MSP cung cấp dịch vụ cho thuê thiết bị và hỗ trợ kỹ thuật cho nhà máy. Khi khách hàng dược phẩm cần thuê thiết bị đo hay thiết bị dự phòng trong thời gian bảo trì, câu hỏi đầu tiên chúng tôi nhận được thường là: “thiết bị này có kết nối được với BMS của nhà máy không?”. Câu hỏi đó cho thấy hệ thống BMS đã trở thành trung tâm vận hành của nhà máy dược hiện đại.

Bài viết này phân tích bảy chức năng mà hệ thống BMS nhà máy dược cần có, kèm ví dụ từ các nhà máy do Hòa Việt thi công. Hòa Việt là nhà thầu cơ điện lạnh trong liên minh doanh nghiệp xây dựng cùng MSP, thực hiện hệ thống HVAC và BMS cho nhiều nhà máy đạt GMP-WHO và GMP-EU.

BMS, EMS và SCADA trong nhà máy dược: phân biệt cho đúng

Ba thuật ngữ này hay bị dùng lẫn. BMS (Building Management System) là hệ thống quản lý tòa nhà, điều khiển và giám sát thiết bị kỹ thuật như AHU, chiller, bơm, quạt. EMS (Environmental Monitoring System) là hệ thống giám sát môi trường, chuyên ghi nhận các thông số ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm như chênh áp, nhiệt độ, độ ẩm, số hạt. SCADA là khái niệm rộng hơn cho hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu, thường dùng cho dây chuyền công nghệ hoặc hạ tầng.

Trong nhiều nhà máy dược, BMS và EMS được tách riêng. BMS phục vụ bộ phận kỹ thuật vận hành thiết bị, còn EMS phục vụ bộ phận đảm bảo chất lượng và phải được thẩm định như một hệ thống máy tính hóa theo GMP. Một số nhà máy quy mô vừa tích hợp cả hai trên một nền tảng nhưng phân quyền và thẩm định phần giám sát môi trường riêng. Cách làm nào cũng được, miễn ranh giới trách nhiệm rõ ràng.

Chức năng 1: Điều khiển AHU theo bậc thang áp suất

Chức năng cốt lõi của hệ thống BMS nhà máy dược là giữ chênh áp ổn định giữa các phòng. BMS điều khiển biến tần quạt cấp, quạt hồi, quạt thải và các van gió để duy trì lưu lượng và áp suất. Khi một bộ lọc bám bụi làm giảm lưu lượng, BMS tăng tốc độ quạt để bù. Khi cửa mở, hệ thống phải đủ nhanh để không làm mất bậc thang áp suất quá lâu.

Ở các nhà máy có nhiều cấp sạch như nhà máy Betalactam Anova với cấp D, C và B, logic điều khiển AHU phải tính tới thứ tự khởi động và dừng: AHU cấp cho khu sạch hơn khởi động trước, dừng sau, để chênh áp không bị đảo chiều trong quá trình chuyển trạng thái.

Chức năng 2: Hệ thống BMS nhà máy dược cảnh báo theo hai ngưỡng

Mỗi thông số quan trọng cần hai ngưỡng: ngưỡng cảnh báo (alert) để kỹ thuật can thiệp sớm, và ngưỡng hành động (action) khi đã vượt giới hạn chấp nhận, cần đánh giá ảnh hưởng tới sản phẩm. Cảnh báo phải đến đúng người: tín hiệu lỗi bơm gửi cho kỹ thuật, tín hiệu chênh áp vượt ngưỡng gửi cả cho quản đốc sản xuất và bộ phận đảm bảo chất lượng.

Một lỗi thường gặp là cài quá nhiều cảnh báo không cần thiết. Khi màn hình liên tục báo động, người vận hành có xu hướng bỏ qua, và cảnh báo thật sự quan trọng bị chìm. Thiết kế danh sách cảnh báo cần sự tham gia của bộ phận chất lượng, không chỉ nhà thầu.

Chức năng 3: Quản lý chiller và hệ nước lạnh

Hệ chiller là trái tim của HVAC nhà máy dược. Hệ thống BMS nhà máy dược điều khiển số chiller chạy theo tải, luân phiên giờ chạy, điều khiển bơm nước lạnh, bơm giải nhiệt và tháp giải nhiệt. Với chiller đệm từ như ở Imexpharm Vĩnh Lộc và Imexpharm Bình Dương, hiệu suất ở tải thấp rất cao, nên chiến lược vận hành của BMS ảnh hưởng trực tiếp tới tiền điện.

Kinh nghiệm của Hòa Việt với hệ chiller lớn có từ trước khi làm dược: năm 2014, công ty lắp đặt chiller 400 tons kèm BMS cho tòa nhà của EVN HCMC. Năm 2021, Hòa Việt thay tháp giải nhiệt và nâng cấp BMS cho tòa nhà M Plaza. Xem dự án nâng cấp BMS M Plaza.

Chức năng 4: Tối ưu năng lượng và thu hồi nhiệt

Nhà máy dược tiêu thụ nhiều năng lượng vì gió tươi lớn, số lần trao đổi gió cao và chạy liên tục. Hệ thống BMS nhà máy dược là công cụ chính để tối ưu: giảm lưu lượng ở chế độ không sản xuất nhưng vẫn giữ chênh áp, điều khiển thu hồi nhiệt, tối ưu nhiệt độ nước lạnh theo tải thực tế.

Nhà máy công nghệ cao Imexpharm Vĩnh Lộc do Hòa Việt thi công có hệ thu hồi nhiệt từ gió thải và từ nước giải nhiệt. Nhiệt thu hồi được dùng cho gia nhiệt lại không khí sau tách ẩm, giảm điện năng cho điện trở sưởi. BMS giám sát nhiệt độ các vòng nước nóng để điều phối. Xem dự án Imexpharm Vĩnh Lộc đạt GMP-EU.

Chức năng 5: Dữ liệu của hệ thống BMS nhà máy dược phải toàn vẹn

Với phần giám sát môi trường, dữ liệu phải đáp ứng yêu cầu của GMP về hệ thống máy tính hóa. Phụ lục 11 EU GMP yêu cầu hệ thống được thẩm định, có kiểm soát truy cập, nhật ký thay đổi (audit trail) và sao lưu dữ liệu.^[1] Hướng dẫn GAMP 5 của ISPE được dùng rộng rãi làm khung tiếp cận thẩm định theo rủi ro.^[2]

Trên thực tế, điều này có nghĩa: mỗi người dùng có tài khoản riêng, không dùng chung mật khẩu; mọi thay đổi ngưỡng cảnh báo được ghi lại ai đổi, lúc nào, lý do gì; dữ liệu không thể bị sửa hay xóa; có quy trình sao lưu và khôi phục được kiểm tra định kỳ; đồng bộ thời gian giữa các bộ điều khiển.

Chức năng 6: Giao diện trực quan cho người vận hành

Một hệ thống BMS nhà máy dược tốt về kỹ thuật vẫn có thể thất bại nếu giao diện khó dùng. Người vận hành ca đêm cần biết ngay thiết bị nào lỗi, ở đâu, ảnh hưởng tới khu nào. Giao diện đồ họa ba chiều thể hiện mặt bằng, sơ đồ nguyên lý hệ nước và hệ gió giúp rút ngắn thời gian xử lý sự cố.

Các nhà máy do Hòa Việt thi công thường có màn hình tổng quan mặt bằng, màn hình chi tiết từng AHU với các thông số nhiệt độ, độ ẩm, chênh áp lọc, và màn hình sơ đồ nguyên lý hệ nước như bộ trao đổi nhiệt, bơm, van. Thông tin dự án nhà máy thuốc nước Imexpharm Bình Dương có trên website Hòa Việt.

Chức năng 7: Kết nối với điện, PCCC và thiết bị bên ngoài

BMS không đứng một mình. Nó nhận tín hiệu từ hệ thống báo cháy để dừng AHU, nhận dữ liệu từ đồng hồ điện năng để theo dõi tiêu thụ, kết nối với máy phát dự phòng để biết khi nào chuyển nguồn. Khi nhà máy thuê thêm thiết bị trong thời gian bảo trì hoặc mở rộng, khả năng kết nối qua giao thức chuẩn như BACnet, Modbus giúp đưa thiết bị mới vào giám sát nhanh.

Đây cũng là điểm MSP thường tư vấn cho khách hàng: khi thuê thiết bị như chiller di động, máy hút ẩm hay máy phát cho nhà máy dược, nên chọn loại có cổng truyền thông tương thích với BMS hiện có, để dữ liệu môi trường không bị gián đoạn trong thời gian thay thế. MSP cung cấp dịch vụ cho thuê thiết bị phục vụ nhu cầu này.

Xây dựng hệ thống BMS nhà máy dược: 4 bước từ thiết kế tới bàn giao

Bước 1: Đặc tả yêu cầu người dùng

Bản đặc tả yêu cầu người dùng (URS) liệt kê thông số cần giám sát, ngưỡng, cách cảnh báo, thời gian lưu dữ liệu, ai được truy cập. Bộ phận chất lượng, sản xuất và kỹ thuật của nhà máy cùng tham gia. Đây là tài liệu gốc để mọi bước sau đối chiếu, nên viết kỹ ngay từ đầu sẽ tiết kiệm rất nhiều tranh cãi về sau.

Bước 2: Thiết kế điểm I/O và kiến trúc mạng

Từ URS và bản vẽ HVAC, nhà thầu lập danh sách điểm vào ra cho từng thiết bị, chọn bộ điều khiển, vị trí tủ, kiến trúc mạng và máy chủ. Mạng điều khiển nên tách khỏi mạng văn phòng để giảm rủi ro an ninh mạng. Với nhà máy nhiều tầng như Hasan-Dermapharm, mỗi tầng thường có tủ điều khiển riêng nối về máy chủ trung tâm.

Bước 3: Lập trình, thử nghiệm tại xưởng và hiện trường

Logic điều khiển được lập trình và thử trên mô phỏng trước khi đưa ra công trường. Tại hiện trường, kiểm tra từng điểm từ cảm biến về màn hình (point-to-point check), rồi chạy thử từng AHU, từng chuỗi điều khiển. Đây là giai đoạn phát hiện cảm biến đấu sai, địa chỉ trùng, thang đo cài nhầm.

Bước 4: Thẩm định và đào tạo

Phần giám sát môi trường trải qua IQ, OQ theo kế hoạch thẩm định. Bộ phận kỹ thuật và chất lượng được đào tạo vận hành, xử lý cảnh báo, xuất báo cáo. Hồ sơ bàn giao gồm danh sách điểm, bản vẽ tủ, mã nguồn, tài liệu hướng dẫn và kết quả thẩm định.

Ở nhà máy dược phẩm Nhất Nhất số 2 tại Long An, quy mô khoảng 12.000 m² đạt GMP-WHO, Hòa Việt thi công chiller nước, AHU, hệ hút bụi và BMS. Một số khu có yêu cầu độ ẩm dưới 25%, nên BMS phải giám sát chặt thiết bị tách ẩm và cảnh báo sớm khi độ ẩm có xu hướng tăng. Xem dự án Nhất Nhất số 2.

Sai lầm thường gặp khi đầu tư hệ thống BMS nhà máy dược

• Coi BMS là hạng mục cuối: danh sách điểm I/O, vị trí cảm biến phải chốt cùng thiết kế HVAC, không đợi lắp xong thiết bị.
• Không phân biệt BMS và EMS: dẫn tới thẩm định toàn bộ hệ thống một cách không cần thiết, hoặc ngược lại thiếu thẩm định phần cần.
• Cảm biến rẻ, độ chính xác thấp: cảm biến chênh áp sai số lớn khiến dữ liệu không có giá trị khi chênh áp thiết kế chỉ 10 đến 15 Pa.
• Thiếu đào tạo: bộ phận kỹ thuật không biết thay đổi cài đặt đúng quy trình, dẫn tới vi phạm kiểm soát thay đổi.
• Không có kế hoạch nâng cấp: phần mềm, máy chủ lỗi thời sau vài năm, khó tìm linh kiện thay thế.

Câu hỏi thường gặp

Hệ thống BMS nhà máy dược có phải thẩm định không?

Phần liên quan tới giám sát các thông số ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm cần được thẩm định như hệ thống máy tính hóa theo GMP. Phần điều khiển thiết bị kỹ thuật thường áp dụng thực hành kỹ thuật tốt và tài liệu hóa đầy đủ.

Có thể nâng cấp BMS cho nhà máy đang hoạt động không?

Có. Cần lập kế hoạch chuyển đổi từng khu, duy trì giám sát song song trong giai đoạn chuyển tiếp và thẩm định lại phần thay đổi. Nâng cấp BMS cho tòa nhà M Plaza là một ví dụ về việc nâng cấp khi công trình vẫn vận hành.

Bao lâu cần hiệu chuẩn cảm biến?

Thông thường mỗi năm một lần với cảm biến quan trọng, hoặc theo đánh giá rủi ro và khuyến cáo của nhà sản xuất.