liệu thẻ. Còn SCADA yêu cầu bạn mua phần mềm bổ sung và xây dựng hoặc nhập thẻ của bạn.
