CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SAFETY
3.2 CÁC THÀNH PHẦN TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SAFETY
3.2.4 Hệ thống dự phòng – redundancy
Như đã trình bày ở chương 2, phần 2.5 về xây dựng hệ thống để đạt được SIL mong muốn. Phương pháp dự phòng redundancy là một trong những phương pháp có thể cải tiến hệ thống để nâng mức độ an toàn (SIL).
Giải pháp dự phòng (Redundancy) là một trong những giải pháp tất yếu trong hệ thống điều khiển tự động được áp dụng tại các nhà máy sản xuất. Tùy theo chất lượng và thời gian đáp ứng của hệ thống dự phòng có thể chia hệ thống thành 03 cấp độ với tính chất khác nhau như sau:
a. Dự phòng lạnh
Hệ thống dự phòng mà thời gian đáp ứng được quan tâm tối thiểu và có thể cần sự can thiệp của người vận hành.
GVHD : TS. Trương Đình Châu
HV : Phan Thanh Hải – MS 13153062 & Hoàng Anh Tú – MS 13153069
Cơ chế: Thiết kế hoặc chế tạo sẵn một mô đun (tạm gọi là phụ tùng thay thế) hay một hệ thống tương tự với hệ thống đang vận hành. Nếu có sự cố hoặc cần sửa chữa, bảo trì thì người vận hành kỹ thuật lập tức thay thế cái mới, do đó không tốn nhiều thời gian phải chờ đợi.
Ưu/khuyết điểm: Phương án dự phòng này chỉ áp dụng đối với những hệ thống mà khi có sự cố xảy ra không ảnh hưởng nhiều đến tính nguy hiểm, tính an toàn, sản phẩm không bị hư hỏng khi phải chờ một thời gian để bảo trì và thay thế.
Hình 3.11: Công đoạn vận chuyển sản phẩm b. Dự phòng ấm
Được sử dụng khi thời gian chờ là quan trọng nhưng phải mất một thời gian tạm thời thì vẫn còn chấp nhận được.
Cơ chế: Hệ thống dự phòng ấm thường có hai bộ vi xử lý kết nối trong một cấu hình chính và dự phòng. Bộ xử lý chính của hệ thống điều khiển các tín hiệu ngõ vào và ngõ ra, trong khi bộ xử lý phụ được cấp nguồn và chờ cho bộ xử lý chính không điều khiển quá trình. Khi xảy ra sự cố, bộ xử lý phụ đảm nhận điều khiển các tín hiệu ngõ vào/ ngõ ra và trở thành bộ xử lý chính, cho phép bộ xử lý chính thành bộ xử lý thứ cấp và có thể được bảo trì mà không mất quyền kiểm soát quá trình.
Ưu/khuyết điểm: Từ một khía cạnh phần cứng, hệ thống dự phòng ấm và nóng hầu như giống hệt nhau, dễ nhầm lẫn khi nhìn vào dữ liệu cung cấp của các nhà sản xuất.
GVHD : TS. Trương Đình Châu
HV : Phan Thanh Hải – MS 13153062 & Hoàng Anh Tú – MS 13153069 Hình 3.12: Trạm bơm công nghiệp
c. Dự phòng nóng
Rất cần thiết khi quá trình vận hành không được dừng dưới bất kỳ trường hợp nào, có tính liên tục cao.
Cơ chế: Như đã nêu ở trên, việc bố trí hệ thống dự phòng nóng thì hầu như giống với hệ thống dự phòng ấm. Tuy nhiên, hệ thống dự phòng nóng cung cấp chuyển đổi liên tục của các tín hiệu I/O trong suốt quá trình chuyển đổi từ bộ xử lý chính sang phụ.
Ưu/khuyết điểm: Dự phòng nóng được áp dụng đối với những hệ thống cần phản ứng nhanh đối với các sự cố. Tuy nhiên, mức độ đầu tư ban đầu sẽ tốn chi phí nhiều hơn. Sử dụng phương án dự phòng này cho những hệ thống cần thiết sự ổn định, xác suất sự cố xảy ra được giảm đến mức thấp nhất, đem lại sự an toàn và đảm bảo liên tục cho người sử dụng.
Hình 3.13: Điều khiển các van lưu lượng
GVHD : TS. Trương Đình Châu
HV : Phan Thanh Hải – MS 13153062 & Hoàng Anh Tú – MS 13153069
Trong hệ thống điều khiển đa cấp, Redundancy được chia ra làm 03 mức:
Dự phòng thiết bị điều khiển (Device reduduancy)
Dự phòng SCADA (SCADA redundancy)
Dự phòng mạng (Network redundancy)
Tùy theo yêu cầu về sự cần thiết về chất lượng và độ tin cậy của hệ thống điều khiển mà xây dựng phương án dự phòng cho phù hợp với hiệu quả kinh tế.
Không phải tất cả tự động hóa trong công nghiệp đều cần đến giải pháp dự phòng, tuy nhiên đa số các hệ thống tự động trong nhà máy lớn nơi mà tổn thất trong việc tạm ngừng do hư hỏng thiết bị điều khiển hoặc trục trặc của truyền thông lớn hơn đầu tư một hệ thống dự phòng thì giải pháp dự phòng luôn được các nhà máy, xí nghiệp quan tâm hàng đầu. Ví dụ như trong các nhà máy điện, nhà máy lọc dầu, dây chuyền nhà máy xi măng, công nghiệp khai khoáng là những hệ thống lớn trong sản xuất, do đó thường có đầy đủ 03 mức trên để đảm bảo cho hệ thống hoạt động liên tục, xuyên suốt dù có bất kỳ sự cố nào xảy ra đối với thiết bị điều khiển, Server SCADA hay hệ thống mạng.
Ví dụ : Trên những giàn khai thác dầu khí, việc duy trì nguồn điện liên tục là điều tối quan trọng, không chỉ ảnh hưởng đến vấn đề sản xuất (việc ngừng khai thác khi có sự cố mất nguồn có thể gây thiệt hại cả triệu đô la một ngày) mà còn đe dọa đến vấn đề an toàn tính mạng cho con người và an toàn cho môi trường. Do đó luôn có các giải pháp dự phòng cho nguồn điện (ví dụ giàn khai thác trung tâm PQP-HT của BDPOC sử dụng dự phòng nóng của hãng ABB).
Hệ thống thiết bị sử dụng năng lượng Nguồn điện 1
Primary 1
Nguồn điện 2 Standby 2
Nguồn điện 3 Standby 3
Hình 3.14: Dự phòng nguồn điện
GVHD : TS. Trương Đình Châu
HV : Phan Thanh Hải – MS 13153062 & Hoàng Anh Tú – MS 13153069