Lĩnh vực đo lường và điều khiển không chỉ đơn thuần là điện tử mà còn là một hệ thống tích hợp đa lĩnh vực. Để làm chủ trong lĩnh vực này, người kỹ sư không chỉ cần hiểu về điện tử mà còn phải nắm vững các nguyên lý vật lý liên quan đến nhiệt, ánh sáng, âm thanh, điện hóa, cơ học, cơ lưu chất, cơ điện. Đồng thời, kỹ năng thực hành cơ khí, tư duy logic, khả năng sử dụng máy tính, hiểu biết về quy trình công nghệ và khả năng làm việc nhóm với các chuyên gia thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau cũng đóng vai trò quan trọng. Kỹ sư hay kỹ thuật viên tự động có thể làm việc ở nhiều vị trí khác nhau như bán hàng, thiết kế, vận hành và bảo trì sửa chữa trong các giai đoạn của một vòng đời nhà máy như thiết kế tiền khả thi, thiết kế khả thi và chi tiết, xây lắp và chạy thử, vận hành và bảo trì. Đây là một lĩnh vực đòi hỏi tư duy hệ thống và sự kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết và thực tiễn. Vì vậy, học hỏi không ngừng là điều kiện tiên quyết từ kỹ sư tự động hóa, việc học này không chỉ dừng lại ở các kiến thức chuyên môn, mà còn ở kỹ năng và sự am hiểu về môi trường kinh doanh.
Toán học – nền tảng của kỹ thuật
Toán học đóng vai trò quan trọng trong hầu hết các lĩnh vực kỹ thuật, đặc biệt là đo lường và điều khiển. Sự thành thạo trong toán học không chỉ giúp hiểu sâu về nguyên lý hoạt động của thiết bị mà còn quyết định khả năng thăng tiến trong sự nghiệp, từ kỹ thuật viên đến kỹ sư. Những lĩnh vực toán học như giải tích, đại số tuyến tính và xác suất thống kê là những công cụ không thể thiếu trong việc xử lý tín hiệu, phân tích dữ liệu và tối ưu hóa hệ thống điều khiển.
Khoa học vật lý, điện hóa – cốt lõi của hệ thống đo lường
Cơ bản của đo lường là đo các thành phần vật lý như áp suất, nhiệt độ, độ dài, lưu lượng, các chất hóa học trong lưu chất và chuyển các tín hiệu này thành điện, đưa vào các bộ chuyển đổi transmitter để chuyển thành giá trị có thể đọc được. Vì vậy, hiểu biết về vật lý là yếu tố quyết định trong việc nắm bắt các nguyên lý hoạt động của điện, điện tử và quá trình sản xuất công nghiệp. Ví dụ, trong một nhà máy xử lý nước thải, việc hiểu rõ các nguyên lý áp suất, sự khác biệt giữa áp suất tuyệt đối và áp suất tương đối, hay ảnh hưởng của kích thước xy lanh trong hệ thống thủy lực là điều kiện cần thiết để vận hành hệ thống hiệu quả. Bên cạnh đó, các nguyên lý vật lý về dòng chảy, truyền nhiệt và truyền động cũng là những kiến thức quan trọng trong thiết kế và bảo trì hệ thống đo lường.
Điện và điện tử – trái tim của hệ thống điều khiển
Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, các hệ thống điều khiển hiện đại ngày càng sử dụng nhiều vi xử lý và vi điều khiển. Do đó, việc hiểu biết về điện tử tương tự và số, cũng như nguyên lý hoạt động của máy tính và mạng truyền thông công nghiệp, là yếu tố then chốt trong việc bảo trì và vận hành các thiết bị điều khiển hiện đại. Đồng thời, kỹ sư cần có khả năng sử dụng các thiết bị kiểm tra và đo lường như dao động ký, ampe kế, vạn năng kế để chẩn đoán và khắc phục sự cố.
Cảm biến và phần tử đo lường sơ cấp
Cảm biến đóng vai trò là mắt thần của hệ thống đo lường và điều khiển. Phần tử đo lường sơ cấp là bộ phận tiếp xúc trực tiếp với môi chất và thực hiện chuyển đổi đại lượng vật lý (như áp suất, lưu lượng, nhiệt độ) thành tín hiệu điện hoặc tín hiệu khí nén. Việc hiểu rõ nguyên lý hoạt động và phạm vi ứng dụng của từng loại cảm biến giúp đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của hệ thống.
Xử lý và điều chế tín hiệu tương tự và tín hiệu số
Trong một hệ thống đo lường, tín hiệu từ cảm biến thường cần được xử lý và điều chế trước khi đưa vào hệ thống điều khiển. Thiết bị điều chế tín hiệu có thể thực hiện các chức năng như khuếch đại, lọc nhiễu, chuyển đổi tín hiệu từ tương tự sang số hoặc từ dòng điện sang áp suất. Điều này giúp đảm bảo rằng tín hiệu đo lường có độ chính xác cao và tương thích với các thiết bị điều khiển. Các kiến thức như mạch cầu cân bằng Wheatstone, mạch khuếch đại Ops-amp, mạch transistor,… rất quan trọng để hiểu được cách tín hiệu thô được xử lý.
Lý thuyết điều khiển – nền tảng của tự động hóa
Một hệ thống đo lường và điều khiển không thể hoạt động hiệu quả nếu thiếu đi các nguyên lý điều khiển tự động. Việc hiểu rõ các thuật ngữ như vòng phản hồi, độ lợi, dải tỷ lệ, hành động tích phân và điều khiển PID là điều bắt buộc để có thể thiết kế, vận hành và tối ưu hóa hệ thống.
Tiêu chuẩn và tuân thủ tiêu chuẩn, quy trình
Bên cạnh các kiến thức kỹ thuật, việc tuân thủ quy trình vận hành hay bảo trì và các tiêu chuẩn kỹ thuật là yếu tố then chốt để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và an toàn. Hiểu biết về các tiêu chuẩn quốc tế và quy trình vận hành giúp giảm thiểu sự cố, tăng cường độ tin cậy và kéo dài tuổi thọ thiết bị.
Kiến thức chuyên biệt theo từng ngành
Mỗi ngành công nghiệp có những yêu cầu riêng đối với hệ thống đo lường và điều khiển. Một số ví dụ tiêu biểu bao gồm:
- Ngành dầu khí và hóa chất: Hệ thống đo lường và điều khiển trong lĩnh vực này thường sử dụng hệ thống điều khiển phân tán (DCS), cảm biến cùng với các tiêu chuẩn an toàn nghiêm ngặt.
- Ngành xử lý nước: Kỹ sư cần hiểu về đo pH, đo ion, độ dẫn điện, các máy đo phân tích cùng với các hệ thống điều khiển bơm và van sử dụng PLC.
- Ngành thép và luyện kim: Các hệ thống đo lường nhiệt độ cao, cảm biến đo thành phần kim loại, và quy trình kiểm soát nhiệt luyện là những yếu tố quan trọng.
- Ngành điện hạt nhân: Nhân sự làm việc trong lĩnh vực này cần được đào tạo và chứng nhận theo tiêu chuẩn ANSI/ISA-67.14.01-2000.
- Ngành điện lực: Hiểu biết về turbine, xử lý nước, điều khiển nồi hơi, hệ thống khởi động và tắt máy tự động là những yêu cầu thiết yếu, đồng thời hệ thống SCADA.
- Xu hướng và thách thức trong bảo trì hệ thống điều khiển
Sự phát triển của công nghệ đã làm thay đổi đáng kể hệ thống đo lường và điều khiển. Hiện nay, các hệ thống điều khiển hiện đại như PLC (Programmable Logic Controller) và DCS (Distributed Control System) đang ngày càng trở nên phổ biến. Điều này đòi hỏi các kỹ sư và kỹ thuật viên phải liên tục cập nhật kiến thức để có thể thiết kế, bảo trì và vận hành hệ thống hiệu quả.
Kỹ năng được định nghĩa là sự thành thạo, khả năng hoặc sự khéo léo trong thực hiện một công việc. Đây có thể là một nghệ thuật, một nghề hoặc một kỹ thuật, đặc biệt là những kỹ năng yêu cầu sự phối hợp giữa tay và cơ thể. Trong lĩnh vực đo lường và điều khiển, kỹ năng không chỉ đơn thuần là hiểu biết lý thuyết mà còn là khả năng áp dụng kiến thức để thực hiện các nhiệm vụ thực tế một cách hiệu quả. Quá trình phát triển kỹ năng có thể đòi hỏi năng khiếu đặc biệt hoặc đào tạo chuyên sâu.
Kỹ năng cơ bản
Những kỹ năng cơ bản trong bảo trì và sửa chữa hệ thống đo lường, điều khiển bao gồm sự khéo léo trong thao tác tay và cơ thể, khả năng sử dụng ngôn từ, con số, giác quan, cùng với tư duy phân tích, trực giác và óc sáng tạo. Những yếu tố này rất quan trọng trong việc chẩn đoán và khắc phục sự cố của các hệ thống đo lường và điều khiển.
Kỹ năng cơ khí đóng vai trò quan trọng trong việc sử dụng đúng thiết bị đo lường, căn chỉnh, hiệu chuẩn, kiểm tra, khắc phục sự cố và sửa chữa các thiết bị. Ngay cả trong hệ thống điều khiển điện tử, kỹ năng về khí nén vẫn cần thiết vì nhiều bộ phận điều khiển cuối cùng sử dụng công nghệ khí nén.
Kỹ năng điện và điện tử cũng là một phần không thể thiếu, đặc biệt trong việc đấu nối dây, hàn linh kiện và xử lý các mạch điện. Trong các nhà máy không có sự phân tách rõ ràng giữa thợ điện và kỹ sư đo lường, kỹ sư điều khiển có thể phải thực hiện cả việc lắp đặt và sửa chữa mạch điện.
Ngoài ra, kỹ năng tư duy và giao tiếp cũng rất quan trọng. Một kỹ sư đo lường và điều khiển không chỉ cần hiểu rõ các ký hiệu và thuật ngữ chuyên ngành mà còn phải có khả năng đọc, diễn giải sơ đồ quy trình đo lường và điều khiển (P&ID), sơ đồ mạch điện, lôgic điều khiển và các tài liệu kỹ thuật khác như quy trình vận hành và tiêu chuẩn kỹ thuật.
An toàn là một kỹ năng bắt buộc và luôn phải được đặt lên hàng đầu. Do tính chất liên kết chặt chẽ giữa các mạch điều khiển, việc tác động lên một mạch có thể ảnh hưởng đến các mạch khác. Vì vậy, người thực hiện bảo trì phải có kiến thức đầy đủ về hệ thống và luôn xem xét đến tất cả các tác động có thể xảy ra trong quá trình làm việc.
Với các bạn kỹ sư chọn công việc bán hàng, ngoài kỹ năng giao tiếp hiệu quả, các bạn còn cần hiểu biết về môi trường kinh doanh, nắm bắt tâm lý của khách hàng.
Kỹ năng chuyên môn
Lĩnh vực đo lường và điều khiển rất rộng lớn, và không ai có thể nắm vững toàn bộ các khía cạnh của nó. Theo thời gian, mỗi kỹ sư sẽ tập trung vào một số lĩnh vực nhất định và trở thành chuyên gia trong những lĩnh vực đó. Sự chuyên môn hóa này thường phụ thuộc vào môi trường làm việc và yêu cầu cụ thể của ngành công nghiệp.
Một trong những hướng chuyên môn phổ biến là phát triển kỹ năng theo ngành công nghiệp. Chẳng hạn, một kỹ sư làm việc trong nhà máy điện cần thành thạo về hệ thống đo lường và điều khiển trong nhà máy điện, bao gồm các hệ thống tua-bin, lò hơi, hệ thống xử lý nước và hệ thống phân phối điện. Trong ngành hóa chất, thực phẩm, xử lý nước thải hay sản xuất thép, mỗi lĩnh vực đều có những yêu cầu kỹ thuật đặc thù riêng.
Ngoài ra, kỹ sư cũng có thể chuyên sâu vào các hệ thống đo lường và điều khiển cụ thể, chẳng hạn như:
- Hệ thống điều khiển lò hơi và lò đốt.
- Hệ thống đo lường và điều khiển quá trình chưng cất.
- Hệ thống điều khiển lò phản ứng theo mẻ.
- Hệ thống sưởi, thông gió và điều hòa không khí (HVAC).
- Hệ thống phân tích quá trình.
Một số kỹ sư có thể chuyên sâu vào một loại thiết bị hoặc thậm chí một thương hiệu cụ thể. Ví dụ, một kỹ sư có thể trở thành chuyên gia về bộ điều khiển logic lập trình (PLC), hoặc cụ thể hơn là PLC Allen-Bradley hay PLC của Siemens. Trong một số trường hợp, họ có thể làm việc với vai trò kỹ sư dịch vụ hiện trường cho các nhà sản xuất thiết bị đo lường.
Bên cạnh đó, khả năng lãnh đạo, khả năng làm việc nhóm, khả năng quản lý con người cũng là một kỹ năng quan trọng đối với những người có ý định đảm nhận vai trò quản lý trong nhóm bảo trì. Kỹ năng lãnh đạo, làm việc nhóm, quản lý con người không chỉ đến từ kinh nghiệm thực tế mà còn cần có sự đào tạo bài bản để có thể tổ chức, hướng dẫn và hỗ trợ đồng nghiệp một cách hiệu quả.
Đối với kỹ sư là những người mạnh về các môn tự nhiên và cũng được cho là khá bảo thủ và hướng nội, thì kỹ năng am hiểu môi trường kinh doanh lại trở lên rất quan trọng trong môi trường kinh tế vĩ mô luôn biến đổi không ngừng. Kỹ năng này bao gồm tư duy kinh doanh, nhạy bén kinh doanh, , hoặc hiểu biết về kinh doanh, khả năng nhanh chóng hiểu và đưa ra quyết định hợp lý trong môi trường kinh doanh trên các yếu tố ngoài tính chuyên môn kỹ thuật mà còn yếu tố về môi trường kinh doanh, về chân dung khách hàng, về sự thấu hiểu chức năng các phòng ban khác trong cùng công ty hay tổ chức. Tư duy kinh doanh là sự hiểu biết sâu sắc về cách vận hành doanh nghiệp, tài chính, thị trường và chiến lược.
Hiểu biết về kinh doanh là kiến thức và kỹ năng cần thiết để đánh giá các yếu tố kinh tế và ra quyết định kinh doanh hiệu quả.
Trong lĩnh vực kỹ thuật, business acumen còn có thể hiểu là nhạy bén trong quản lý kỹ thuật hoặc tư duy chiến lược trong công nghiệp, đặc biệt khi áp dụng vào việc quản lý dự án, tối ưu hóa vận hành và phát triển doanh nghiệp trong lĩnh vực tự động hóa và đo lường.
Việc am hiểu môi trường kinh doanh có thể được rèn luyện qua quá trình phát triển nghề nghiệp, từ kỹ sư đến các vị trí quản lý cấp trung và cấp cao. Học MBA cũng là một cách rèn dũa kỹ năng am hiểu kinh doanh vì chương trình MBA bao hàm rộng các hoạt động trong doanh nghiệp, từ xây dựng tầm nhìn chiến lược, đến thực thi từ các phòng ban như Bán hàng, Marketing, Kỹ Thuật, vận hành, kế toán tài chính, hành chánh nhân sự.
