Tự động hóa chế biến cá là thay thao tác tay ở các khâu cắt đầu, fillet, lột da, phân cỡ, cân định lượng, cấp đông IQF và đóng gói bằng máy có bộ điều khiển PLC, rồi dùng máy tính công nghiệp (IPC) kết nối các máy đó để giám sát, ghi dữ liệu và truy xuất theo lô. Không nhà máy nào tự động hoá toàn bộ một lần; thực tế là từng khâu được cơ khí hoá, sau đó nối lại thành dây chuyền có dữ liệu. Bài này đi theo từng khâu của dây chuyền chế biến cá, nêu mức tự động hoá phổ biến, thiết bị điều khiển tương ứng và ba ví dụ triển khai. Yêu cầu chung của máy tính đặt trong xưởng thủy sản đã có ở bài máy tính công nghiệp cho chế biến thủy sản theo công đoạn.
1. Dây chuyền chế biến cá gồm những khâu nào và tự động hoá đến đâu
Một dây chuyền cá fillet đông lạnh xuất khẩu đi qua các khâu sau: tiếp nhận và cân nguyên liệu, cắt tiết và rửa, đánh vảy, cắt đầu, fillet, lột da, chỉnh hình và soi ký sinh trùng, phân cỡ, cân định lượng và xếp khay, cấp đông IQF (cấp đông rời từng miếng), mạ băng, đóng gói và dò kim loại, nhập kho lạnh. Sản phẩm giá trị gia tăng như cá tẩm bột, chả cá thêm khâu phối trộn, tạo hình và chiên hoặc hấp.
Mức tự động hoá của từng khâu ở nhà máy Việt Nam rất khác nhau. Khâu nào phụ thuộc vào tay nghề và cỡ cá không đều (chỉnh hình, soi ký sinh trùng, xếp khay) vẫn làm tay là chính. Khâu lặp lại với đầu vào ổn định (cắt đầu, fillet, lột da, phân cỡ, cấp đông, đóng gói) đã có máy chuyên dụng chạy bằng PLC. Điểm khác nhau giữa "có máy" và "tự động hoá" nằm ở lớp kết nối: máy chạy độc lập chỉ giảm nhân công, còn máy được nối vào máy tính công nghiệp thì cho thêm dữ liệu sản lượng, hao hụt, nhiệt độ và mã lô để quản lý và truy xuất.
2. Yêu cầu kỹ thuật của thiết bị điều khiển trong dây chuyền cá
Thiết bị điều khiển và máy tính đặt trong dây chuyền cá phải chịu được xưởng ướt, lạnh, muối và chu kỳ rửa clo mỗi ca. Bảng dưới tóm tắt tiêu chí cho ba loại thiết bị thường gặp: PLC trong tủ máy, máy tính công nghiệp gom dữ liệu và xử lý ảnh, màn hình vận hành (HMI) tại dây chuyền.
| Tiêu chí | PLC trong tủ máy | Máy tính công nghiệp | HMI tại dây chuyền |
|---|---|---|---|
| Dải nhiệt vận hành | 0–55 °C, tủ có sưởi nếu đặt ở khu lạnh | 0–50 °C trong tủ; −20 °C trở xuống nếu đặt gần tunnel IQF | 0–55 °C, mặt kính không ngưng tụ |
| Bụi, ẩm, nước | Tủ IP66, PLC bên trong | Vỏ máy IP30 trở lên, đặt trong tủ IP66; hoặc máy IP65 toàn thân | Mặt trước IP66 trở lên, chịu rửa vòi |
| Rung, sốc | Gắn ray DIN, tủ cách ly băng tải | Chịu rung 2 Grms, sốc 50 G; lưu trữ SSD hoặc eMMC | Gá khung inox, không gắn trực tiếp lên máy rung |
| Nguồn | 24 V DC, có dự phòng | 9–36 V DC hoặc 24 V DC, chịu sụt áp khi động cơ khởi động | 24 V DC |
| Cổng kết nối | Ethernet, RS-485, DI/DO cho cảm biến và van | 2 LAN trở lên tách mạng máy và mạng nhà máy; RS-232/485 đọc cân, PLC cũ; USB 3 cho camera; DIO điều khiển cửa gạt | Ethernet nối PLC, RS-232/485 dự phòng |
| Chứng chỉ | CE, UL | CE, FCC, UL; vật liệu vỏ không gỉ khi đặt ngoài tủ | CE, UL; mặt kính chịu hoá chất tẩy rửa |
| Vận hành | 24/7, ba ca | 24/7, không quạt, watchdog tự khởi động lại | 24/7, cảm ứng nhận găng tay |
Hai tiêu chí hay bị bỏ qua khi lập yêu cầu: máy tính cần hai cổng LAN để tách mạng điều khiển khỏi mạng văn phòng, và cần nguồn DC dải rộng vì điện trong tủ máy sụt áp mỗi khi động cơ băng tải hoặc máy nén khởi động.
3. Bảng khâu chế biến, mức tự động hoá và thiết bị điều khiển
Bảng dưới là khung để rà soát dây chuyền đang có: mỗi khâu đang ở mức nào, máy nào điều khiển và dữ liệu nào có thể lấy ra. Mức tự động hoá chia ba bậc: thủ công, máy chạy độc lập có PLC, và máy được nối máy tính công nghiệp để giám sát.
| Khâu | Mức tự động hoá phổ biến | Thiết bị điều khiển | Dữ liệu lấy được |
|---|---|---|---|
| Tiếp nhận, cân nguyên liệu | Cân điện tử nối máy tính | Bộ chỉ thị cân + Panel PC inox đọc cân, in phiếu | Khối lượng, mã ao nuôi, thời gian |
| Cắt đầu, đánh vảy, fillet, lột da | Máy chuyên dụng chạy độc lập, PLC riêng | PLC của máy; máy tính công nghiệp đọc trạng thái, số con qua Ethernet hoặc RS-485 | Số con, thời gian chạy, dừng máy, cảnh báo lưỡi cắt |
| Chỉnh hình, soi ký sinh trùng | Thủ công trên bàn soi | Đèn soi, cân cá nhân từng công nhân nối máy tính | Năng suất và hao hụt theo từng người |
| Phân cỡ | Máy phân cỡ theo khối lượng hoặc theo ảnh | PLC điều khiển cửa gạt; máy tính công nghiệp xử lý ảnh, gửi lệnh gạt qua DIO | Phân bố cỡ theo lô, tỷ lệ loại |
| Cân định lượng, xếp khay | Cân định lượng đa đầu hoặc bàn cân kiểm | Bộ điều khiển cân; Panel PC hiện cỡ, in tem | Khối lượng tịnh từng khay, số khay |
| Cấp đông IQF, mạ băng | Tunnel IQF chạy PLC | PLC tunnel; máy tính công nghiệp ghi nhiệt độ, tốc độ băng, thời gian lưu | Đường nhiệt độ theo lô làm hồ sơ HACCP |
| Đóng gói, dò kim loại, in mã | Máy đóng gói, máy dò, máy in mã chạy độc lập | PLC máy đóng gói; máy tính công nghiệp gom tín hiệu dò kim loại và mã lô in ra | Số thùng, số lần loại, mã lô trên từng thùng |
| Kho lạnh | Điều khiển nhiệt độ tự động | Bộ điều khiển kho; máy tính công nghiệp thu nhiệt độ, độ ẩm, cửa mở | Nhiệt độ kho theo thời gian, cảnh báo |
Hai khâu có lợi nhất khi nối máy tính công nghiệp là phân cỡ và cấp đông. Phân cỡ tự động quyết định giá bán vì cỡ sai làm lô hàng bị hạ loại. Cấp đông có đường nhiệt độ theo lô là bằng chứng bắt buộc trong hồ sơ HACCP cho hàng xuất khẩu. Khâu đóng gói được nói riêng ở bài tự động hóa đóng gói sản phẩm: các khâu và thiết bị điều khiển.
4. Ba ví dụ triển khai tự động hóa chế biến cá
Phân cỡ cá fillet bằng camera và cửa gạt
Bài toán: phân cỡ fillet cá tra theo khối lượng và loại ra miếng có đốm máu, rách thịt; phân cỡ tay thiếu ổn định giữa các ca. Thiết bị: camera công nghiệp đặt trong hộp bảo vệ trên băng tải, đèn chiếu kín, máy tính công nghiệp không quạt có cổng USB 3 và DIO đặt trong tủ; phần mềm tính diện tích và màu miếng cá, gửi lệnh gạt qua DIO đến cửa gạt khí nén; cân kiểm sau máy để hiệu chỉnh. Kết quả kỳ vọng: cỡ đồng đều giữa các ca, có số liệu tỷ lệ loại theo lô để đối chiếu với nhà cung cấp nguyên liệu. Cách chọn camera và ống kính đã có ở bài camera công nghiệp là gì và cách chọn để kiểm tra lỗi.
Giám sát tunnel IQF và ghi hồ sơ nhiệt độ theo lô
Bài toán: tunnel IQF có PLC riêng, hiển thị nhiệt độ tại chỗ nhưng không lưu; hồ sơ HACCP phải ghi tay mỗi giờ. Thiết bị: máy tính nhúng cỡ nhỏ đặt trong tủ điện gần tunnel, đọc PLC qua Modbus TCP hoặc RS-485, nhận mã lô từ Panel PC ở đầu vào băng, ghi nhiệt độ buồng, nhiệt độ tâm sản phẩm và tốc độ băng theo phút; gửi dữ liệu về máy chủ qua cổng LAN thứ hai. Kết quả kỳ vọng: hồ sơ nhiệt độ theo lô in ra từ hệ thống, cảnh báo ngay khi nhiệt độ buồng lệch ngưỡng thay vì phát hiện ở lần ghi kế tiếp.
Nối máy fillet, cân và máy in mã thành một dòng dữ liệu
Bài toán: máy fillet, cân định lượng và máy in mã của ba hãng khác nhau, mỗi máy có màn hình riêng, không ai biết hao hụt thực tế của từng lô. Thiết bị: một máy tính công nghiệp làm cổng gom dữ liệu, cổng RS-232/485 đọc bộ đếm máy fillet và cân, cổng Ethernet đọc máy in mã; màn hình cảm ứng công nghiệp ở đầu dây chuyền để tổ trưởng chọn lô và xem hao hụt tức thời. Kết quả kỳ vọng: hao hụt tính theo lô ngay trong ca, mã lô trên thùng khớp với số cân và số con, phục vụ truy xuất khi khách hàng yêu cầu.
Chọn thiết bị cho tự động hóa chế biến cá
Ba vai trò trong dây chuyền cần ba dòng máy khác nhau, đều thuộc danh mục máy tính công nghiệp không quạt và máy tính công nghiệp màn hình cảm ứng của IPC247.
Cổng gom dữ liệu tại tủ máy: Advantech UNO-2271G, máy tính nhúng cỡ bỏ túi, Intel Atom E3815, 4 GB RAM, 32 GB eMMC, 2 cổng LAN gigabit, bản E23AE có 2 cổng RS-232/422/485, mở rộng DI/DO cách ly và Fieldbus qua mô-đun iDoor, chịu rung 2 Grms và sốc 50 G. Phù hợp để đọc PLC tunnel IQF, bộ đếm máy fillet và đẩy dữ liệu lên máy chủ.
Xử lý ảnh phân cỡ và điều khiển cửa gạt: AAEON BOXER-6640, máy hộp không quạt dùng bộ xử lý Intel Core thế hệ 6/7 dạng socket, RAM DDR4 đến 32 GB, 2 LAN, 4 cổng USB 3.2 Gen 1 cho camera, DIO 8 bit để ra lệnh gạt, nguồn 9–36 V DC, vận hành −20 °C đến 55 °C khi có luồng gió và dùng linh kiện công nghiệp. Đây là dòng AAEON thiết kế cho thị giác máy trong tự động hoá nhà máy.
Màn hình vận hành tại dây chuyền: Advantech TPC-1551WP, màn hình 15,6 inch cảm ứng điện dung đa điểm, mặt trước IP66, Intel Atom E3827, 2 LAN, RS-232 và RS-232/422/485, nguồn 24 V DC, không quạt; đặt tại đầu băng tải để chọn lô và xem trạng thái máy.
Dùng công cụ chọn máy theo điều kiện lắp đặt khi cần lọc theo nhiệt độ tủ, số cổng COM, số camera USB; kỹ thuật IPC247 rà lại danh sách PLC và giao thức đang có trước khi đề xuất cấu hình.
Câu hỏi thường gặp về tự động hóa chế biến cá
Nhà máy nhỏ nên bắt đầu tự động hóa chế biến cá từ khâu nào?
Bắt đầu từ khâu có tỷ lệ hao hụt và sai số cao nhất mà máy làm ổn định hơn người: phân cỡ và cân định lượng. Hai khâu này cần vốn ít hơn máy fillet, không đổi bố trí xưởng và cho dữ liệu ngay để làm truy xuất. Fillet tự động chỉ hiệu quả khi cỡ cá đồng đều và sản lượng lớn.
PLC đã điều khiển máy rồi, có cần máy tính công nghiệp nữa không?
PLC điều khiển động cơ, van, cảm biến của một máy theo chu kỳ mili giây và làm việc đó rất tốt. Máy tính công nghiệp làm việc PLC không làm: chạy phần mềm phân tích ảnh, ghi dữ liệu theo lô, nối nhiều PLC khác hãng, hiện giao diện vận hành và đưa dữ liệu lên máy chủ. Hai thiết bị bổ sung cho nhau, không thay thế nhau.
Camera phân loại cá có dùng được trong xưởng ướt không?
Được, nếu camera và đèn đặt trong hộp bảo vệ IP66 trở lên hoặc hộp inox có kính, còn máy tính xử lý ảnh đặt trong tủ điện khô cách xa băng tải. Cần đèn chiếu ổn định và che ánh sáng ngoài, vì phân loại theo màu thịt và khuyết tật rất nhạy với thay đổi ánh sáng.
Dữ liệu truy xuất nguồn gốc lấy từ đâu trong dây chuyền tự động?
Lấy từ ba điểm: cân tiếp nhận ghi mã ao nuôi và khối lượng, máy phân cỡ hoặc cân định lượng ghi số lượng theo cỡ và lô, máy in mã ở khâu đóng gói gắn mã lô lên thùng. Máy tính công nghiệp gom ba nguồn này theo thời gian và mã lô, nên khi có khiếu nại truy ngược được đến ao nuôi và ca sản xuất.