Trước đây, các hệ thống DCS thường có kích thước rất lớn, đắt đỏ và rất phức tạp. Điều này dẫn tới việc nhiều kỹ sư điều khiển sử dụng bộ điều khiển logic khả trình (PLCs) và giao diện người máy (HMI) nhằm giảm chi phí. Ngày nay, để thực thi các hệ thống này vẫn còn đắt hơn các hệ thống DCS cho cùng một ứng dụng quá trình hay ứng dụng mẻ.

Báo cáo này cho biết những ưu điểm chính của các hệ thống DCS so với các hệ thống PLC/HMI và giá trị của từng yếu tố cấu thành.

Tóm tắt

Báo cáo này được phát triển nhằm giúp bạn có thể biết được cách làm thế nào để giảm chi phí tự động hóa quá trình của mình. Có lẽ bạn cũng biết, tích hợp giao diện người vận hành của PLC độc lập và giao diện người vận hành yêu cầu tốn rất nhiều thời gian và công sức. Công sức tập trung vào việc làm cho công nghệ tương tác với nhau hơn là cải tiến hoạt động, giảm chi phí, nâng cao chất lượng hay khả năng sinh lời của nhà máy.

Rất nhiều kỹ sư thường không nghĩ về nó, tuy nhiên một hệ thống PLC/HMI có thể có một tập hợp con, bao gồm các cơ sở dữ liệu duy nhất và được điều chỉnh thủ công.

Từng bộ điều khiển và I/O liên quan của nó

HMI (có thể là nhiều HMI)

Quản lí cảnh báo

Dự phòng ở mọi cấp độ

Ghi dữ liệu

Tối ưu hóa tài sản thiết bị

Quản lí thiết bị fieldbus

Từng cơ sở dữ liệu này phải được giữ đồng bộ một cách thủ công. Mỗi khi có thay đổi được thực hiện trong một cơ sở dữ liệu, các dữ liệu khác thường cần phải được update để phản ánh sự thay đổi đó. Thí dụ, khi một điểm I/O và một số logic điều khiển được bổ sung, bạn cần thay đổi hay bổ sung một đơn vị HMI, dữ liệu lịch sử và cơ sở dữ liệu cảnh báo. Điều này có nghĩa là kỹ sư của bạn phải thực hiện những thay đổi này trong từng cơ sở dữ liệu, không chỉ có một.

Trong trường hợp thay đổi có thể được thực hiện trong khi cài đặt cảnh báo trong vòng lặp điều khiển. Trong khi thực thi một PLC, không có kết nối tự động nào giữa PLC và HMI. Điều này có thể là một vấn đề lớn trong quá trình khởi tạo một ứng dụng mới khi những hạn chế cảnh bảo đang được cải tiến liên tục trong bộ điều khiển để tìm ra quá trình đồng thời cập nhật quản lí cảnh báo và ứng dụng HMI với những thay đổi và thực sự hữu ích đối với người vận hành .

Những ưu điểm chính

Các hệ thống DCS hiện nay được phát triển cho phép bạn thực thi nhanh chóng toàn bộ hệ thống bằng cách tích hợp tất cả cơ sở dữ liệu này vào làm một khối được thiết kế, cấu hình và điều khiển từ cùng một ứng dụng.

Bảng dưới đây giải thích về cách thực hiện tiết kiệm bằng cách sử dụng hệ thống DCS hiện nay trên một hệ thống PLC/HMI. Thông tin này đã được thu thập từ hàng chục năm chuyên thực thi hệ thống của kỹ sư ABB; người sử dụng cuối; kỹ sư điều khiển; các nhà tư vấn; các nhà tích hợp hệ thống, những người triển khai cả hai giải pháp điều khiển dựa trên yêu cầu ứng dụng và sở thích của người sử dụng cuối .

	PLC/HMI	Hệ thống điều khiển phân tán (DCS)	*Tiết kiệm thời gian với điều khiển quá trình
Kỹ thuật	Kỹ sư điều khiển phải vẽ ra sơ đồ tích hợp hệ thống giữa HMI, cảnh báo, giao tiếp bộ điều khiển, và nhiều bộ điều khiển cho mọi dự án mới. Các địa chỉ điều khiển (tags) phải được vẽ thủ công trong tài liệu kỹ thuật cho phần còn lại của hệ thống. Quy trình thủ công này tốn nhiều thời gian và có nguy cơ sinh ra lỗi. Kỹ sư cũng phải thường phải mất hàng tuần tìm hiểu nhiều công cụ phần mềm.	Khi logic điều khiển được thiết kế, cảnh báo, HMI và giao tiếp của hệ thống được cấu hình tự động. Một công cụ cấu hình phần mềm được sử dụng để thiết lập cơ sở dữ liệu bằng các thành phần của hệ thống. Các tiếp cận đơn giản này cho phép kỹ sư thấu hiểu môi trường này chỉ trong vài ngày.	15 - 25% tùy thuộc vào số lượng bao nhiêu HMI và cảnh báo được thiết kế vào hệ thống.
Lập trình	Logic điều khiển, cảnh báo, giao tiếp hệ thống và HMI được lập trình độc lập. Kỹ sư điều khiển chịu trách nhiệm tích hợp/link nhiều cơ sở dữ liệu để tạo ra hệ thống. Các mục được sao lưu thủ công trong mọi đơn vị của hệ thống bao gồm. ‐ Dữ liệu về khả năng mở rộng ‐ Các mức cảnh báo ‐ Vị trí các tag (địa chỉ) Chỉ có điều khiển cơ bản. Việc mở rộng trong tính năng cần được tạo trên từng nền tảng ứng dụng (chuyển tiếp về phía trước, dò tìm, tự điều chỉnh, cảnh báo …) Cách tiếp cận này đem tới các ứng dụng phi tiêu chuẩn, không phù hợp để vận hành và bảo trì. Dự phòng ít khi được sử dụng với PLC. Một nguyên nhân là khó cài đặt và quản lí dự phòng cho ứng dụng.	Khi logic điều khiển được phát triển, các HMI faceplate, cảnh báo và giao tiếp hệ thống được cấu hình tự động. Các faceplate tự động xuất hiện sử dụng cùng các mức cảnh báo và thiết lập khả năng mở rộng trong logic điều khiển. Những đơn vị dữ liệu quan trọng không chỉ được thiết lập một lần trong hệ thống. Điều này giúp giảm đáng kể thời gian hiệu chỉnh kỹ thuật và triển khai một hệ thống cũng như xử lí các lỗi xẩy ra trong hệ thống.   Dự phòng được cài đặt trong phần mềm một cách nhanh chóng và dễ dàng, gần như với chỉ một click vào một nút.	15%- 45%
Đưa vào hoạt động	Kiểm tra một hệ thống PLC / HMI thường được thực hiện tại hiện trường sau khi tất cả kết nối dây đã được hoàn tất và giám đốc sản xuất thắc mắc "Tại sao hệ thống vẫn chưa chạy?” Mô phỏng offline có thể thực hiện nhưng sẽ tốn thêm công sức lập trình để viết mã mô phỏng ứng dụng bạn đang điều khiển. Do chi phí cao và lập trình phức tạp, việc này ít khi được thực hiện.	Các hệ thống điều khiển quá trình cùng với khả năng mô phỏng tự động quá trình dựa trên logic, HMI và cảnh báo đang được người vận hành tại nhà máy sử dụng. Điều này giúp giảm đáng kể thời gian tại hiện trường do lập trình đã được kiểm tra trước khi kết nối dây.	10 - 20% tùy thuộc vào độ phức tạp của khởi động và đưa vào vận hành.
Sửa lỗi	Sửa lỗi nguồn là công cụ được sử dụng nếu kỹ sư điều khiển lập trình chúng trong hệ thống.   Thí dụ, nếu một đầu ra hay đầu vào được kết nối với hệ thống, logic điều khiển sẽ được lập trình vào để tận dụng điểm điều khiển. Nhưng liệu khi hoạt động này được cập nhật, liệu dữ liệu có được nối với HMI hay không? Cảnh báo đã được đặt nhằm cảnh báo cho người vận hành khi xẩy ra sự cố hay không? Liệu các điểm này có được kết nối với các bộ điều khiển khác hay không? Lập trình logic ít khi được lộ ra cho ngườ vận hành do nó là một công cụ phần mềm khác và hiển thị không trực quan cho người vận hành có thể hiểu được.	Mọi thông tin hiển thị tự động cho người vận hành dựa trên logic đang được thực hiện trong các bộ điều khiển. Điều này làm giảm đáng kể thời gian để xác định các vấn đề và làm cho nhà máy của bạn hoạt động trở lại. Người vận hành cũng có thể truy nhập để quan sát các khối chức năng đồ họa khi chúng hoạt động để thấy được bộ phận nào hoạt động và bộ phận nào không hoạt động. Phân tích nguyên nhân chính là một tiêu chuẩn. Chẩn đoán trạng thái thiết bị hiện trường (HART và Fieldbus) xuất phát từ bảng điều khiển người vận hành.	10‐40% (thay đổi tùy theo thời gian sử dụng để phát triển HMI và cảnh báo, và giữ cho hệ thống được cập nhật).
Khả năng thay đổi để đáp ứng các yêu cầu quá trình	Thay đổi logic điều khiển nhằm đáp ứng yêu cầu của ứng dụng mới là khá dễ dàng. Trở ngại xuất phát từ những yêu cầu tích hợp tính năng mới vào trạm người vận hành. Việc ghi tài liệu sẽ được phát triển cho mọi thay đổi. Nếu bạn đã thay đổi một điểm đầu vào sang một địa chỉ hay một tag mới, thay đổi đó phải được truyền một cách thủ công trên toàn bộ hệ thống.	Bổ sung hoặc thay đổi logic trong hệ thống rất dễ dàng. Trong nhiều trường hợp thậm chí còn dễ hơn thay đổi logic với các thư viện mã được dựng sẵn và thông dụng. Khi thay đổi được thực hiện, dữ liệu nhập vào logic điều khiển được tự động truyền tới tất cả các thành phần của hệ thống. Điều này có nghĩa là càng có ít lỗi và hệ thống đã được thay đổi với chỉ một thay đổi duy nhất trong logic điều khiển.	Tiết kiệm 20‐25%
Đào tạo người vận hành	Đào tạo người vận hành là trách nhiệm của người phát triển ứng dụng.   Sẽ không có hoạt động đào tạo người vận hành từ nhà cung cấp do mọi faceplate, màn hình HMI hay chức năng quản lí cảnh báo có thể được cài đặt một cách khác nhau. Thậm chí trong một số ứng dụng đơn lẻ, người vận hành có thể thấy được đồ họa đối với các khu vực khác nhau của ứng dụng mà họ đang theo dõi. Điều này có thể làm giảm đáng kể chi phí đào tạo nhờ vào giao diện người vận hành trên mọi ứng dụng thông dụng và đáp ứng mong muốn của người vận hành, bất kể người thực thi hệ thống là ai.	Đào tạo người vận hành từ nhà cung cấp điều khiển quá trình. Điều này là do thông tin và cách thức tiêu chuẩn hóa được đưa cho người vận hành	10‐15% là phổ biến trong việc giảm chi phí đào tạo người vận hành nhưng có thể dẫn tới tăng lên với sự kiên trì của người vận hành.
Ghi tài liệu hệ thống	Việc ghi tài liệu tùy thuộc vào từng thành phần của toàn bộ hệ thống. Khi từng thành phần được thay đổi, việc ghi tài liệu phải được tạo ra để giữ cho tài liệu luôn được cập nhật. Việc này ít khi xẩy ra, gây nên rất nhiều vấn đề với những thay đổi trong tương lai và khắc phục sự cố.	Khi logic điều khiển được tạo ra, việc ghi tài liệu cho tất các các thành phần của hệ thống được tạo ra tự động.	30 — 50 % tùy vào bản chất của hệ thống đang được đưa vào sử dụng.

Kết quả theo yêu cầu của bạn

Như bạn biết, có những “khoản tiết kiệm tiêu chuẩn". Tiết kiệm cá nhân của bạn sẽ biến đổi so với dự đoán và có thể thay đổi rất nhiều. Để giúp bạn xác định tiết kiệm cho ứng dụng của bạn, chúng tôi có hai công cụ hỗ trợ bạn:

Một công cụ tự hỗ trợ, bảng đánh giá quá trình tùy chỉnh (có thể tìm thấy tại địa chỉ: http://www.abbprocess.com/files/Process_Eval_Worksheet.xls )  Sau khi bạn down công cụ này bạn sẽ có thể thay đổi các ô được đánh dấu màu vàng để giúp bạn biết được đâu là nơi cso thể tiết kiệm trong ứng dụng của bạn. Một ví dụ của bảng dữ liệu được chỉ ra dưới đây.

Ứng dụng quá trình mẫu 2 Bộ điều khiển, 500 I/O với 25 vòng lặp PID, 1 trạm làm việc cũng giám sát các thành phần khác của nhà máy
Các giai đoạn của dự án	PLC/HMi			Hệ thống điều khiển quá trình
	Tổng số giờ	USD/giờ	Chi phí	Tiết kiểm	Chi phí
Hiệu chỉnh kỹ thuật	210	120 USD	25.200 USD	20%	20.160 USD
Giá mua	N/A	N/A	45.000 USD	0%	45.000 USD
Lập trình/ thực thi	160	0	19.200 USD	45%	10.560 USD
Lắp đặt/nối dây	200	120 USD	24.000 USD	0%	24.000 USD
Tích hợp	60	120 USD	7.200 USD	95%	360 USD
Đưa vào hoạt động	20	120 USD	2.400 USD	40%	1.440 USD
Sửa lỗi (chi phí mỗi giờ gồm cả thời gian dừng nhà máy	10	10.000 USD	100.000 USD	20%	80.000 USD
Nâng cấp quá trình	100	120 USD	12.000 USD	45%	6.600 USD
Đào tạo/Ghi tài liệu	60	120 USD	7.200 USD	50%	3.600 USD
Tổng			242.200 USD	21 %	191.172 USD

2) Bạn có thể thuê chuyên gia điều khiển quá trình của ABB để đánh giá quá trình theo ý muốn và hỗ trợ bạn hoàn thành bảng dữ liệu. Rất nhiều kỹ sư nhận thấy buổi thảo luận dài 20 - 30 phút này thực sự hữu ích do chuyên gia của chúng tôi am hiểu cả kiến trúc DCS và PLC/HMI cũng như có thể giúp bạn hiểu được đâu là nơi mà tiết kiệm được chỉ ra trong bảng dữ liệu thực sự xuất phát từ đâu. Để tìm đại diện địa phương của bạn, hãy nhấc điện thoại gọi 800 ..., chọn #2, sau đó bấm #5.

Kết luận

Nếu bạn sử dụng PLC và HMI để điều khiển quá trình hay các ứng dụng mẻ, ứng dụng của bạn là một ứng viên để giảm thiểu chi phí và đạt được khả năng điều khển tốt hơn. Tiết kiệm của bạn sẽ trở nên đáng kể và sẽ tiếp tục giảm chi phí trên vòng đời hệ thống của bạn. Chúng tôi hi vọng giúp bạn xác định được những khoản tiết kiệm này và thực hiện chúng trong những ứng dụng tiếp theo của mình.

ELECVN.COM
(Theo HDH Dịch từ ABB.com)