DCS cho phép giám sát, điều khiển và quản lý quá trình sản xuất một cách hiệu quả thông qua việc phân tán các bộ điều khiển về từng khu vực hoặc thiết bị cụ thể. Vậy DCS hoạt động như thế nào? Cùng khám phá chi tiết trong bài viết dưới đây.

1. Hệ thống DCS là gì?

DCS (Distributed Control System) là hệ thống điều khiển phân tán được ứng dụng phổ biến trong các nhà máy sản xuất và quy trình công nghiệp tự động. DCS phân bổ các bộ điều khiển đến từng khu vực hoặc thiết bị riêng biệt trong toàn bộ hệ thống, giúp tối ưu hóa việc giám sát và điều khiển.

Hệ thống DCS được sử dụng để quản lý các quá trình sản xuất phức tạp, liên tục và yêu cầu độ chính xác cao như: ngành dầu khí, hóa chất, điện lực, thực phẩm, dược phẩm... 

2. Phân loại hệ thống điều khiển phân tán DCS

Hệ thống điều khiển phân tán DCS được chia thành ba loại chính, tùy thuộc vào nền tảng và kiến trúc điều khiển được sử dụng. Mỗi loại hệ thống DCS mang lại những ưu điểm riêng, phù hợp với từng quy mô và đặc thù vận hành của doanh nghiệp.

Hệ thống DCS truyền thống

Đây là dạng hệ thống DCS được phát triển theo kiến trúc riêng của từng nhà sản xuất. Các hệ thống này thường cần kết hợp thêm PLC (Programmable Logic Controller) để đảm nhiệm những tác vụ điều khiển phức tạp hơn.

Hệ thống DCS trên nền PLC

Các dòng PLC hiện đại không chỉ xử lý logic đơn giản mà còn có khả năng làm việc với tín hiệu tương tự, thực hiện phép toán số học và thuật toán điều khiển phản hồi. Trong các hệ thống DCS trên nền PLC, thiết bị điều khiển thường được cấu hình mạnh, hỗ trợ lập trình theo trình tự và các phương pháp điều khiển nâng cao, giúp nâng cao tính linh hoạt và hiệu quả trong quản lý quy trình sản xuất.

Hệ thống DCS trên nền PC

Hệ thống DCS trên nền PC có ưu thế nổi bật về khả năng lập trình tự do, hiệu năng tính toán cao và khả năng mở rộng linh hoạt. Ngoài ra, giá thành cạnh tranh và khả năng tích hợp đa chức năng cũng là những yếu tố khiến loại hệ thống này được ưa chuộng trong các ứng dụng yêu cầu xử lý dữ liệu lớn hoặc giao diện người dùng thân thiện.

3. Chức năng của hệ thống DCS là gì? 

Hệ thống điều khiển phân tán DCS (Distributed Control System) đóng vai trò cốt lõi trong việc tự động hóa và giám sát toàn bộ quá trình công nghệ trong nhà máy. DCS còn đảm nhiệm vai trò vận hành và theo dõi hệ thống, giúp doanh nghiệp tối ưu hiệu suất, đảm bảo an toàn và duy trì chất lượng ổn định.

Điều khiển trong hệ thống DCS

Tùy theo đặc điểm của quy trình sản xuất, chức năng điều khiển được chia thành hai dạng chính:

Điều chỉnh tự động: DCS đảm nhận việc tự động phản hồi và điều chỉnh các vòng lặp trong quy trình sản xuất liên tục, đảm bảo các thông số công nghệ luôn được duy trì trong giới hạn cho phép.
Điều khiển tuần tự: DCS điều phối các bước vận hành theo một chuỗi sự kiện có thứ tự, thích hợp với những quy trình cần tuân thủ trình tự rõ ràng như đóng gói, phối trộn, cấp liệu...

Vận hành và giám sát hệ thống

DCS có khả năng hiển thị toàn bộ quy trình sản xuất lên màn hình vận hành một cách trực quan và dễ quan sát. Các thông số, trạng thái thiết bị được trình bày đa dạng thông qua giao diện đồ họa trực quan, biểu đồ, bảng số liệu, hệ thống cảnh báo thông minh: 

Hệ thống cảnh báo thông minh, bao gồm nhiều cấp độ: 

• Cảnh báo nguy cơ (Warning)

•  Báo động (Alarm)

• Báo lỗi nghiêm trọng (Failure)

4. Các thành phần trong hệ thống DCS là gì?

Hệ thống điều khiển phân tán DCS (Distributed Control System) được cấu thành từ nhiều thành phần khác nhau, đảm nhiệm các chức năng điều khiển, giám sát, cấu hình và truyền thông trong toàn bộ hệ thống. Dưới đây là các thành phần chính trong hệ thống DCS:

Trạm điều khiển cục bộ (Local Control Unit - LCU)

Trạm điều khiển cục bộ còn được gọi là trạm quá trình (Process Station - PS) là nơi thực hiện các tác vụ điều khiển chính cho từng công đoạn sản xuất giúp xử lý dữ liệu từ thiết bị trường, tính toán và gửi tín hiệu điều khiển phù hợp.

Trạm vận hành (Operator Station - OS)

Đây là nơi người vận hành giám sát và điều khiển toàn bộ quá trình thông qua giao diện đồ họa trực quan. Trạm vận hành thường được đặt tại phòng điều khiển trung tâm, nhưng cũng có thể được phân bổ tại từng phân xưởng để tiện theo dõi từng phần của dây chuyền sản xuất. Các trạm OS có thể hoạt động song song và độc lập.

Trạm kỹ thuật (Engineering Station - ES)

Trạm kỹ thuật là nơi dùng để cấu hình hệ thống, cài đặt phần mềm, tham số hóa thiết bị trường, viết và hiệu chỉnh các chương trình điều khiển, tạo giao diện người máy (HMI) cũng như giám sát hoạt động của toàn hệ thống. 

Hệ thống truyền thông

Hệ thống truyền thông trong DCS bao gồm:

System Bus (bus hệ thống): Kết nối các trạm điều khiển, trạm vận hành và trạm kỹ thuật với nhau, tạo thành một mạng lưới điều khiển thống nhất.

Fieldbus (bus trường): Kết nối trạm điều khiển với các I/O phân tán và thiết bị trường thông minh như cảm biến, van điều khiển,...

Hệ thống truyền thông là yếu tố then chốt giúp trao đổi dữ liệu nhanh chóng, chính xác giữa các thành phần trong hệ thống.

Các thành phần mở rộng khác

Bên cạnh các bộ phận chính, hệ thống DCS còn có thể bao gồm: Trạm vào/ra từ xa (Remote I/O Station), bộ điều khiển chuyên dụng,...

5. Các bước lập trình cho một hệ thống DCS chuẩn kỹ thuật

Việc lập trình cho hệ thống điều khiển phân tán DCS (Distributed Control System) là một quy trình chuyên sâu, bao gồm nhiều bước phối hợp giữa phần cứng, phần mềm và công nghệ truyền thông. Dưới đây là các bước lập trình cơ bản trong một hệ thống DCS:

Thiết lập hệ thống DCS

Hệ thống DCS được cấu hình dựa trên một máy chủ DCS (DCS Server) cùng nhiều trạm kỹ thuật (Engineering Workstations). Toàn bộ hệ thống từ phần cứng, phần mềm đến nền tảng truyền thông thường được cung cấp đồng bộ từ một nhà sản xuất duy nhất, đảm bảo tính tương thích và đồng bộ cao.

Tạo dự án lập trình tích hợp

Các kỹ sư lập trình sẽ xây dựng một dự án tích hợp, trong đó bao gồm:

• Chương trình điều khiển PLC – xử lý logic và điều khiển thiết bị.

• Chương trình SCADA – phục vụ hiển thị và giám sát dữ liệu theo thời gian thực.

Hai phần này được liên kết chặt chẽ để đồng bộ quá trình điều khiển và vận hành hệ thống.

Thực thi dự án DCS

Sau khi hoàn tất lập trình, hệ thống được triển khai thông qua các bước sau:

• Tải chương trình điều khiển xuống PLC

• Khởi chạy chương trình SCADA trên các máy tính vận hành

• Cấu hình và tải chương trình cho các thiết bị Remote I/O và thiết bị trường

• Quy trình này giúp hệ thống đi vào hoạt động ổn định và chính xác theo các thông số thiết kế.

Chỉnh sửa và bảo trì trong quá trình vận hành

Khi hệ thống đang hoạt động, kỹ sư có thể thực hiện các chỉnh sửa kỹ thuật nếu được cấp quyền truy cập hệ thống. Nếu muốn thay đổi cách hoạt động của một máy bơm trong SCADA, kỹ sư có thể click vào biểu tượng bơm, chương trình điều khiển tương ứng từ PLC sẽ được tải lên và hiển thị trực tiếp trên màn hình máy tính để chỉnh sửa.

6. Ưu điểm của hệ thống DCS là gì?

Hệ thống điều khiển phân tán DCS (Distributed Control System) không chỉ là giải pháp tối ưu trong các nhà máy sản xuất hiện đại mà còn mang đến nhiều lợi thế vượt trội về độ linh hoạt, hiệu quả vận hành và khả năng kiểm soát hệ thống. Dưới đây là những ưu điểm nổi bật của hệ thống DCS:

Mức độ điều khiển cao và toàn diện

DCS là hệ thống điều khiển tích hợp sẵn các bộ xử lý, mạng truyền thông và phần mềm điều hành. Nhờ đó, hệ thống có thể quản lý hàng nghìn điểm vào/ra (I/O) và kiểm soát nhiều quy trình phức tạp một cách chính xác và hiệu quả được sử dụng trong các ngành công nghiệp quy mô lớn như hóa chất, dầu khí, năng lượng…

Cấu hình linh hoạt và dễ mở rộng

Hệ thống DCS được thiết kế với kiến trúc dự phòng kép (redundant) ở tất cả các thành phần. Cho phép người dùng có thể thay đổi chương trình, thêm hoặc bớt các module trong cấu trúc hệ thống mà không cần dừng máy hoặc khởi động lại toàn bộ quá trình. Ngoài ra, DCS còn hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông phổ biến như Profibus, Ethernet, Foundation Fieldbus, đảm bảo khả năng kết nối từ cấp trường đến cấp quản lý.

Giảm thiểu lỗi và tiết kiệm chi phí vận hành

DCS có khả năng tích hợp linh hoạt với các hệ thống PLC, đảm bảo điều khiển hiệu quả các công đoạn riêng biệt trong dây chuyền sản xuất. Với hệ thống mở và khả năng tự động hóa cao, DCS giúp giảm đáng kể tỷ lệ lỗi, đồng thời tiết kiệm chi phí vận hành và bảo trì cho doanh nghiệp.

Độ tin cậy và tính sẵn sàng cao

Một trong những ưu điểm nổi bật nhất của hệ thống DCS là khả năng vận hành ổn định và liên tục. Hệ thống được tích hợp các tính năng:

Dự phòng lỗi tự động

• Chẩn đoán sự cố theo thời gian thực

• Hiển thị cảnh báo và báo lỗi chi tiết

• Tùy chọn thiết lập quyền truy cập và bảo mật hệ thống

7. Phân biệt giữa DCS và SCADA

DCS (Distributed Control System) và SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) đều là những hệ thống điều khiển phổ biến trong lĩnh vực công nghiệp. Dưới đây là bảng so sánh giữa DCS và SCADA:

Với khả năng kiểm soát linh hoạt, độ chính xác cao và tính ổn định vượt trội, hệ thống DCS phù hợp cho các quy trình sản xuất liên tục, cần độ tin cậy cao và phản hồi nhanh chóng. Trong khi đó, SCADA là lựa chọn tối ưu cho các hệ thống phân tán địa lý rộng, yêu cầu giám sát từ xa nhiều điểm khác nhau. Mọi thông tin chi tiết xin vui lòng liên hệ Intech Group qua hotline 0966.966.103 / 0966 966 032 để được tư vấn và hỗ trợ kịp thời.