Tại Việt Nam, việc áp dụng tiêu chuẩn kỹ thuật trong tự động hóa vẫn chưa được quan tâm đúng mức. Nhiều kỹ sư vẫn dựa vào kinh nghiệm cá nhân để thiết kế và triển khai hệ thống, thay vì tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế đã được công nhận. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến tính đồng bộ và độ tin cậy của hệ thống mà còn hạn chế khả năng mở rộng và bảo trì về sau. Khi nền công nghiệp ngày càng hội nhập với thế giới, việc nắm vững và áp dụng tiêu chuẩn giúp kỹ sư tự động hóa có thể làm việc trên các hệ thống tiên tiến, nâng cao tính chuyên nghiệp và tăng khả năng cạnh tranh trên thị trường toàn cầu.
Trong ngành tự động hóa công nghiệp, tiêu chuẩn kỹ thuật đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự tương thích, an toàn và tối ưu hóa hiệu suất hệ thống. Một hệ thống điều khiển tự động có thể bao gồm nhiều thiết bị đến từ các nhà sản xuất khác nhau, hoạt động trên các giao thức truyền thông khác nhau và tích hợp vào nhiều môi trường sản xuất khác nhau. Nếu không có các tiêu chuẩn chung, việc đồng bộ hóa các thiết bị và hệ thống trở nên khó khăn, dễ dẫn đến lỗi vận hành, mất ổn định hoặc giảm hiệu suất. Đơn giản như việc dùng ký hiệu trong các bản vẽ kỹ thuật, nếu không áp dụng tiêu chuẩn như ISA5.1, sẽ không có sự thống nhất trong việc hiểu các ký hiệu và cách đặt tên thiết bị, điều này có thể phát sinh những cách hiểu khác nhau cho cùng một thiết bị.
Tiêu chuẩn kỹ thuật trong tự động hóa được thiết lập để giải quyết các vấn đề về kết nối, an toàn, khả năng mở rộng và tối ưu hóa hệ thống. Một trong những tiêu chuẩn quan trọng nhất là IEC 61131 dành cho lập trình bộ điều khiển logic khả trình (PLC). Tiêu chuẩn này đảm bảo rằng kỹ sư có thể làm việc với PLC của nhiều nhà sản xuất khác nhau mà không cần phải học lại từ đầu.
Ngoài ra, các tiêu chuẩn về truyền thông công nghiệp như Modbus, PROFIBUS, EtherNet/IP và OPC UA giúp thiết bị tự động hóa có thể trao đổi dữ liệu với nhau một cách trơn tru, bất kể chúng đến từ thương hiệu nào. Nếu không có tiêu chuẩn này, hệ thống có thể bị phân mảnh, gây khó khăn trong việc giám sát và điều khiển.
Trong các hệ thống SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), tiêu chuẩn ISA-95 giúp kết nối dữ liệu từ hệ thống tự động hóa cấp nhà máy lên các hệ thống quản lý doanh nghiệp (ERP – Enterprise Resource Planning). Điều này cho phép các nhà quản lý có cái nhìn tổng quan về hiệu suất sản xuất và đưa ra quyết định dựa trên dữ liệu thực tế.
Bên cạnh khả năng kết nối, tiêu chuẩn cũng giúp đảm bảo an toàn cho hệ thống. Ví dụ, IEC 61508/61511 là các tiêu chuẩn quan trọng trong an toàn chức năng, giúp xác định các cấp độ SIL (Safety Integrity Level) để bảo vệ hệ thống điều khiển khỏi sự cố nguy hiểm. Việc tuân thủ các tiêu chuẩn này không chỉ giúp giảm thiểu rủi ro tai nạn lao động mà còn đáp ứng yêu cầu pháp lý khi vận hành các hệ thống tự động hóa trong ngành công nghiệp dầu khí, hóa chất hay sản xuất thực phẩm.
Đối với kỹ sư tự động hóa, tiêu chuẩn cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa vận hành và bảo trì hệ thống. Chẳng hạn, tiêu chuẩn ISO 13849 về an toàn máy móc giúp thiết kế hệ thống điều khiển an toàn, giảm thiểu nguy cơ sự cố và tăng độ bền của thiết bị. Trong khi đó, tiêu chuẩn ISO 50001 về quản lý năng lượng hỗ trợ các nhà máy triển khai hệ thống tự động hóa tiết kiệm điện năng, giảm chi phí vận hành mà vẫn đảm bảo hiệu suất sản xuất.
Trong thực tế, tiêu chuẩn kỹ thuật trong tự động hóa được áp dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Trong các nhà máy sản xuất, hệ thống PLC, HMI (Human Machine Interface) và SCADA được triển khai theo tiêu chuẩn IEC 61131 để đảm bảo khả năng lập trình linh hoạt và dễ dàng mở rộng.
Trong ngành dầu khí, các hệ thống điều khiển và an toàn quá trình được thiết kế theo IEC 61511 để đảm bảo an toàn cho thiết bị và con người khi vận hành. Các tiêu chuẩn như API 2350 (kiểm soát mức bồn chứa) giúp đảm bảo hệ thống đo lường và kiểm soát mức chất lỏng trong các bể chứa, tránh rủi ro tràn bồn.
Trong ngành thực phẩm và dược phẩm, tiêu chuẩn GAMP 5 (Good Automated Manufacturing Practice) đảm bảo các hệ thống tự động hóa trong sản xuất thuốc và thực phẩm tuân thủ các yêu cầu nghiêm ngặt về chất lượng và truy xuất nguồn gốc. Điều này giúp các sản phẩm đạt tiêu chuẩn xuất khẩu sang các thị trường khó tính như châu Âu và Mỹ.
Ngoài ra, trong lĩnh vực năng lượng tái tạo, tiêu chuẩn IEC 61400 cho phép các hệ thống giám sát và điều khiển tuabin gió hoạt động ổn định, tối ưu hiệu suất phát điện và bảo vệ hệ thống khỏi điều kiện thời tiết khắc nghiệt.
Vì thế tiêu chuẩn kỹ thuật trong tự động hóa không chỉ giúp đảm bảo tính tương thích và an toàn của hệ thống mà còn hỗ trợ kỹ sư nâng cao hiệu suất vận hành, tối ưu hóa chi phí và đáp ứng các yêu cầu pháp lý. Việc tuân thủ tiêu chuẩn không chỉ giúp doanh nghiệp sản xuất và vận hành hệ thống một cách hiệu quả mà còn nâng cao tính chuyên nghiệp và năng lực cạnh tranh của kỹ sư tự động hóa trong kỷ nguyên công nghiệp 4.0.
Trong lĩnh vực kỹ thuật, các tiêu chuẩn quốc tế thường chứa đựng các định nghĩa, các điều phải làm (shall) hay các điều nên làm (should). Vì là tiêu chuẩn nên các điều, các chương mang tính chung chung nhất quán cho các ngành kỹ thuật khác nhau, cho nên ngoài bộ tiêu chuẩn còn có các tài liệu khác có tính chi tiết hơn và rất hữu ích trong công tác tra cứu thiết kế. Cụ thể là các tài liệu sau:
Báo cáo kỹ thuật (Technical Reports - TR) thường cung cấp hướng dẫn về cách áp dụng tiêu chuẩn chính. Đây không phải là tài liệu bắt buộc nhưng mang lại những hiểu biết và khuyến nghị hữu ích để triển khai tiêu chuẩn một cách hiệu quả.
Thực hành khuyến nghị (Recommended Practices - RP) là các tài liệu độc lập cung cấp những phương pháp tốt nhất được khuyến khích áp dụng. Tương tự như các báo cáo kỹ thuật, chúng không chứa những điều khoản bắt buộc mà đóng vai trò như hướng dẫn để cải thiện quy trình và hệ thống.
Trong ngành dầu khí, thực hành khuyến nghị của API (American Petroleum Institute) mang tính phổ biến, chúng có tính chất tương tự với thực hành khuyến nghị. Các tài liệu này cung cấp hướng dẫn và phương pháp tốt nhất cho ngành dầu khí, tập trung vào an toàn, bảo vệ môi trường và hiệu quả vận hành. Các thực hành khuyến nghị của API được công nhận và sử dụng rộng rãi trên toàn cầu để đảm bảo các tiêu chuẩn ngành được đáp ứng.
Trong các tình huống xảy ra tranh cãi về thiết kế, vận hành kỹ thuật, các kỹ sư thường viện dẫn các điều khoản trong tiêu chuẩn, các thực hành khuyến nghị cụ thể là cơ sở để giải quyết các xung đột về kỹ thuật.
Tiêu chuẩn kỹ thuật có thể được áp dụng trong nhiều giai đoạn khác nhau của vòng đời hệ thống tự động hóa, từ thiết kế, bảo trì đến vận hành.
Trong giai đoạn thiết kế, tiêu chuẩn giúp kỹ sư đảm bảo hệ thống tuân thủ các quy định và thông lệ kỹ thuật. Các tiêu chuẩn như IEC 61131 (lập trình PLC), IEC 61511 (hệ thống an toàn quá trình), và ISA-88 (điều khiển theo lô) cung cấp hướng dẫn chi tiết để thiết kế hệ thống điều khiển có độ tin cậy cao, dễ bảo trì và mở rộng. Kỹ sư có thể tham khảo các hướng dẫn thiết kế trong tiêu chuẩn để tối ưu hóa hệ thống, giảm thiểu chi phí và tăng cường khả năng tương thích với các hệ thống khác.
Trong giai đoạn bảo trì, tiêu chuẩn giúp thiết lập quy trình bảo trì định kỳ, giúp kéo dài tuổi thọ thiết bị và đảm bảo hiệu suất tối ưu. Ví dụ, IEC 61508 xác định các cấp độ SIL (Safety Integrity Level) để đảm bảo hệ thống điều khiển an toàn trong môi trường khắc nghiệt, còn ISO 13849 cung cấp hướng dẫn bảo trì cho các hệ thống máy móc. Tuân thủ các tiêu chuẩn này giúp kỹ sư nhanh chóng phát hiện các vấn đề tiềm ẩn và xử lý trước khi chúng gây ảnh hưởng đến hoạt động của nhà máy.
Trong giai đoạn vận hành, tiêu chuẩn giúp duy trì hiệu suất của hệ thống và đảm bảo an toàn cho người vận hành. Các tiêu chuẩn như ISA-95 hỗ trợ việc tích hợp dữ liệu từ hệ thống SCADA lên các hệ thống quản lý sản xuất (MES) và doanh nghiệp (ERP), giúp nâng cao khả năng giám sát và tối ưu hóa hoạt động. Ngoài ra, tiêu chuẩn cũng có thể được sử dụng như tài liệu đào tạo để nâng cao trình độ cho nhân viên vận hành, đảm bảo họ hiểu rõ cách thức hoạt động và các quy trình an toàn trong hệ thống.
Khi xây dựng bản vẽ thiết kế hoặc thực hiện các chỉnh sửa kỹ thuật, việc tuân thủ tiêu chuẩn là yếu tố quan trọng nhằm đảm bảo an toàn, tính nhất quán và khả năng vận hành của hệ thống. Thứ tự ưu tiên của các tiêu chuẩn thường được sắp xếp như sau:
1. Công ước quốc tế
Đây là các quy định mang tính toàn cầu, do các tổ chức quốc tế ban hành và được nhiều quốc gia cam kết tuân thủ.
Ví dụ: Công ước SOLAS về an toàn sinh mạng trên biển, Công ước MARPOL về phòng ngừa ô nhiễm môi trường do tàu biển.
2. Tiêu chuẩn và quy chuẩn tại nước sở tại
Mỗi quốc gia có các quy định riêng về an toàn, chất lượng và vận hành hệ thống, bắt buộc áp dụng trong phạm vi lãnh thổ.
Tại Việt Nam, hai hệ thống tiêu chuẩn chính là:
QCVN (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia): Mang tính pháp lý, bắt buộc tuân thủ. Ví dụ: QCVN 01:2020/BCT về an toàn điện.
TCVN (Tiêu chuẩn Việt Nam): Thường mang tính khuyến nghị nhưng có thể trở thành bắt buộc nếu được viện dẫn trong quy định pháp luật. Ví dụ: TCVN 6008:2010 về thử nghiệm áp lực thiết bị áp lực.
3. Tiêu chuẩn quốc tế
Khi không có quy định cụ thể trong tiêu chuẩn quốc gia, các tiêu chuẩn quốc tế sẽ được áp dụng nhằm đảm bảo tính đồng bộ và tương thích với công nghệ tiên tiến.
Một số hệ thống tiêu chuẩn quốc tế phổ biến:
IEC (International Electrotechnical Commission): Tiêu chuẩn về thiết bị điện và điện tử. Ví dụ: IEC 60079 về thiết bị điện trong môi trường dễ cháy nổ.
ISA (International Society of Automation): Tiêu chuẩn về tự động hóa công nghiệp. Ví dụ: ISA-95 về tích hợp hệ thống doanh nghiệp và điều khiển.
4. Các khuyến nghị kỹ thuật và thực hành tốt nhất
Đây là các tài liệu hướng dẫn giúp nâng cao hiệu suất, an toàn và độ tin cậy của hệ thống, thường được các hiệp hội kỹ thuật ban hành.
Một số ví dụ:
ISA-TR (Technical Report): Báo cáo kỹ thuật của ISA, cung cấp hướng dẫn chuyên sâu nhưng không mang tính bắt buộc. Ví dụ: ISA-TR20.00.01 về bảng thông số kỹ thuật cho thiết bị đo lường và điều khiển.
API RP (Recommended Practice): Khuyến nghị thực hành của Viện Dầu khí Hoa Kỳ (API), áp dụng nhiều trong ngành dầu khí. Ví dụ: API RP 551 về hướng dẫn lựa chọn và thiết kế hệ thống đo lường trong công nghiệp.
Vì vậy, trong quá trình thiết kế và vận hành hệ thống kỹ thuật, việc tuân thủ tiêu chuẩn cần được thực hiện theo thứ tự ưu tiên từ công ước quốc tế, quy định trong nước, tiêu chuẩn quốc tế, đến các hướng dẫn kỹ thuật. Cách tiếp cận này giúp đảm bảo an toàn, chất lượng và khả năng tương thích của hệ thống với các yêu cầu kỹ thuật và quy định pháp lý.
