Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Bản vẽ thiết bị đo lường (mã môn học: AUTM53006) là tài liệu đào tạo chuyên môn cơ sở thuộc chương trình đào tạo nghề Sửa chữa thiết bị tự động hóa ở trình độ trung cấp và cao đẳng. Tài liệu được ban hành chính thức theo Quyết định số 216/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 03 năm 2022 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (thuộc Tập đoàn Dầu khí Việt Nam), phục vụ lưu hành nội bộ trong công tác đào tạo kỹ thuật đo lường và tự động hóa công nghiệp. Ban biên soạn giáo trình gồm ThS. Phạm Thị Thu Hường (Chủ biên), cùng hai đồng tác giả là Nguyễn Thị Lan và Đỗ Mạnh Tuân thuộc Bộ môn Tự động hóa.

Trong khung chương trình đào tạo, môn học có tổng thời lượng 45 giờ (trong đó gồm 42 giờ giảng dạy lý thuyết, 0 giờ thực hành và 3 giờ kiểm tra định kỳ), tương đương 3 tín chỉ. Học phần này được xếp vào nhóm môn học, mô-đun cơ sở ngành (nhóm II.1), được giảng dạy sau các môn học nền tảng như Điện tử cơ bản (AUTM53102), Mạch logic số (AUTM53104), Thiết bị đo lường (AUTM55005) và bố trí trước các môn học chuyên môn sâu như Hiệu chuẩn thiết bị đo lường (AUTM55107), Cơ sở điều khiển quá trình (AUTM53110), Hệ thống điều khiển phân tán (DCS).

Mục tiêu học tập của giáo trình được xác định cụ thể qua các chuẩn đầu ra:

  • Chuẩn A1: Nhận biết và mô tả chính xác các loại bản vẽ kỹ thuật sử dụng trong công tác đo lường tự động hóa.
  • Chuẩn A2: Nhận biết và thuyết minh đúng các biểu tượng, ký hiệu thiết bị và đường liên kết trên bản vẽ.
  • Chuẩn A3: Diễn giải các thành phần tiêu chuẩn bao gồm biểu tượng đồ họa, mã số định danh và bảng dữ liệu.
  • Chuẩn A4: Diễn giải chi tiết các dạng bản vẽ điện, bản vẽ vòng điều khiển và sơ đồ công nghệ.
  • Chuẩn C1: Rèn luyện năng lực tự chủ, tính cẩn thận, tỉ mỉ và trách nhiệm trong quá trình xử lý hồ sơ kỹ thuật.

Cấu trúc giáo trình tiếp cận theo hướng chuẩn hóa quốc tế, chia thành hai chương lý thuyết trọng tâm: Chương 1: Các loại bản vẽ thiết bị đo lường (21 giờ) và Chương 2: Thành phần của bản vẽ tiêu chuẩn (24 giờ). Giáo trình xây dựng nội dung dựa trên việc đối chiếu trực tiếp giữa hệ thống tiêu chuẩn quốc tế của Hiệp hội Tự động hóa Quốc tế (ISA), Viện Tiêu chuẩn Quốc gia Hoa Kỳ (ANSI) với hồ sơ kỹ thuật thực tế đang vận hành tại các nhà máy thuộc ngành Dầu khí.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương và chủ đề chính

Nội dung giáo trình được triển khai theo trật tự logic từ nhận diện tài liệu tổng thể đến phân tích chi tiết từng thành phần đồ họa và cấu trúc sơ đồ điều khiển:

  1. Chương 1: Các loại bản vẽ thiết bị đo lường (21 giờ):

    • Bảng danh mục thiết bị (Instrument Index): Cung cấp cấu trúc trường dữ liệu định danh toàn bộ thiết bị trong công trình (Hình 1-1), bao gồm số thẻ thiết bị (Tag No), chức năng (Service), vị trí lắp đặt (Location), nhà sản xuất (MFR), số hiệu bảng đặc tính kỹ thuật (Spec Sheet No), số hiệu bản vẽ P&ID, số hiệu bản vẽ vòng điều khiển (Loop Sheet Dwg No), bản vẽ bố trí mặt bằng/tủ điều khiển (Location and routing or panel Dwg No), bản vẽ chi tiết lắp đặt (Inst Detail Dwg No), bản vẽ đường ống (Piping Dwg No), bản vẽ điện (Elect Dwg No), bản vẽ nhà thầu (Vendor Dwg No) và phần ghi chú (Note).
    • Thông số kỹ thuật chung (General Specifications): Trình bày quy chuẩn về mã tiêu chuẩn, cấu trúc bảng lắp đặt, thông gió, tiếp địa, cáp nối, môi trường nguy hiểm; quy cách ren cơ khí (3/4 inch cho đồng hồ áp suất, 1 inch cho thiết bị đo nhiệt độ); tiêu chuẩn Hiệp hội Khí đốt Hoa Kỳ (AGA) đối với tấm Orifice với tỷ lệ đường kính 0.75.
    • Phân loại bản vẽ thiết bị: Phân tích chức năng của Bản vẽ chi tiết lắp đặt (Installation Detail Drawings - Hình 1-2), Bản vẽ vị trí lắp đặt trên mặt bằng (Location Drawings - Hình 1-3) và Bản vẽ vòng điều khiển (Control Loops - Hình 1-4). Minh họa vòng điều khiển phản hồi lưu lượng mẫu với 4 thiết bị cơ bản: tấm Orifice (FE2), bộ chuyển đổi áp suất chênh áp (FT2) phát tín hiệu khí nén 2-20 psig, bộ điều khiển lưu lượng (FIC2) và van điều khiển khí nén (FV2).
    • Biểu tượng thiết bị và đường liên kết: Nhận dạng ký hiệu thiết bị đơn lẻ (Discrete Instrument), bộ điều khiển chia sẻ (Shared Control), màn hình hiển thị chia sẻ (Shared Display), chức năng máy tính (Computer Function), bộ điều khiển logic khả trình (PLC) theo chuẩn ISA (Hình 1-5, Hình 1-6). Phân biệt đường ống công nghệ với các loại đường liên kết tín hiệu điện, khí nén (Hình 1-7, Hình 1-8).
    • Hệ thống đánh số thẻ thiết bị (Tag Numbering): Cấu trúc số thẻ gồm mã định danh khu vực (Area Designation - Hình 1-9), chữ cái đầu tiên chỉ đại lượng đo/biến khởi tạo theo Bảng 1-1 (Hình 1-10), các chữ cái kế tiếp chỉ chức năng hiển thị/bị động (Hình 1-11) và mã số vòng điều khiển (ví dụ vòng điều khiển 401 gồm FT401, FIC401, FV401 tại Hình 1-12).

  2. Chương 2: Thành phần của bản vẽ tiêu chuẩn (24 giờ):

    • Quy chuẩn biểu tượng ISA: Hệ thống bảng tra cứu ký hiệu phần tử sơ cấp (Bảng 2-1), phần tử thứ cấp (Bảng 2-2), thiết bị phụ trợ và mở rộng (Bảng 2-3), phần tử điều khiển cuối (Bảng 2-4) và bộ truyền động (Bảng 2-5).
    • Hệ thống đánh số bản vẽ và khung tên (Title Block): Cấu trúc số hiệu bản vẽ (Hình 2-1, Hình 2-2) gồm 2 chữ số nhận diện khu vực/tòa nhà (01-99), 1 chữ cái định danh bộ phận thiết kế theo Bảng 2-6 (ví dụ chữ "I" đại diện cho Instrumentation Department), 1 chữ số phân loại bản vẽ từ 1 đến 9 theo Bảng 2-7 (số 2 là Instrumentation P&IDs), và 2 chữ số thứ tự bản vẽ (01-99).
    • Bảng dữ liệu thiết bị (Data Sheet) và Chú thích P&ID: Cấu trúc bảng thông số kỹ thuật (Hình 2-3) phục vụ mua sắm, lắp đặt, bảo dưỡng; nguyên tắc đọc phần chú thích (General Notes, Specific Notes) và khóa liên động (Interlock - Hình 2-4).
    • Ký hiệu điện và sơ đồ nối dây: Ký hiệu viết tắt thiết bị đo (Bảng 2-8), màu sắc đèn báo (Bảng 2-9), rơ le (Bảng 2-10), công tắc và tiếp điểm (Bảng 2-11), ký tự theo chuẩn ANSI (Bảng 2-12, Hình 2-8). Quy ước tiếp điểm A (thường mở khi mất điện), tiếp điểm B (thường đóng khi mất điện), công tắc điều khiển CS1 (Hình 2-5, Hình 2-6, Hình 2-7). Các dạng biểu diễn sơ đồ: Sơ đồ một dây và ba dây động cơ ba pha (Hình 2-13, Hình 2-14), Sơ đồ khối (Hình 2-15, Hình 2-16), Sơ đồ nối dây điểm - điểm (Point-to-point), sơ đồ đường cơ sở (Baseline), sơ đồ không dây (Hình 2-17, Hình 2-18, Hình 2-20, Hình 2-21), Bản vẽ mạch liên kết Loop sheets (Hình 2-23, Hình 2-25), Bảng hiệu chuẩn kỹ thuật (Hình 2-26), Danh sách kiểm tra hiện trường (Hình 2-27), Sơ đồ hình thang Ladder (Hình 2-28), Bản vẽ lắp đặt kèm Bảng vật liệu BOM (Hình 2-30, Hình 2-31) và Sơ đồ dòng công nghệ PFD (Hình 2-32).
 progression logic của giáo trình:
 [Bảng danh mục thiết bị (Instrument Index)]
 [Quy chuẩn ký hiệu thiết bị & Đường liên kết (ISA / ANSI)]
 [Cấu trúc mã thẻ (Tag Number) & Số hiệu bản vẽ (Title Block)]
 [Bản vẽ công nghệ (PFD, P&ID) & Bản vẽ vị trí mặt bằng (Location)]
 [Bản vẽ chi tiết mạch liên kết (Loop Sheet), Đấu dây & Dữ liệu hiệu chuẩn (Data Sheet)]

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  • Hệ thống tiêu chuẩn quốc tế: Áp dụng quy chuẩn ký hiệu đồ họa và chữ viết tắt của Hiệp hội Tự động hóa Quốc tế (ISA Standards) và Viện Tiêu chuẩn Quốc gia Hoa Kỳ (ANSI Standards) trong bản vẽ điện - đo lường.
  • Nguyên lý cấu trúc định danh thiết bị: Cơ chế mã hóa chữ cái đầu đại diện cho biến quá trình (F: Flow, P: Pressure, T: Temperature, L: Level) kết hợp chữ cái chức năng (T: Transmitter, C: Controller, V: Valve, E: Element, I: Indicator) và số vòng lặp.
  • Nguyên lý liên kết hệ thống: Mối quan hệ giữa bản vẽ dòng công nghệ PFD, sơ đồ đường ống và thiết bị P&ID, bản vẽ mạch vòng Loop sheet và sơ đồ đấu dây chi tiết.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật: Tra cứu và đối chiếu chéo thông tin (cross-referencing) giữa bảng Instrument Index với các bản vẽ cơ khí, đường ống, bản vẽ điện và bản vẽ nhà thầu; giải mã chính xác các đường tín hiệu khí nén (2-20 psig) và tín hiệu điện.
  • Kỹ năng phân tích sơ đồ: Đọc hiểu cấu trúc vòng lặp điều khiển phản hồi, phân tích logic đóng cắt của tiếp điểm A, tiếp điểm B trên công tắc điều khiển CS1, giải thích sơ đồ hình thang (Ladder diagram) và mạch động cơ 3 pha.
  • Năng lực ứng dụng thực tế: Khai thác bảng dữ liệu (Data Sheet), danh sách kiểm tra hiện trường (Field Checklist) và bảng kê vật liệu (Bill of Materials) để chuẩn bị vật tư, phục vụ trực tiếp cho công tác thi công lắp đặt, kiểm tra và bảo dưỡng thiết bị đo.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình định hướng quy trình tổ chức dạy và học theo hình thức tích cực, kết hợp giữa thuyết giảng lý thuyết và giải quyết tình huống kỹ thuật:

  • Phương pháp đối với giảng viên:

    • Áp dụng phương pháp diễn giảng tích cực, vấn đáp học thuật và dạy học dựa trên vấn đề (Problem-based learning).
    • Sử dụng trực tiếp các bản vẽ P&ID thực tế, sơ đồ mạch điện và tài liệu kỹ thuật của nhà máy để phân tích bài học.
    • Thiết kế giáo án linh hoạt theo dạng bài học lý thuyết hoặc bài học tích hợp, phân bổ thời lượng giảng dạy lý thuyết tập trung kết hợp hướng dẫn thảo luận.
    • Trang thiết bị hỗ trợ bao gồm máy tính, máy chiếu, bảng viết và bộ mẫu bản vẽ kỹ thuật chuyên ngành.

  • Hướng dẫn phương pháp học tập đối với người học:

    • Nghiên cứu trước tài liệu: Đọc trước nội dung giáo trình theo từng chương và tài liệu tham khảo từ thư viện hoặc nguồn tài liệu số được cung cấp trước buổi học.
    • Học tập nhóm và tự học: Tổ chức các nhóm học tập từ 6 đến 8 thành viên. Mỗi nhóm nhận chủ đề thảo luận trước giờ lên lớp; từng thành viên chịu trách nhiệm nghiên cứu một phần nội dung được phân công để tổng hợp báo cáo.
    • Quy định chuyên cần: Người học phải tham dự tối thiểu 70% tổng số giờ giảng dạy lý thuyết. Trường hợp vắng mặt quá 30% thời lượng quy định, người học bắt buộc phải học lại môn học và không đủ điều kiện dự thi kết thúc học phần.

  • Phương thức kiểm tra và đánh giá kết quả:

    • Kiểm tra thường xuyên: Gồm 01 bài kiểm tra do giảng viên thực hiện bất kỳ trong quá trình học bằng hình thức vấn đáp trên lớp hoặc bài viết dưới 30 phút.
    • Kiểm tra định kỳ: Gồm 03 bài kiểm tra viết lý thuyết (thời gian làm bài 45 phút/bài):
      • Bài kiểm tra số 1: Đánh giá nội dung Chương 1, đáp ứng chuẩn đầu ra A1.
      • Bài kiểm tra số 2: Đánh giá nội dung phần đầu Chương 2, đáp ứng chuẩn đầu ra A2.
      • Bài kiểm tra số 3: Đánh giá nội dung phần còn lại của Chương 2, đáp ứng chuẩn đầu ra A3 và A4.
    • Thi kết thúc môn học: Hình thức thi trắc nghiệm khách quan trên giấy, thời gian từ 60 đến 75 phút, đánh giá tổng hợp toàn bộ các chuẩn đầu ra kiến thức A1, A2, A3, A4 và năng lực tự chủ C1.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Cơ sở xây dựng và tài liệu tham khảo chuẩn mực: Giáo trình được biên soạn dựa trên khung chương trình đào tạo kỹ thuật quốc tế, tham khảo trực tiếp từ bộ giáo trình chuyên ngành Instrumentation Level 1, Level 2, Level 3 (Third Edition, NCCER, 2015) của Trung tâm Giáo dục và Nghiên cứu Xây dựng Quốc gia Hoa Kỳ.
  • Chuẩn hóa hệ thống ký hiệu công nghiệp: Tài liệu hệ thống hóa đầy đủ các bảng ký hiệu tiêu chuẩn theo ISA (Bảng 2-1 đến 2-5) và chuẩn ANSI (Bảng 2-12, Hình 2-8), giải quyết triệt để sự thiếu đồng nhất trong cách biểu diễn ký hiệu giữa các tài liệu kỹ thuật khác nhau.
  • Tích hợp dữ liệu thực tế từ ngành Dầu khí: Cung cấp các ví dụ thực tế về bảng danh mục thiết bị (Instrument Index), hệ thống phân loại bản vẽ bộ môn Đo lường (Instrumentation Department, ký hiệu "I"), bảng dữ liệu đồng hồ đo mức và các yêu cầu kỹ thuật chuyên ngành như chuẩn ren lắp đặt, vùng phân loại nguy hiểm và tiêu chuẩn AGA cho tấm Orifice.
  • Tính thực tiễn của hồ sơ tài liệu: Giáo trình không dừng lại ở lý thuyết đồ họa thuần túy mà cung cấp toàn bộ chuỗi tài liệu kỹ thuật của một dự án công nghiệp, từ bản vẽ công nghệ tổng thể PFD/P&ID đến các bản vẽ chi tiết thi công (Installation Detail, Location, Loop Sheets, Wiring Diagrams, Bill of Materials).

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên và học viên chuyên ngành: Học sinh hệ trung cấp và sinh viên hệ cao đẳng nghề Sửa chữa thiết bị tự động hóa tại Trường Cao đẳng Dầu khí và các cơ sở giáo dục nghề nghiệp khối kỹ thuật công nghiệp.
  • Yêu cầu kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các môn học cơ sở trong khung chương trình:
    • Toán kỹ thuật (AUTM52023)
    • Hình học lắp đặt (AUTM53024)
    • Điện kỹ thuật 1 (ELEI53154)
    • Điện tử cơ bản (AUTM53102)
    • Mạch logic số (AUTM53104)
    • Thiết bị đo lường (AUTM55005)
  • Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy chuẩn mực cho môn học AUTM53006; căn cứ để xây dựng đề cương chi tiết, ngân hàng câu hỏi kiểm tra định kỳ 45 phút và đề thi trắc nghiệm kết thúc học phần.
  • Kỹ thuật viên và cán bộ kỹ thuật: Tài liệu tham khảo tại chỗ cho kỹ thuật viên bảo dưỡng, sửa chữa thiết bị đo lường tự động hóa tại các nhà máy lọc dầu, nhà máy xử lý khí, công trình công nghiệp hóa chất khi cần tra cứu ký hiệu bản vẽ P&ID, Loop sheets và tài liệu thiết bị.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này được biên soạn cho đối tượng nào?

Giáo trình phục vụ giảng dạy môn học Bản vẽ thiết bị đo lường cho học sinh, sinh viên hệ trung cấp và cao đẳng nghề Sửa chữa thiết bị tự động hóa tại Trường Cao đẳng Dầu khí, đồng thời dùng làm tài liệu tham khảo cho kỹ thuật viên đo lường công nghiệp.

2. Người học cần đáp ứng kiến thức nền tảng nào trước khi học môn này?

Người học cần hoàn thành các môn học về Điện tử cơ bản, Mạch logic số, Điện kỹ thuật và môn Thiết bị đo lường để hiểu được nguyên lý hoạt động của các phần tử cảm biến, bộ chuyển đổi và tín hiệu điện tử.

3. Giáo trình này có điểm khác biệt gì về mặt cấu trúc tài liệu?

Giáo trình tích hợp hệ thống hóa toàn bộ chuỗi tài liệu kỹ thuật thực tế của một dự án đo lường: từ bảng danh mục thiết bị (Instrument Index), sơ đồ P&ID, bản vẽ mạch vòng (Loop Sheet), sơ đồ đấu dây điện theo chuẩn ANSI đến danh sách kiểm tra hiện trường và bảng vật liệu (BOM).

4. Phương pháp tự học giáo trình như thế nào để đạt hiệu quả cao?

Người học cần nghiên cứu lý thuyết từng chương kết hợp tra cứu các bảng ký hiệu tiêu chuẩn (Bảng 1-1, Bảng 2-1 đến 2-12), tham gia thảo luận nhóm theo tổ 6-8 người về các chủ đề bản vẽ mẫu và hoàn thành các câu hỏi củng cố trắc nghiệm ở cuối mỗi chương.

5. Những tài liệu bổ trợ nào đi kèm với giáo trình?

Tài liệu bổ trợ gồm giáo án bài giảng của giảng viên, tập bản vẽ thực tế P&ID và bản vẽ điện của nhà máy dầu khí, cùng bộ giáo trình tham khảo Instrumentation Level 1, 2, 3 (NCCER, 2015).

Kết luận

Giáo trình Bản vẽ thiết bị đo lường (AUTM53006) của Trường Cao đẳng Dầu khí cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện về tiêu chuẩn biểu diễn đồ họa, cấu trúc mã hóa thẻ thiết bị và quy cách diễn giải các loại bản vẽ đo lường tự động hóa theo chuẩn ISA và ANSI.

Lộ trình học tập đề xuất cho người học là nắm vững phương pháp tra cứu bảng danh mục thiết bị và quy tắc đặt tên thẻ Tag Number tại Chương 1, trước khi đi sâu vào phân tích các bảng ký hiệu chuyên biệt, sơ đồ nối dây điện và bản vẽ vòng lặp Loop sheets tại Chương 2. Đây là nền tảng trực tiếp để sinh viên tiếp thu các môn học chuyên môn tiếp theo như Hiệu chuẩn thiết bị đo lường và Cơ sở điều khiển quá trình. Các tài liệu bổ trợ quan trọng đi kèm gồm bộ tài liệu Instrumentation (NCCER, 2015) và các tập bản vẽ mẫu P&ID công nghiệp.