Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô-đun Lắp đặt hệ thống tự động hóa 2 (Mã mô-đun: TĐH19MĐ09) là tài liệu đào tạo chuyên môn thuộc chương trình đào tạo nghề Sửa chữa thiết bị tự động hóa (SCTBTĐH) ở trình độ Cao đẳng và Trung cấp, do Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Việt Nam) ban hành theo Quyết định số 198/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 03 năm 2020. Trong tiến trình đào tạo gồm 28 môn học và mô-đun (tổng cộng 97 tín chỉ, 2190 giờ), mô-đun TĐH19MĐ09 có khối lượng 5 tín chỉ với tổng thời lượng 120 giờ (gồm 28 giờ lý thuyết, 87 giờ thực hành/thảo luận và 5 giờ kiểm tra). Mô-đun này được bố trí giảng dạy sau các môn học cơ sở như Thiết bị đo lường (TĐH19MH05), Bản vẽ thiết bị đo lường (TĐH19MH06), Hiệu chuẩn thiết bị đo lường (TĐH19MĐ07), Lắp đặt hệ thống TĐH 1 (TĐH19MĐ08), và được xếp trước mô-đun Cơ sở điều khiển quá trình (TĐH19MĐ10).

Mục tiêu đào tạo của giáo trình hướng tới việc trang bị cho người học 15 chuẩn kiến thức (A1–A15), 13 chuẩn kỹ năng thực hành (B1–B13) và 3 tiêu chí năng lực tự chủ, trách nhiệm (C1–C3). Người học được trang bị năng lực đọc - hiểu bản vẽ công nghệ P&ID, thành thạo quy trình cơ khí phụ trợ và kỹ thuật lắp đặt hoàn chỉnh các cụm thiết bị đo lường điều khiển từ phòng điều khiển trung tâm ra ngoài hiện trường.

Cấu trúc giáo trình gồm 05 bài học chuyên đề, kết hợp giữa cơ sở lý thuyết kỹ thuật và các quy trình thao tác chuẩn hóa:

  • Bài 1: Các thiết bị lắp đặt trên bảng điều khiển (Panel-Mounted Instruments)
  • Bài 2: Lắp đặt các thiết bị hiện trường (Installing Field-Mounted Instruments)
  • Bài 3: Máng cáp hệ thống ĐLTĐH (Raceways for Instrumentation)
  • Bài 4: Bố trí và lắp đặt hệ thống ống phụ trợ và ống công nghệ (Layout and Installation of Tubing and Piping Systems)
  • Bài 5: Bộ lọc, bộ điều chỉnh và bộ sấy khí (Instrument Air Filters, Regulators, and Dryer)

Giáo trình do kỹ sư Nguyễn Xuân Thịnh làm chủ biên cùng kỹ sư Tạ Ngọc Dũng biên soạn, chuyển ngữ và hiệu đính trực tiếp từ tài liệu tiêu chuẩn nghề nghiệp Instrumentation Level 2 (Xuất bản lần 3, năm 2015) của tổ chức NCCER (Trung tâm Quốc gia về Giáo dục và Nghiên cứu Xây dựng Hoa Kỳ - Pearson xuất bản). Giáo trình phản ánh trực tiếp hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật trong ngành công nghiệp chế biến dầu khí và tự động hóa công nghiệp.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung 5 bài học trong giáo trình được phân bổ theo tiến trình logic từ trung tâm điều khiển đến tuyến thiết bị ngoại vi hiện trường và hệ thống năng lượng phụ trợ:

  1. Bài 1: Các thiết bị lắp đặt trên bảng điều khiển (10 giờ: 3 LT - 7 TH)
    Cung cấp nguyên tắc bố trí thiết bị gắn bảng kiểu chìm (flush-mounted) và gắn bề mặt (surface-mounted). Nội dung quy định phương pháp đọc ký hiệu thiết bị theo chuẩn P&ID (ký hiệu hình tròn, hình vuông, lục giác, kim cương và đường tín hiệu nét liền, nét đứt), quy trình tạo dưỡng mẫu (template), kỹ thuật sử dụng dụng cụ vạch dấu (scribe), thước vuông (try square, combination set), đột tâm (punch), thuốc nhuộm (blueing), và các máy công cụ như cưa lộng, máy cắt kim loại tấm (nibbler), bộ đột lỗ thủy lực (hydraulic knockout punch).

  2. Bài 2: Lắp đặt các thiết bị hiện trường (36 giờ: 10 LT - 24 TH - 2 KT)
    Trình bày kỹ thuật gia công chân đế thiết bị bằng ống thép, gắn kết bằng bu lông nở (wedge anchor) trên sàn bê tông hoặc kẹp sàn lưới kim loại. Hướng dẫn lắp đặt nối tiếp trên đường ống đối với các dòng lưu lượng kế (chênh áp tấm orifice, ống venturi, ống nozzle; lưu lượng kế turbine, xoáy cuộn vortex, từ tính, siêu âm, bánh răng ovan, Coriolis); thiết bị đo mức kiểu thế chỗ (displacer), đo mức bức xạ; cảm biến nhiệt độ (RTD, cặp nhiệt điện) kèm giếng nhiệt (thermowell); tổ hợp van phân phối (manifold 1, 2, 3, 5 van) và mặt bích ghép nối (futbol flange) theo tiêu chuẩn an toàn phòng nổ NEC.

  3. Bài 3: Máng cáp hệ thống ĐLTĐH (22 giờ: 5 LT - 17 TH)
    Khảo sát cấu tạo và kỹ thuật lắp đặt ống dẫn cáp kim loại cứng (RMC, RMC bọc nhựa), ống dẫn mềm FMC, ống phi kim PVC, ENT; các loại phụ kiện thân ống (kiểu C, L, LU, T, X), đầu nối kín chống nổ (sealing fitting), đai ốc khóa, ống lót cách điện; quy trình cắt ống bằng cưa tay/cưa vòng, doa mép (reaming) khử ba-via, tiện ren bàn ren quay tay hoặc máy tiện ren điện; hệ thống máng cáp (wireway), khay cáp (cable tray) cùng hệ thống giá treo Unistrut, kẹp dầm, móc treo Minerallac.

  4. Bài 4: Bố trí và lắp đặt hệ thống ống phụ trợ và ống công nghệ (45 giờ: 8 LT - 36 TH - 1 KT)
    Trọng tâm là quy trình phát triển bản vẽ sơ phác đẳng cự (isometric sketch) từ sơ đồ P&ID, tính toán góc uốn 45°, 36°, lập bảng liệt kê vật tư (BOM). Hướng dẫn kỹ thuật đo và uốn ống thép/inox (tubing) bằng dụng cụ tay đòn và máy uốn thủy lực; tính toán độ gia tăng chiều dài ống (bend allowance theo Bảng 4-2, Bảng 4-3); phân tích hệ số giãn nở nhiệt tuyến tính (Bảng 4-1); kỹ thuật lắp đặt van điều khiển, van an toàn, van một chiều, khớp co giãn và các loại giá treo lò xo (spring hanger), giá đỡ chống rung thủy lực.

  5. Bài 5: Bộ lọc, bộ điều chỉnh và bộ sấy khí (7 giờ: 2 LT - 3 TH - 2 KT)
    Quy định tiêu chuẩn chất lượng khí nén dụng cụ (instrument air) theo kích thước hạt và mật độ tạp chất (Bảng 5-1, Bảng 5-2). Phân tích nguyên lý làm việc của bộ lọc cơ ly tâm, bộ lọc màng, bộ điều chỉnh áp suất tác động trực tiếp và tác động gián tiếp (pilot-operated); phân loại và lựa chọn các dòng máy sấy khí: sấy hóa lỏng muối (deliquescent), sấy làm lạnh (refrigerated), và sấy hấp phụ dùng chất hút ẩm (desiccant dryer: than hoạt tính, silica gel, rây phân tử) dạng tái sinh nhiệt hoặc không dùng nhiệt.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình xây dựng hệ thống kiến thức dựa trên các nguyên lý kỹ thuật cốt lõi:

  • Cơ sở đo lường và biểu diễn hệ thống: Quy chuẩn ký hiệu thiết bị và đường dẫn tín hiệu theo tiêu chuẩn ISA thể hiện trên bản vẽ P&ID; nguyên lý chuyển đổi tín hiệu đo của các cảm biến lưu lượng, áp suất, mức và nhiệt độ.
  • Cơ học vật liệu và nhiệt học ứng dụng: Nguyên lý biến dạng cơ học của kim loại tấm, ống luồn dây và ống tubing khi chịu lực uốn; định luật giãn nở nhiệt tuyến tính của vật liệu đường ống ($\Delta L = \alpha \cdot L \cdot \Delta T$) và sự suy giảm áp suất qua màng lọc khí nén.
  • Tiêu chuẩn an toàn công nghiệp: Quy tắc ngăn ngừa cháy nổ của hệ thống điện trong khu vực nguy hiểm (Hazardous Locations) theo quy định của Tiêu chuẩn Điện lực Quốc gia Hoa Kỳ (NEC), bao gồm làm kín đầu nối và sử dụng phụ kiện chuyên dụng chống cháy nổ.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật chuyên môn (Technical Skills): Khả năng lấy dấu, khoan lỗ mồi (pilot hole), đột lỗ thủy lực và cắt gọt tấm kim loại chính xác trên panel; tiện ren ống RMC; đo đạc, tính toán góc uốn và thao tác uốn ống tubing đúng bán kính cong quy định; lắp ráp tổ hợp van manifold với transmitter chênh áp; tháo lắp, hiệu chỉnh bộ điều áp và bảo dưỡng hệ thống sấy khí nén.
  • Kỹ năng phân tích và xử lý bản vẽ (Analytical Skills): Bóc tách thông số kỹ thuật từ bản vẽ P&ID; chuyển đổi không gian 2D sang bản vẽ không gian 3 chiều (Isometric Sketch); lập bảng thống kê danh mục vật tư (Bill of Materials - BOM); xác định hướng dòng chảy và vị trí trích áp suất tối ưu trên đường ống công nghệ.
  • Năng lực thực hành nghề nghiệp (Practical Competencies): Tuân thủ quy trình khóa thẻ an toàn (Lockout/Tagout - LOTO); sử dụng trang thiết bị bảo hộ cá nhân (PPE); triển khai kỹ thuật "Đo hai lần, cắt một lần" (Measure twice, cut once) nhằm giảm thiểu hao hụt vật tư; thực hiện công tác vệ sinh công nghiệp sau lắp đặt.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình Lắp đặt hệ thống tự động hóa 2 định hình phương pháp đào tạo tích hợp kết hợp giữa lý thuyết chuyên ngành và thực hành tại xưởng:

Yếu tố đào tạo Quy định chi tiết trong giáo trình
Phương pháp giảng dạy Áp dụng phương pháp giảng dạy tích cực: diễn giảng kỹ thuật, nêu vấn đề, hướng dẫn trực quan thông qua vật mẫu, giao bài tập tình huống kỹ thuật cho cá nhân và nhóm.
Cơ cấu thời lượng Tổng số: 120 giờ. Phân bổ: 28 giờ lý thuyết (23,3%), 87 giờ thực hành (72,5%), 5 giờ kiểm tra (4,2%).
Hình thức tổ chức Giảng dạy lý thuyết tập trung; chia ca nhóm nhỏ (từ 6 đến 8 học viên/nhóm) đối với các giờ thực hành và thảo luận tình huống tại phòng thực hành chuyên môn hóa.
Học liệu & Nhà xưởng Phòng thực hành hệ thống tự động hóa; trang bị máy chiếu, máy cắt, máy tiện ren, dụng cụ uốn ống, thiết bị đo lường áp suất, lưu lượng, mức, nhiệt độ, van manifold, hệ thống khí nén.
Yêu cầu đối với người học Đọc trước bài học trong giáo trình; nghiên cứu tài liệu kỹ thuật được cung cấp; chuẩn bị đầy đủ bảo hộ lao động (PPE); tham dự tối thiểu 70% thời lượng lý thuyết (vắng quá 30% phải học lại mô-đun).

Phương pháp kiểm tra và đánh giá

Quy trình đánh giá được thực hiện theo hệ thống định lượng đa thành phần:

  • Đánh giá thường xuyên: 02 bài kiểm tra do giảng viên thực hiện bất kỳ dưới hình thức vấn đáp, viết ($\le 30$ phút) hoặc thao tác thực hành chuyên đề.
  • Đánh giá định kỳ: Gồm 05 bài kiểm tra chuyên biệt (tổng thời lượng 5 giờ):
    • Bài kiểm tra số 1: Lý thuyết tự luận/trắc nghiệm Bài 1 và 2 (45–60 phút, kiểm tra CĐR A1–A7).
    • Bài kiểm tra số 2: Thực hành lắp đặt Bài 1 và 2 (60 phút, kiểm tra CĐR B1–B5, C1–C3).
    • Bài kiểm tra số 3: Thực hành thi công máng cáp và ống tubing Bài 3, Bài 4 (60 phút, kiểm tra CĐR B6–B8, C1–C3).
    • Bài kiểm tra số 4: Lý thuyết Bài 3, Bài 4, Bài 5 (45–60 phút, kiểm tra CĐR A8–A15).
    • Bài kiểm tra số 5: Thực hành uốn ống tubing và lắp cụm lọc khí Bài 4, Bài 5 (60 phút, kiểm tra CĐR B9–B13, C1–C3).
  • Thi kết thúc mô-đun: Thời gian từ 60 đến 120 phút; hình thức thi tích hợp lý thuyết (vấn đáp/viết/trắc nghiệm) kết hợp thực hành thao tác trên thiết bị tại xưởng nhằm đánh giá toàn diện chuẩn đầu ra từ A1–A15, B1–B13 và C1–C3.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Nguồn gốc học liệu chuẩn hóa quốc tế: Nội dung giáo trình được biên soạn dựa trên chương trình đào tạo nghề kỹ thuật đo lường Instrumentation Level 2 của tổ chức NCCER (Hoa Kỳ, xuất bản lần 3 năm 2015 bởi Pearson), bảo đảm tính chuẩn xác về mặt thuật ngữ kỹ thuật quốc tế (như Flush-mounted, Pilot hole, Blueing, Wireway, Tubing, Manifold, Futbol flange).
  • Tính thực tiễn và trực quan cao: Toàn bộ giáo trình tích hợp hệ thống dữ liệu kỹ thuật gồm 79 hình vẽ mô tả cấu tạo thiết bị, cách sử dụng công cụ gia công và các sơ đồ lắp ráp thực tế; đi kèm là hệ thống 9 bảng tra cứu thông số kỹ thuật (Bảng tra hệ số giãn nở nhiệt, bảng tính gia tăng độ dài khi uốn ống, bảng khoảng cách giá đỡ theo đường kính ống, bảng phân loại chất lượng khí nén).
  • Liên kết chặt chẽ với tiêu chuẩn công nghiệp dầu khí: Giáo trình phản ánh trực tiếp môi trường công tác thực tế tại các nhà máy lọc hóa dầu, giàn khoan và nhà máy xử lý khí thông qua việc áp dụng các tiêu chuẩn an toàn đấu nối chống nổ NEC (Bảng 2-2), quy trình xử lý chất lượng khí nén điều khiển theo chuẩn ISO/công nghiệp và yêu cầu kết nối van manifold đồng bộ với transmitter chênh áp.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên chuyên ngành: Tài liệu phục vụ trực tiếp cho sinh viên hệ Cao đẳng và Trung cấp nghề Sửa chữa thiết bị tự động hóa tại Trường Cao đẳng Dầu khí và các cơ sở giáo dục nghề nghiệp đào tạo khối ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa.
  • Điều kiện tiên quyết: Người học bắt buộc phải hoàn thành mô-đun Thiết bị đo lường (TĐH19MH05) trước khi theo học mô-đun này; đồng thời cần có kiến thức cơ sở từ các môn học An toàn Tự động hóa (TĐH19MĐ01), Điện kỹ thuật 1 (KTĐ19MĐ05), Bản vẽ thiết bị đo lường (TĐH19MH06) và Lắp đặt hệ thống TĐH 1 (TĐH19MĐ08).
  • Giảng viên chuyên ngành: Giảng viên khoa Điện – Tự động hóa sử dụng giáo trình để thiết lập giáo án tích hợp lý thuyết - thực hành, tổ chức các trạm thực hành gia công cơ khí - lắp đặt đo lường và biên soạn đề kiểm tra định kỳ theo ma trận chuẩn đầu ra A1–A15, B1–B13.
  • Kỹ thuật viên và người tự học: Phục vụ kỹ thuật viên bảo dưỡng, lắp đặt thiết bị đo lường tự động hóa tại các công trình công nghiệp tra cứu các bảng thông số uốn ống tubing, sơ đồ lắp đặt van phân phối manifold và phương pháp lắp đặt sensor nhiệt độ kèm thermowell.

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng người học nào?

Giáo trình được biên soạn chuyên biệt cho học viên, sinh viên trình độ Trung cấp và Cao đẳng thuộc nghề Sửa chữa thiết bị tự động hóa (SCTBTĐH), cũng như các kỹ thuật viên làm việc trong lĩnh vực bảo dưỡng, thi công lắp đặt hệ thống đo lường điều khiển công nghiệp.

2. Cần hoàn thành những kiến thức nền tảng nào trước khi học mô-đun này?

Học viên bắt buộc phải hoàn thành học phần Thiết bị đo lường (TĐH19MH05). Ngoài ra, người học cần nắm vững kiến thức từ các môn học tiên quyết bao gồm: An toàn Tự động hóa, Điện tử cơ bản, Bản vẽ thiết bị đo lường, và Lắp đặt hệ thống TĐH 1.

3. Giáo trình này có điểm gì khác biệt so với các tài liệu lý thuyết điều khiển tự động thông thường?

Tài liệu tập trung vào kỹ năng thi công lắp đặt thực địa với thời lượng thực hành chiếm tới 72,5% (87/120 giờ). Nội dung kết hợp giữa kỹ thuật gia công cơ khí phụ trợ chính xác (đột lỗ, cắt tôn, tạo ren, uốn ống tubing) và kỹ thuật đấu nối đo lường công nghiệp (manifold, thermowell, sensor, máng cáp, khí nén) theo giáo trình tiêu chuẩn NCCER của Hoa Kỳ.

4. Làm thế nào để tự học và thực hành hiệu quả theo giáo trình?

Người học cần kết hợp đọc kỹ lý thuyết từng bài trước khi lên lớp, phân tích bản vẽ P&ID mẫu, tuân thủ nguyên tắc "Đo hai lần, cắt một lần", tra cứu chính xác các bảng thông số kỹ thuật (như Bảng 4-2, 4-3 về bù trừ chiều dài khi uốn ống) và tham gia đầy đủ các buổi thảo luận nhóm từ 6–8 người theo hướng dẫn của giảng viên.

5. Giáo trình có các tài liệu bổ trợ nào đi kèm?

Giáo trình được đồng bộ cùng hệ thống tài liệu tham khảo gốc NCCER Instrumentation Level 2 (Pearson, 2015), hệ thống phiếu đánh giá kỹ năng thực hành, các bản vẽ sơ đồ P&ID mẫu, quy trình an toàn công xưởng và danh mục thiết bị thực hành chuyên dụng tại xưởng tự động hóa.

Kết luận

Giáo trình Lắp đặt hệ thống tự động hóa 2 (TĐH19MĐ09) của Trường Cao đẳng Dầu khí là tài liệu đào tạo mang tính chuẩn mực kỹ thuật và ứng dụng thực tiễn cao trong hệ thống chương trình đào tạo nghề Sửa chữa thiết bị tự động hóa. Với cấu trúc 5 bài học logic đi từ lắp đặt bảng điều khiển, thiết bị hiện trường, hệ thống máng cáp đến đường ống tubing phụ trợ và hệ thống cấp khí nén, giáo trình cung cấp nền tảng vững chắc cho người học trước khi chuyển tiếp sang các mô-đun nâng cao như Cơ sở điều khiển quá trình (TĐH19MĐ10), Hệ thống điều khiển thủy lực - khí nén (TĐH19MĐ13), PLC (TĐH19MĐ15) và Hệ thống điều khiển phân tán DCS (TĐH19MĐ17).

Để đạt kết quả học tập tối ưu, người học được khuyến nghị nghiên cứu song song giáo trình gốc NCCER Instrumentation Level 2 (Pearson, 2015), tài liệu tra cứu mã tiêu chuẩn NEC và hệ thống quy chuẩn bản vẽ công nghệ P&ID tại phòng thực hành chuyên môn hóa.