UPS Cho Hệ Thống PLC, SCADA Và Server Nhà Máy Nên Thiết Kế Thế Nào?

Trong nhà máy, UPS cho PLC, SCADA và server không nên được thiết kế đơn giản bằng cách cộng tất cả công suất thiết bị rồi chọn một bộ UPS lớn hơn. Mỗi nhóm tải có yêu cầu duy trì nguồn khác nhau và mức độ ảnh hưởng khác nhau khi mất điện.

PLC có thể chỉ cần đủ thời gian để duy trì điều khiển hoặc thực hiện quá trình dừng có kiểm soát. SCADA và thiết bị mạng cần duy trì liên lạc. Server có thể cần thêm thời gian để lưu dữ liệu, đóng ứng dụng hoặc tiếp tục vận hành cho đến khi máy phát điện ổn định.

1. Những Thiết Bị Nào Thực Sự Cần Đưa Vào UPS?

Trong hệ thống tự động hóa nhà máy, không phải tất cả thiết bị đều cần được duy trì nguồn khi mất điện. Việc đầu tiên là phân loại tải theo mức độ quan trọng.

Một lỗi thường gặp là đưa toàn bộ van điện từ, relay công suất hoặc tải hiện trường vào UPS dù chúng không cần thiết khi mất điện. Điều này làm công suất UPS và bộ ắc quy tăng rất nhanh.

2. Nên Tách PLC, SCADA Và Server Thành Những Nhóm Nguồn Nào?

Một kiến trúc dễ quản lý là chia hệ thống thành các nhóm tải theo chức năng.

Hình 1. Hệ thống UPS nên được chia theo nhóm tải PLC, SCADA, server và tải hiện trường thay vì đưa toàn bộ thiết bị nhà máy vào cùng một nguồn dự phòng.

3. PLC Nên Dùng UPS AC Hay Bộ Lưu Điện DC 24VDC?

Nếu PLC và phần lớn thiết bị điều khiển sử dụng 24VDC, có thể xem xét bộ lưu điện DC 24VDC. Giải pháp này duy trì trực tiếp đường nguồn DC thay vì phải duy trì nguồn AC rồi chuyển đổi lại qua bộ nguồn AC/DC.

Một cấu trúc điển hình có thể là:

Nếu tủ có nhiều thiết bị dùng AC như máy tính công nghiệp, màn hình hoặc thiết bị mạng nguồn AC thì UPS AC có thể thuận tiện hơn.

Việc chọn phương án AC hay DC cần dựa trên cấu trúc tải thực tế, không nên mặc định một loại phù hợp cho mọi tủ PLC.

4. SCADA Và Server Nên Dùng Loại UPS Nào?

Đối với server, máy trạm SCADA và thiết bị mạng quan trọng, thường cần nguồn có chất lượng ổn định và không bị gián đoạn đáng kể khi nguồn lưới mất.

Trong các hệ thống quan trọng, UPS online chuyển đổi kép thường được xem xét vì tải luôn được cấp qua bộ nghịch lưu, giúp cách ly tốt hơn với biến động nguồn đầu vào. Tuy nhiên, lựa chọn cuối cùng phải dựa trên mức độ quan trọng của hệ thống, yêu cầu chất lượng nguồn và chi phí đầu tư.

5. Cách Tính Công Suất UPS Cho PLC, SCADA Và Server

Đầu tiên cần lập bảng công suất của từng tải được đưa vào UPS.

Sau khi có tổng công suất tải, cần cộng phần dự phòng cho mở rộng và các tải có công suất thay đổi. Có thể dùng mức khoảng 20–30% để tính sơ bộ, sau đó đối chiếu lại với dữ liệu thực tế của UPS và thiết bị.

Không nên chỉ nhìn vào kVA. UPS phải đồng thời đáp ứng cả giới hạn VA và W mà nhà sản xuất công bố.

6. Nên Chọn UPS Chạy Ở Bao Nhiêu Phần Trăm Công Suất?

Không nên thiết kế UPS hoạt động liên tục sát 100% tải danh định nếu không có lý do đặc biệt. Cần chừa khoảng dự phòng cho tải tăng, thiết bị bổ sung và suy giảm hiệu suất theo điều kiện vận hành.

Trong giai đoạn thiết kế sơ bộ, có thể hướng đến mức tải vận hành khoảng 60–80% công suất khả dụng của UPS, sau đó điều chỉnh theo yêu cầu dự án, khả năng mở rộng và hướng dẫn của nhà sản xuất.

Đây là mức tham khảo thiết kế, không phải quy định cố định cho mọi hệ thống.

7. Cách Xác Định Thời Gian Lưu Điện

Thời gian lưu điện không nên chọn theo thói quen như “15 phút” hay “30 phút” mà phải dựa trên mục tiêu vận hành.

Về nguyên tắc sơ bộ, năng lượng cần lưu trữ có thể hình dung theo:

Tuy nhiên, khi chọn ắc quy thực tế phải tính thêm hiệu suất UPS, đặc tính phóng điện của ắc quy, nhiệt độ, mức suy giảm theo thời gian và giới hạn xả của nhà sản xuất.

Hình 2. Công suất UPS và thời gian lưu điện phải được tính từ tổng tải thực tế, thời gian cần duy trì và phần dự phòng của hệ thống.

8. Có Nên Dùng Một UPS Cho Cả PLC Và Server Không?

Có thể, nhưng không phải lúc nào cũng là phương án tốt nhất.

Nếu PLC và server nằm gần nhau, có mức độ quan trọng tương đương và cùng yêu cầu thời gian lưu điện, một hệ UPS chung có thể giúp đơn giản hóa hệ thống.

Ngược lại, nếu PLC nằm tại khu vực sản xuất còn server nằm trong phòng điều khiển hoặc phòng máy chủ, việc tách UPS theo khu vực và chức năng thường giúp dễ quản lý hơn.

9. Khi Nào Cần Thiết Kế UPS Dự Phòng N+1?

Nếu hệ thống không được phép dừng chỉ vì một bộ UPS gặp sự cố, cần đánh giá kiến trúc dự phòng.

Cấu hình N+1 có nghĩa hệ thống có thêm một phần tử dự phòng so với số lượng tối thiểu cần để cấp tải.

Ví dụ, nếu tải cần hai mô-đun UPS để hoạt động thì cấu hình N+1 có thể sử dụng ba mô-đun, sao cho khi một mô-đun gặp lỗi, các mô-đun còn lại vẫn đủ cấp tải.

10. Có Cần Đường Bypass Cho UPS Không?

Với hệ thống quan trọng, đường bypass thường được xem xét để tải vẫn có thể được cấp điện khi UPS cần bảo trì hoặc gặp sự cố.

Có thể có bypass tích hợp trong UPS hoặc đường bypass bảo trì bên ngoài tùy hệ thống. Việc thiết kế cần bảo đảm tránh thao tác nhầm và phải có quy trình chuyển nguồn rõ ràng.

Đối với server hoặc SCADA quan trọng, cấu trúc cấp nguồn cũng nên xét trường hợp thiết bị có hai bộ nguồn đầu vào độc lập.

11. UPS Có Nên Cấp Cho Van Điện Từ Và Contactor Không?

Không nên mặc định đưa toàn bộ van điện từ, contactor và tải chấp hành vào UPS.

Các tải này có thể làm tăng nhanh công suất UPS và dung lượng ắc quy, trong khi nhiều quy trình khi mất điện lại yêu cầu cơ cấu chấp hành về trạng thái an toàn thay vì tiếp tục hoạt động.

Chỉ nên cấp UPS cho tải chấp hành khi phân tích vận hành xác định rằng tải đó phải được duy trì để hoàn thành quá trình dừng hoặc giữ hệ thống ở trạng thái yêu cầu.

12. Khi Có Máy Phát Điện Thì UPS Còn Cần Không?

Máy phát điện và UPS thực hiện hai nhiệm vụ khác nhau.

Máy phát có thể duy trì nguồn trong thời gian dài nhưng cần thời gian khởi động và ổn định. UPS có thể cấp nguồn ngay trong khoảng thời gian chuyển tiếp đó.

Do đó, thời gian lưu điện của UPS có thể được xác định dựa trên thời gian máy phát khởi động cộng thêm phần dự phòng phù hợp.

Hình 3. UPS duy trì nguồn ngay sau khi mất điện lưới và giữ hệ thống PLC, SCADA hoặc server hoạt động trong thời gian chờ máy phát điện ổn định.

13. Những Lỗi Thường Gặp Khi Thiết Kế UPS Cho Nhà Máy

14. Checklist Thiết Kế UPS Cho PLC, SCADA Và Server

Điện Phúc Thịnh – Phụ Kiện Đấu Nối Cho Tủ PLC Và Hệ Thống Nguồn Dự Phòng

Trong tủ PLC, SCADA và hệ thống nguồn dự phòng, ngoài UPS và bộ nguồn còn cần các vật tư đấu nối như cầu đấu, đầu cos, đầu siết cáp, dây điều khiển, dây tín hiệu, thanh DIN và phụ kiện đi dây.

Khách hàng có thể gửi sơ đồ điện, tiết diện dây, số lượng nhánh nguồn và yêu cầu đấu nối để Điện Phúc Thịnh hỗ trợ kiểm tra nhóm phụ kiện phù hợp.