Quy trình triển khai thiết kế, dự toán phần điện-tự động cho dự án nhà máy

Hỗ trợ kỹ thuật
27/12/2021 15:24
Trong quá trình triển khai các dự án nhà máy, thường các bạn kỹ sư điện - tự động hoá chuyên bảo trì nhà máy sẽ được giao nhiệm vụ chủ trì mảng điện tự động hoá. Tuy nhiên, nếu các bạn chưa từng được tham gia vào các dự án tư vấn thiết kế, việc chạy một dự án cụ thể cho mảng này sẽ rất dễ gây ngộp, dễ bị các nhà cung cấp, nhà thầu và nhà tư vấn dắt mũi không thương tiếc.
aa

Trong quá trình triển khai các dự án nhà máy, thường các bạn kỹ sư điện – tự động hoá chuyên bảo trì nhà máy sẽ được giao nhiệm vụ chủ trì mảng điện tự động hoá. Tuy nhiên, nếu các bạn chưa từng được tham gia vào các dự án tư vấn thiết kế, việc chạy một dự án cụ thể cho mảng này sẽ rất dễ gây ngộp, dễ bị các nhà cung cấp, nhà thầu và nhà tư vấn dắt mũi không thương tiếc.

• 5 nền tảng cơ bản của bảo trì và ứng dụng trong bảo trì điện – tự động
• Lời khuyên để lập biểu dự án tự động hóa hiệu quả

Trong bài viết này, mình sẽ cố gắng chia ra các giai đoạn thiết kế các bạn cần để lập được dự toán và đấu thầu được một dự án điện tự động với cỡ khoảng trên dưới 1 triệu USD. Các dự án cỡ lớn hơn thường sẽ cần một ban quản lý dự án lớn và sẽ có các nhóm thiết kế chuyên trách. Bài viết này sẽ không đề cập đến gói phần mềm ERP hoặc MES, do 2 gói này có yêu cầu đặc thù riêng, được dự toán độc lập với phần điện – tự động hoá thông thường.

Bước 0: Chuẩn bị thiết kế nền tảng
Trong bước chuẩn bị thiết kế nền tảng, bạn cần phải có được trong tay 2 tài liệu tối quan trọng của dự án:

  • General Arrangement (GA) – Layout (thiết kế xây dựng vị trí tổng thể): quyết định quy hoạch vị trí của tất cả trang thiết bị, máy móc, phòng ốc.
  • Process Flow Diagram (PFD) (Quy trình công nghệ): tài liệu này sẽ quyết định toàn bộ thiết kế công nghệ, hướng đi của nguyên vật liệu/năng lượng và các máy móc cần thiết trong quy trình, tuy nhiên mới dừng ở việc công nghệ tổng thể mà thôi.

Thiếu bất kì tài liệu nào trong 2 tài liệu nền tảng này thì bạn nên quay ngược lại từ điểm này để bắt đầu. Ở bước này, nếu từ PFD, nhóm công nghệ tự triển khai được Piping & Instrument Diagram (Bản vẽ đường ống và đo lường) thì sẽ là tuyệt vời nhất.

Ngoài 2 tài liệu cơ bản này, trong thiết kế nền tảng, bạn cần chuẩn bị bản mô tả kĩ thuật (specifications) cho từng loại thiết bị. Thường với các công ty lớn sẽ có sẵn bản mô tả này do các kỹ sư chủ chốt làm từ trước, và sẽ chỉ cần cập nhật lại theo công nghệ. Đối với dự án mới hoàn toàn, trong lúc mọi người tập trung làm GA và PFD thì bạn cần hoàn thiện bản mô tả kỹ thuật.
Ví dụ về các bản mô tả cần thiết:

  • General Instrument Spec – Thiết bị đo lường
  • Electrical spec – Thiết bị điện động lực
  • Cable spec – Dây cáp các loại
  • Control system spec – hệ thống điều khiển
  • Installation spec – lắp đặt

Các tài liệu về bản mô tả sẽ là kim chỉ nam cho toàn bộ thiết kế về sau này, và cần kỹ sư có nhiều kinh nghiệm về lĩnh vực đó viết. Trong quá trình viết bản mô tả kỹ thuật, có 2 lựa chọn về cách viết:

  • Hướng hoàn toàn về yêu cầu kỹ thuật, không quan tâm về thương hiệu sản phẩm: đấu thầu nhiều ắt sẽ có giá tốt. Tuy nhiên sẽ có tình trạng trong một nhà máy có thể có rất nhiều thiết bị khác nhau cho cùng một kiểu, vận hành bảo trì sẽ rất oải
  • Hướng về lựa chọn thiết bị của thương hiệu nào đó: giá cao hơn, nhưng tin tưởng hoàn toàn về chất lượng và hiệu quả, cũng tiêu chuẩn hoá được các loại thiết bị cho vận hành bảo trì sau này.

Cả hai cách làm trên đều tốt. Cách 1 thường thấy ở các ngành công nghiệp nặng (dầu khí, hoá chất), cách 2 phổ biến ở công nghiệp nhẹ (consumer goods) và tùy định hướng của công ty để quyết định.

Bước 1: Thiết kế cơ sở (Basic Design) – dự toán +/- 20%
1.1 Thiết kế điện công nghiệp

Từ bản vẽ GA và PFD, bạn có thể chuẩn bị được danh sách tải, vị trí tải và công suất dự kiến của các tải. Các tài liệu bạn cần chuẩn bị và thiết kế gồm:
Single Line Diagram (SLD): Sơ đồ đơn tuyến. Quyết định số tủ, số tải trong tủ, các thiết bị đóng cắt cần thiết, cấp bảo vệ, quy hoạch nguồn cấp và ưu tiên tải.

Load list: danh sách tải và các nguồn cấp. Danh sách sẽ giúp việc quản lý danh sách tải cũng như tính toán về thiết bị cấp điện nhanh và rõ ràng hơn rất nhiều. Trong danh sách tải cần phân rõ các tải sử dụng nguồn nào (1P hay 3P, 24V sạch hay 24V bẩn, UPS hay không UPS), đấu từ đâu tới đâu. Thông tin từ danh sách tải cũng sẽ phải được cập nhật song song lên SLD. Danh sách tải cũng sẽ quyết định thiết kế của các thiết bị trong toàn bộ hệ thống điện.

  • Electrical room/cabinet layout: vị trí phòng điện/tủ điện. Nội dung này bạn vẽ đè lên trên GA trong một lớp (layer) mới trên AutoCAD. Vị trí phòng điện và tủ càng được làm sớm thì càng tốt, vì càng ở các bước sau của quy trình thiết kế, không gian đặt tủ càng hạn chế và sẽ gây ảnh hưởng rất lớn tới việc đặt tủ của bạn.
  • Nếu bạn phải làm cả điện nhẹ và chiếu sáng, thì phần điện nhẹ cũng sẽ cần được lên bản thiết kế và SLD để tính toán phân bố tải cũng như đóng cắt.

1.2 Thiết kế tự động
Từ bản vẽ PFD, bạn cần chuẩn bị:

  • Piping & Instrument Diagram P&ID – Bản vẽ đường ống và thiết bị đo lường. Đây là bản vẽ chi tiết của hệ thống. Nếu PFD quan tâm về khối thiết bị, luồng đi của nguyên vật liệu và năng lượng, thì P&ID quan tâm về việc lắp đặt đường ống, thiết bị đo lường, thiết bị thực thi như thế nào để vận hành từng phần một. Phần quan trọng nhất với kỹ sư tự động, đó là có các thiết bị đo lường và thực thi như thế nào, vận hành phối hợp với nhau ra làm sao, cụm chức năng thế nào sẽ được thể hiện rõ trong P&ID. Ngoài ra, trong P&ID nên có chia phạm vi công việc (ví dụ đường ống công nghệ tới đâu thuộc trách nhiệm của đội tự động hoá, tới đâu là trách nhiệm của đội đường ống), bản vẽ lắp đặt điển hình để ở bước thiết kế chi tiết sẽ dễ dàng hơn.
  • Control System Architecture: – thiết kế kiến trúc hệ thống điều khiển. Hệ thống điều khiển gồm bao nhiêu cụm; chia PLC/DCS thành bao nhiêu nhóm, có bao nhiêu cụm thiết bị, truyền thông giữa các cụm với nhau ra sao; SCADA có mấy server, mấy màn hình điều khiển, có màn hình điều khiển tại cụm thiết bị hay không. Bản vẽ này rất quan trọng trong việc định hình hệ thống, đặt biệt là đối với các hệ thống lớn thì càng rõ ràng về thiết kế kiến trúc hệ thống thì càng dễ để các nhà thầu triển khai báo giá.
  • Instrument List + I/O list: danh sách thiết bị đo lường/thực thi và danh sách I/O. Danh sách thiết bị được lấy ra từ P&ID, và I/O sẽ được phát triển từ trên danh sách thiết bị này. Trong danh sách sẽ có dán nhãn, miêu tả thiết bị, hệ thống được lắp, miêu tả vị trí lắp đặt, còn trong danh sách I/O sẽ tách ra từng thiết bị sẽ có I/O nào, dạng I/O là gì, cấu hình trên thiết bị như thế nào và cấu hình trên PLC sẽ như thế nào. Khi đã có danh sách I/O và thiết kế kiến trúc, các nhà cung cấp hệ thống điều khiển có thể đưa ra giá dự toán cho toàn bộ hệ thống.
  • Instrument Layout/Control room layout: Tương tự với bản vẽ phòng điện, bản vẽ hệ thống điều khiển cũng nên được vẽ đè lên bản vẽ GA.

Bước 2 : Thiết kế chi tiết (Detailed design) – dự toán +/- 10%
2.1. Thiết kế điện công nghiệp

  • Routing Layout: Bản vẽ định tuyến. Dây cáp không bao giờ được kéo thẳng từ điểm A tới điểm B, mà sẽ được gom lại trên các tuyến thang máng cáp. Bản vẽ định tuyến sẽ giúp bạn quy hoạch các đường dây sao cho gọn nhất có thể, cũng như chuẩn bị cho việc thiết kế kích thước từng đoạn thang máng cáp sao cho phù hợp nhất có thể. Bản vẽ này là cơ sở thiết kế cũng như cơ sở để công trường thi công các tuyến dây.
  • Cable schedule: bảng kế hoạch dây: Từ bảng danh sách tải và bản vẽ định tuyến, bạn có thể làm thành một bảng kế hoạch dây, trong đó dây cáp tuỳ theo tải sẽ chọn loại dây có kích thước và chuẩn phù hợp và tùy theo định tuyến sẽ có độ dài được quy hoạch trước. Nếu có bảng kế hoạch dây đúng, cáp sẽ được cắt trước khi mang vào công trường và quy hoạch theo cuộn trước, giảm tải lãng phí cáp vụn (chiếm khoảng 5-10% chi phí cáp). Từ bảng kế hoạch dây, bạn có thể ra được dự toán về chi phí dây cũng như chi phí thi công dây.
  • Cable Tray/ladder schedule: bảng kế hoạch thang máng cáp: từ bản vẽ định tuyến dây, các loại thang máng cáp có thể được vẽ định tuyến, từ đó khối lượng vật tư có thể dự toán được. Từ bảng kế hoạch thang máng cáp, bạn có thể có được báo giá cho phần thang máng cáp
  • Equipment datasheet: bảng yêu cầu kỹ thuật cho thiết bị: Các thiết bị được trình bày trong SLD, dựa trên mô tả kỹ thuật sẽ được viết thành Datasheet (bảng yêu cầu kỹ thuật cụ thể). Khi toàn bộ yêu cầu kỹ thuật cụ thể được hoàn thành thì bạn có thể gửi cho các nhà cung cấp và có thể nhận được báo giá cho thiết bị điện.

2.2. Thiết kế điều khiển

  • Instrument Datasheet: bảng yêu cầu kỹ thuật. Từ danh sách thiết bị, chuẩn bị bảng yêu cầu kỹ thuật cho từng loại thiết bị để mua dựa trên đặc điểm kỹ thuật chuẩn bị ở bước 0.
  • Tương tự như với thiết kế điện, bản vẽ đi dây, bảng kế hoạch dây, bảng kế hoạch thang máng cáp cũng sẽ cần được chuẩn bị, và phần chi phí cũng sẽ được dự toán chính xác.
  • Tương tự như với thiết kế điện, nếu thiết bị có sử dụng khí nén/thuỷ lực để vận hành, bạn cần chuẩn bị bản vẽ định tuyến, kế hoạch đường ống và thiết kế chung với bảng kế hoạch thang máng cáp. Khối lượng vật tư và chi phí cũng có thể dự toán được từ bước này.3. Các công việc sau thiết kế chi tiết
    Thường sau khi thiết kế ở bước 2 (detailed design sẽ cho tổ chức đấu thầu dự án. Các phần công việc còn lại thường sẽ yêu cầu nhà thầu tự thiết kế gồm:
  • Installation detail – thiết kế lắp đặt chi tiết
  • Hook-up detail – thiết kế kết nối chi tiết
  • Equipment GA – thiết kế chi tiết của từng thiết bị
  • Material Take Off (MTO) – tổng khối lượng vật tư, đặc biệt cho các vật liệu nhỏ

Các phần công việc thiết kế còn lại ở phía chủ đầu tư vẫn còn, bao gồm:
FDS: functional design specification: Miêu tả các thiết bị tự động hoạt động như thế nào, từ đó nhà thầu sẽ phải triển khai cấu hình cho hệ thống điều khiển phù hợp theo FDS

  • 3D modeling: để quản lý rủi ro va chạm trong quá trình thi công
  • Shutdown hierarchy (hệ thống phân cấp tắt máy) – riêng đối với hệ thống có sử dụng process safety system (hệ thống an toàn quy trình).
  • Cause & Effect matrix (Bảng nguyên nhân – kết quả) – riêng đối với hệ thống có sử dụng hệ thống an toàn quy trình.

Khi bạn đã hoàn thành các thiết kế ở trên, bạn có thể tự tin hệ thống đã được thiết kế khá hoàn chỉnh và có thể tự tin rằng các nhà thầu có thể thi công và cung cấp dự án cho bạn. Từ lúc bạn gửi yêu cầu mua hàng tới khi thi công, có thể kéo dài 4-6 tháng. Trong thời gian này, bạn cần chuẩn bị các tài liệu cho quá trình thi công và nghiệm thu sau này. Các danh mục được chuẩn bị trong quá trình thiết kế sẽ hỗ trợ bạn chuẩn bị được tài liệu cho kiểm soát tiến độ thi công, cũng như kiểm soát tiến độ nghiệm thu và chuyển giao cho vận hành (hand-over).

Hoàng Kim Hùng – Sales Account Manager
Rockwell Automation Việt Nam

ar
Tin bài khác
Astrotales’26: Ourania và tìm hiểu thiên văn học qua trải nghiệm khám phá vũ trụ

Astrotales’26: Ourania và tìm hiểu thiên văn học qua trải nghiệm khám phá vũ trụ

Lấy cảm hứng từ hành trình khám phá vũ trụ của nhân loại và hình tượng nữ thần bầu trời Ourania, Ban Tổ chức Astrotales’26: Ourania lựa chọn chủ đề du hành xuyên thời gian, tái hiện các cột mốc lịch sử thiên văn học qua góc nhìn sáng tạo và giàu tính tương tác. Sự kiện mở ra một thế giới nơi người tham gia không chỉ quan sát mà còn trực tiếp “bước vào” dòng chảy thời gian, khám phá những thành tựu vĩ đại đã đưa con người tiến gần hơn tới các vì sao.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 13/4/2026: Tuổi Mùi tình trạng bấp bênh, tuổi Hợi sự nghiệp may mắn

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 13/4/2026: Tuổi Mùi tình trạng bấp bênh, tuổi Hợi sự nghiệp may mắn

Những bí ẩn của khoa học đời sống là "món ăn" tinh thần không thể thiếu trong cuộc sống của con người. Tử vi vòng quay công nghệ xem tử vi 12 con giáp ngày 13/4/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Sa Pa vào top 53 thị trấn đẹp nhất thế giới

Sa Pa vào top 53 thị trấn đẹp nhất thế giới

Được Condé Nast Traveller vinh danh trong danh sách 53 thị trấn đẹp nhất thế giới, Sa Pa gây ấn tượng khi trở thành đại diện tiêu biểu cho xu hướng du lịch chậm - nơi du khách tìm đến để trải nghiệm sâu, sống chậm và kết nối với thiên nhiên, văn hóa bản địa.
Tàu Orion hạ cánh an toàn, mở ra kỷ nguyên mới chinh phục Mặt Trăng

Tàu Orion hạ cánh an toàn, mở ra kỷ nguyên mới chinh phục Mặt Trăng

Tàu vũ trụ Orion thuộc sứ mệnh Artemis II đã tiếp nước thành công ngoài khơi San Diego (Mỹ), đánh dấu kết thúc hành trình 10 ngày bay quanh Mặt Trăng. Thành công này được xem là bước tiến quan trọng đưa con người trở lại quỹ đạo chinh phục Mặt Trăng sau hơn nửa thế kỷ.
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: Eximbank đặt kế hoạch lợi nhuận thận trọng, không chia cổ tức năm 2026

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: Eximbank đặt kế hoạch lợi nhuận thận trọng, không chia cổ tức năm 2026

Tuần qua đã có nhiều ngân hàng đã có những động thái quan trọng nhằm mở rộng dịch vụ đầu xuân và thu hút khách hàng với hàng loạt diễn biến đáng chú ý liên quan đến hoạt động kinh doanh: Bảo Việt hưởng lợi lớn từ lãi suất tăng; VietinBank khẳng định vị thế; TPBank tiên phong đạt chuẩn trải nghiệm khách hàng quốc tế ICXS2019...
Tiêu chuẩn ISA/IEC 62443 và vai trò của yếu tố con người trong an ninh mạng công nghiệp

Tiêu chuẩn ISA/IEC 62443 và vai trò của yếu tố con người trong an ninh mạng công nghiệp

Trong kỷ nguyên số hóa sản xuất, an ninh mạng không còn chỉ là vấn đề của hệ thống công nghệ thông tin (IT) mà đã trở thành yếu tố sống còn đối với các hệ thống công nghệ vận hành (OT). Khác với môi trường IT truyền thống, nơi rủi ro chủ yếu liên quan đến dữ liệu, các hệ thống OT liên quan trực tiếp đến quy trình vật lý, thiết bị sản xuất và an toàn con người. Chính vì vậy, tiêu chuẩn ISA/IEC 62443 đang ngày càng được các chuyên gia tư vấn an ninh mạng công nghiệp lựa chọn như một nền tảng quan trọng để bảo vệ hệ thống và đảm bảo vận hành ổn định.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 12/4/2026: Tuổi Tuất khá thăng trầm, tuổi Dần vấp phải trở ngại

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 12/4/2026: Tuổi Tuất khá thăng trầm, tuổi Dần vấp phải trở ngại

Những bí ẩn của khoa học đời sống là "món ăn" tinh thần không thể thiếu trong cuộc sống của con người. Tử vi vòng quay công nghệ xem tử vi 12 con giáp ngày 12/4/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Các quốc gia cần chủ động dự trữ năng lượng trước sức ép biến động địa chính trị

Các quốc gia cần chủ động dự trữ năng lượng trước sức ép biến động địa chính trị

Biến động địa chính trị tại Trung Đông đang gây áp lực lớn lên thị trường năng lượng, đẩy giá dầu và chi phí logistics tăng cao. Vì vậy, các quốc gia cần có giải pháp xây dựng chiến lược năng lượng dài hạn để chủ động về năng lượng. Đó là nội dung chính trong cuộc Hội thảo “Biến động địa - chính trị và chiến lược đảm bảo năng lượng” diễn ra ngày 9/4, do Viện Chiến lược Thương hiệu và Cạnh tranh tổ chức.
Doanh nghiệp Việt ứng phó với khủng hoảng năng lượng như thế nào?

Doanh nghiệp Việt ứng phó với khủng hoảng năng lượng như thế nào?

Trong khuôn khổ Hội thảo “Biến động địa chính trị và chiến lược bảo đảm năng lượng” do Viện Chiến lược Thương hiệu và Cạnh tranh vừa tổ chức tại Hà Nội, các doanh nghiệp đang chịu ảnh hưởng trực tiếp về thiếu hụt năng lượng từ biến động địa chính trị Trung Đông, cùng các chuyên gia kinh tế đã mổ xẻ tác động của biến động giá xăng dầu tới nền kinh tế, tìm giải pháp để giải quyết thách thức.
Doanh nghiệp Việt Nam đang ở đâu trên bản đồ năng lực công nghệ?

Doanh nghiệp Việt Nam đang ở đâu trên bản đồ năng lực công nghệ?

Trong khi chuyển đổi số và công nghiệp 4.0 trở thành những khái niệm quen thuộc, câu hỏi quan trọng hơn lại ít được trả lời: năng lực công nghệ thực sự của doanh nghiệp Việt Nam đang ở mức nào? Từ những doanh nghiệp AI, nhà máy bán tự động đến dây chuyền robot hóa, bức tranh cho thấy một thực tế nhiều tầng nấc - nơi doanh nghiệp đang nỗ lực vươn lên, nhưng vẫn đối mặt với những giới hạn không dễ vượt qua.
song-gia-tri