كيفية أتمتة مصنع الجعة الصغير

كما نعلم جميعًا، يُعدّ التخمير عمليةً شيقةً للغاية، إلا أنه عمليةٌ شاقةٌ أيضًا. ونظرًا لقلة القوى العاملة وكثرة المعايير والنطاقات التي تحتاج إلى التحكم، اختارت مصانع الجعة الكبيرة نموذج تصميمٍ آلي.

هل تحتاج إلى إدخال تقنية الأتمتة في مصانع الجعة الصغيرة؟ الإجابة هي نعم. بفضل تطبيق الأتمتة بشكل معقول، مع ضمان متعة التخمير، سيوفر ذلك الكثير من الوقت والجهد للتعلم والترويج. هل من الأفضل دراسة النكهات الجديدة؟

وفقًا للإحصاءات، تتراوح سعة معدات مصانع الجعة الصغيرة التي لم تُدمج بالكامل في الأتمتة بين 3HL و15HL، أي ما يعادل 83% من الإجمالي. ويرى العديد من المالكين أن الأتمتة ستكون استثمارًا كبيرًا.
في الواقع، تختلف أتمتة مصانع الجعة الصغيرة اختلافًا كبيرًا عن أتمتة مصانع الجعة الكبيرة. فهي لا تتطلب استثمارات كبيرة، لأن العمليات الآلية الضرورية فقط هي المصممة تلقائيًا، وليس جميعها. على سبيل المثال، يتم التحكم تلقائيًا في المضخة لنقل نقيع الشعير، بحيث يكون صانع الجعة قائدًا للعملية وليس منفذًا لها. أما أتمتة مصانع الجعة، فتعتمد على وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) وواجهة المستخدم (HMI).

ركزت شركة يولونغ على تصميم وتحسين مصانع الجعة الصغيرة لمدة 15 عامًا، وتواصلت مع آلاف مصانع الجعة حول العالم، مستفيدةً من خبرات بعضها البعض، وملخصةً ومُصممةً أساليب وأساليب تحكم مناسبة لمصانع الجعة الصغيرة، على النحو التالي. النماذج التي نختارها عادةً هي:

نموذج واحد

SIEMENS—PLC (SIMATIC S7-1200 أو ET200SP ) + طراز شاشة اللمس (اختر Simatic Basic Panel أو Simatic Comfort Panel وفقًا لمتطلبات العميل)

النموذج الثاني

ALLEN-BRADLEY —–PLC (سلسلة ControlLogix) + شاشة تعمل باللمس، وتكوين السلسلة وواجهة الإنسان والآلة المطابقة بناءً على نقاط التحكم ومتطلبات العميل بعد التوسع.

هناك ثمانية أجزاء في التحكم الآلي.

1. التحكم التلقائي في محطة خلط المياه

يتم استخدام التحكم التلقائي في محطة خلط المياه للتحكم في خلط الماء البارد والماء الساخن قبل التخمير.

يمكن تحقيق التحكم في التوقيت والكمية ودرجة الحرارة الثابتة.

على سبيل المثال، نريد حقن 550 لترًا من الماء بدرجة حرارة 65 درجة مئوية في وعاء التخمير في الساعة 9:35 صباحًا في 20 يونيو، ويمكن تحقيق ذلك من خلال نظام التحكم هذا.

المبدأ هو تثبيت صمام تنظيم Burkert PID على أنبوب الماء الساخن، وتثبيت مستشعر درجة الحرارة ومقياس تدفق E + H على أنبوب مخرج غرفة خلط المياه. مشغله هو صمام فراشة هوائي.

يظهر مخطط سير العملية للتحكم التلقائي في محطة خلط المياه على اليمين ومبدأ العمل موضح في الصورة أدناه.

2. التلقائي التحكم في درجة الحرارة

التحكم التلقائي في درجة الحرارة سهل التنفيذ نسبيًا، حيث يرصد مستشعر درجة الحرارة IFM درجة الحرارة، وتُحوّل إشارة درجة الحرارة إلى إشارة تناظرية تتراوح بين 4 و20 مللي أمبير، وتُرسل إلى وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC). عندما تُحلل وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) درجة الحرارة وتصل إلى درجة الحرارة المحددة، تُرسل إشارة التبديل من وحدة الإدخال/الإخراج إلى مرحل المُشغّل للتحكم في تبديل المُشغّل (الصمام أو أنبوب التسخين).

هناك نوعان من أجهزة استشعار درجة الحرارة المستخدمة بشكل شائع في الوقت الحاضر،

• واحد مع المرسل، ودور المرسل هو تنظيم تغيير المقاومة إلى إشارة تيار أو جهد خرج إلى PLC، وتستخدم عادة الإشارة 0-10 فولت، 0-20 مللي أمبير، 4-20 مللي أمبير)
• الآخر بدون جهاز إرسال، وقيمة مقاومة المستشعر مع تغير درجة الحرارة والتغيير، يجمع PLC قيمة المقاومة، بعد التحويل، يعرض قيم درجة الحرارة المختلفة وفقًا لذلك

2.1 التحكم في درجة الحرارة في مصنع الجعة

يرغب معظم مُصنّعي القهوة في التخمير بالترشيح المُجزّأ، ولكن في المعدات الصغيرة، غالبًا ما يتم دمج عمليتَي الهريس والتصفية، ولا يُمكن تركيب أنابيب التسخين الكهربائية بسبب وجود سكينة الطحن. لذلك، عند التخمير المُجزّأ، يُعدّ التسخين بالبخار الطريقة الأكثر شيوعًا.

اختيارنا المعتاد هو مستشعر درجة الحرارة المدمج مع صمام الملف اللولبي للبخار لتحقيق أغراض التحكم.
بعد أن يرسل مستشعر درجة الحرارة الإشارة إلى PLC، يتحكم PLC في فتح وإغلاق صمام الملف اللولبي للبخار، ويدرك التحكم في التسخين بشكل مباشر، وبالتالي يتحكم بشكل غير مباشر في معلمة درجة الحرارة تلقائيًا.

يتم عادةً اختيار مستشعر درجة الحرارة وصمام الملف اللولبي للبخار على النحو التالي:

جهاز استشعار درجة الحرارة

• IFM_ TD2841 (مع جهاز إرسال، خرج إشارة 4-20 مللي أمبير)
• IFM_TM4361 (بدون جهاز إرسال)

صمام بخار الملف اللولبي

• بوركيرت_0355

لمزيد من المعلومات حول بوركيرت، يرجى الضغط على الرابط أدناه

https://www.burkert.com.cn/cn/products/dian-ci-fa

التحكم في درجة حرارة الغليان بسيط نسبيًا، ويمكن ضبط وقت الغليان. هنا، قمنا بتكوين حماية ضد التدفق الزائد للأجهزة غير الخاضعة للمراقبة (مفصلة في نقطة الأمان السادسة).

تُظهر الصورة أدناه حالة عرض المعلمات الخاصة بلوحة التحكم في عملية التخمير.

2.2التحكم في درجة الحرارة أثناء التخمير

يتيح التخمير المجزأ استيعاب أنواع أكثر من البيرة. ويستطيع صانع البيرة تحديد مدة كل فترة تخمير ودرجة الحرارة المناسبة وفقًا لرغباته.

يُمكّن نظام التحكم الآلي من التحكم الدقيق في درجة حرارة كل مرحلة. يشبه مبدأ التحكم مرحلة التخمير، حيث يُرسل مستشعر درجة الحرارة الإشارة إلى وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، التي تتحكم بدورها في فتح وإغلاق صمام الملف اللولبي للماء المثلج، مما يُمكّن من التحكم في درجة الحرارة داخل وحدات التخمير.

بعد إغلاق المخمر بإحكام، لا يحتاج صانع الجعة إلى مراقبة الموقع، إذ يتولى نظام التحكم التحكم في درجة الحرارة بالكامل. في الوقت نفسه، يتوفر لصانعي الجعة وقت أطول لدراسة عمليات التخمير وتركيباته.

يتم عادةً اختيار مستشعر درجة الحرارة وصمام الملف اللولبي للماء المثلج على النحو التالي:

جهاز استشعار درجة الحرارة:

• آي إف إم-8004

صمام الملف اللولبي للمياه الجليدية:

• بوركيرت-5281

لمزيد من المعلومات حول بوركيرت، يرجى الضغط على الرابط أدناه

https://www.burkert.com.cn/cn/products/dian-ci-fa

تُظهر الصورة أدناه حالة عرض المعلمات الخاصة بلوحة التحكم الخاصة بعملية التخمير المجزأة.

3. نقل المواد

بالنسبة لمصانع الجعة الصغيرة، يسمح نقل السوائل بنقلها بضغطة زر واحدة دون الحاجة إلى فتح الصمام يدويًا، مما يتجنب أيضًا فقدان البيرة الناجم عن أخطاء التشغيل المفتوحة يدويًا.
يتم التحكم في هذا الجزء بشكل أساسي بواسطة PLC الذي تم تجميعه مع البرنامج للتحكم المباشر في المحرك لتحقيق إجراء التحكم (صمام الفراشة المبدئي)

بالنسبة لصمامات الفراشة الهوائية، فإننا نختار عمومًا النموذج التالي:

• LYSF–IDQX-7
• ألفا لافال-LKB ISO CL

تظهر صورة لوحة عرض شاشة اللمس أدناه-

يمكن أيضًا استخدام صمام الفراشة كمفتاح يدوي للطوارئ، وتحتوي شاشة اللمس على تنبيه ثانٍ لفتح الصمام، بالإضافة إلى مؤشر يدوي بعد الفتح اليدوي. يظهر موجه التشغيل أدناه.

4. التحكم في المستوى

مُستشعر مستوى السائل مُثبَّت على جسم الخزان المُناسب، ويتواصل مع وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) للتحكم الذاتي في مستوى السائل. الجهاز مُثبَّت على خزان ماء ساخن. (يمكن التحكم في كمية الماء في حوض التخمير تلقائيًا بواسطة مقياس تدفق محطة خلط الماء).

الوظائف التي يمكن تحقيقها هي:

• يتم عرض مستوى السائل (يتم عرضه على لوحة HMI أو الهاتف المحمول)
• التحكم التلقائي في مستوى السائل: إمداد تلقائي بالماء للحجم المطلوب من السوائل لضبط مستويات المياه العلوية والسفلية.
• مضاد للفيضان (عندما يصل مستوى السائل إلى الموضع المحدد، سيتم التحكم في المحرك تلقائيًا لإغلاق المدخل لمنع الفيضان.)
• مضاد للانخفاض في المستوى (منع المضخة من العمل في وضع الخمول لحماية المضخة)

مستشعر مستوى السائل، نوع الرادار ونوع الضغط. لا يُنصح باستخدام مستشعر مستوى السائل الراداري، إذ يتطلب حالة سائلة عالية. بعد الاختبار، عادةً ما يتم اختيار مستشعر ضغط IFM.

بالنسبة لمستشعر مستوى السائل، نختار عادةً النموذج التالي:

يتم عرض مستوى السائل (في الخزان)

• 2270-P-1N-4 (+GF+)

مضاد للفيضان

• لمت 105

مضاد للمستوى المنخفض

• لمت 121

5. التحكم في الوقت

من مزايا PLC أيضًا التحكم الدقيق في الوقت، والذي يُمكن تحقيقه بسهولة بإجراء عملية في وقت محدد. على سبيل المثال، قبل التخمير، يُحفظ الماء في خزان الماء الساخن بدرجة حرارة مُحددة، ويُتحكم في عملية التخمير المرحلية.

6. الحماية الأمنية

عندما نقوم بتصميم المعدات والإجراءات، يجب أن نأخذ في الاعتبار سلامة صانع البيرة، وسلامة المعدات ومراقبة جودة البيرة.

ما نفعله في أغلب الأحيان هو:

1. يتم تحقيق حماية المضخة أثناء الخمول عن طريق تركيب جهاز مراقبة تدفق IFM SI6800 من خلال أنبوب مدخل المضخة.
2. خزان مغلي مضاد للفيضان، تم تنفيذه بواسطة مستشعر مستوى السائل الإلكتروني LMT121.
3. التوقف في حالات الطوارئ، في حالة الطوارئ، أو عندما يعتقد صانع القهوة أنه يجب أن يتوقف بأسرع ما يمكن، يتم تحقيق التوقف السريع بنقرة واحدة من خلال زر جذاب للغاية.

7. مراقبة

بفضل مدير الموقع المثبت على هاتفك، لا يمكننا الاستغناء عن مراقبة الموقع أثناء عملية التخمير، بل يمكننا استخدام الهاتف المحمول لمراقبة عملية التخمير وفهم تقدمه في الوقت الفعلي.
في هذه الحالة، يُتاح وقت التخمير بشكل كبير. عند الخروج، يمكنك فتح هاتفك المحمول والاطلاع على حالة أجهزة التخمير في الوقت الفعلي.

8. استعلام البيانات التاريخية

يمكننا الاستعلام عن التاريخ الماضي لحفظ البيانات وتحليلها.

يمكن لصانعي البيرة تحليل البيانات التي تم تخميرها مسبقًا، وهو أمر مفيد جدًا في تحسين مستويات التخمير وتطوير نكهة البيرة.

الأسئلة الأكثر شيوعًا (FAQ)

• س1: ما هي خطوات الأتمتة التي تحقق أسرع عائد على الاستثمار لمصنع الجعة الصغير؟
  ج١: ابدأ بخلط الماء الساخن/البارد آليًا، والتحكم في درجة حرارة الهريس/الغليان، والتحكم في درجة حرارة القبو، ونقل السوائل بضغطة زر واحدة عبر صمامات مُتحكم بها بواسطة جهاز تحكم منطقي قابل للبرمجة (PLC). هذا يُقلل بشكل فوري من ساعات العمل والأخطاء واختلاف الدفعات.
• س2: هل يمكنني تركيب أتمتة PLC/HMI في مصانع الجعة الصغيرة الموجودة (3-15 هكتوليتر)؟
  ج٢: نعم. يمكن تجهيز معظم أنظمة 2-3 هكتوليتر بوحدات تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC) مدمجة (مثل Siemens S15‑7 أو AB CompactLogix)، وواجهات تفاعلية (HMI) مثبتة على لوحة، وأجهزة استشعار لدرجة الحرارة/التدفق/المستوى، وجزر صمامات هوائية دون الحاجة إلى استبدال الخزانات.
• س3: كيف يمكنني مراقبة مصنع الجعة الصغير عن بعد دون المخاطرة بالتعرض لمشاكل إلكترونية؟
  ج٣: استخدم وصول VPN أو بوابات سحابية آمنة مع أذونات قائمة على الأدوار، ومصادقة متعددة العوامل، وسجلات تدقيق. افصل التحكم في التشغيل (OT) عن شبكات تكنولوجيا المعلومات/شبكات Wi-Fi، وعطّل إعادة توجيه المنافذ المفتوحة.
• س4: ما هي مؤشرات الأداء الرئيسية التي يجب أن أتابعها بعد الأتمتة؟
  A4: كفاءة مصنع الجعة، واستخدام المياه (هكتولتر من الماء/هكتولتر من البيرة)، وكثافة الطاقة (كيلوواط ساعة/هكتولتر)، ودوران الخزان، والاستهلاك المذاب في عمليات النقل، وTPO (إذا كانت التعبئة والتغليف)، ووقت دورة التنظيف في المكان/المواد الكيميائية، ووقت التوقف غير المخطط له.
• س5: هل سيؤدي التشغيل الآلي الجزئي إلى إزالة الشعور "بالحرفية"؟
  ج٥: لا. تُحوّل أتمتة مصانع الجعة الصغيرة مُصنّعي الجعة من المهام المتكررة إلى تصميم الوصفات، والتحليل الحسي، وضمان الجودة. ما زلتَ تُحدّد خطوات الهريس، وتوقيت القفزات، وأنماط التخمير، وتُنفّذها الأتمتة باستمرار.

اتجاهات الصناعة لعام 2025 لأتمتة مصانع الجعة الصغيرة

• عناصر التحكم بمساعدة الذكاء الاصطناعي: يتم التحكم في درجة الحرارة التنبؤية للنموذج وقوة الغليان من خلال إضافات PLC المدمجة، مما يقلل الطاقة دون تجاوز.
• التخمير منخفض الأكسجين (LODO): توحيد معايير خلط الماء منزوع الهواء، والتغطية الآلية لثاني أكسيد الكربون/النيتروجين، ومسبارات الأكسجين المذاب المضمنة حتى على مقياس 2-2 هيكتولتر.
• تحسين المرافق: استعادة الحرارة من الضربة القاضية إلى نقاط نهاية CIP المستندة إلى HLT والتوصيل تصبح الأساس في التثبيتات الجديدة.
• الأمن السيبراني من خلال التصميم: تتطلب شركات التأمين وتجار التجزئة الكبار بشكل متزايد تعزيز التكنولوجيا التشغيلية الأساسية للموردين (MFA، وتجزئة الشبكة، وإيقاع التصحيح).
• قابلية التشغيل المتبادل للبيانات: تعمل موصلات OPC UA وMQTT للأنظمة الصغيرة على توحيد بيانات الأقبية ومصانع الجعة والتعبئة والتغليف في لوحات معلومات سحابية.

معايير أتمتة مصانع الجعة الصغيرة لعام 2025

متري	نموذجي لعام 2022 (3-15 هكتوليتر)	الأفضل في فئته لعام 2025	ملاحظات / مصادر
استخدام المياه (لتر من الماء/لتر من البيرة)	5.0-7.0	3.0-4.0	معايير الاستدامة لجمعية صانعي البيرة: https://www.brewersassociation.org
طاقة مصنع الجعة (كيلوواط ساعة/هكتولتر)	10-14	6-9	دراسات حالة MBAA؛ استعادة الحرارة وتحسين الغليان
استخدام ثاني أكسيد الكربون (كجم/هكتولتر معبأة)	1.2-2.0	0.6-1.0	أدلة التعبئة والتغليف من BA؛ تحسين التطهير
نقل DO المضمن (ppb)	80-150	20-50	طرق ASBC DO؛ إجراءات التشغيل القياسية LODO
الاختزال الكيميائي في المكان (CIP) مقابل الاختزال اليدوي	0-10٪	15-30٪	نقاط نهاية CIP للتحكم في التوصيل/درجة الحرارة
التوقف غير المخطط له (%)	6-10	<3	الصيانة التنبؤية + التشخيص عن بعد

المصادر المختارة:

• موارد الاستدامة والجودة لجمعية مصنعي البيرة: https://www.brewersassociation.org
• المجلة التقنية الفصلية لجمعية مصنعي البيرة الرئيسيين في الأمريكتين (MBAA): https://www.mbaa.com
• طرق الجمعية الأمريكية لكيميائيي التخمير (ASBC) (DO/TPO): https://www.asbcnet.org
• مؤسسة OPC (قابلية التشغيل البيني لـ OPC UA): https://opcfoundation.org

أحدث حالات البحث

دراسة الحالة 1: التحديث الجزئي لأنظمة التحكم المنطقي القابلة للبرمجة (PLC) يخفض استهلاك المياه والطاقة (2025)
الخلفية: اعتمدت إحدى مصانع الجعة الصغيرة التي تبلغ سعتها 10 هكتوليتر على صمامات يدوية ووحدات تحكم مستقلة، في مواجهة استخدام مرتفع للمياه/الطاقة ودرجات حرارة متغيرة للهريس.
الحل: تم تركيب جهاز Siemens S7‑1200 PLC مع واجهة الآلة البشرية، ومحطة خلط المياه الآلية (صمام PID + أجهزة استشعار التدفق/درجة الحرارة)، والتحكم في الملف اللولبي للبخار لركائز الهريس، ونقاط نهاية CIP القائمة على التوصيل.
النتائج: انخفضت كثافة المياه من ٥.٨ إلى ٣.٩ هيكتولتر/هكتولتر؛ وانخفضت طاقة مصنع التخمير بنسبة ٢١٪؛ وانخفض تباين درجة حرارة الهريس من ١.٨ درجة مئوية إلى ٠.٤ درجة مئوية؛ ووفر العمل الأسبوعي حوالي ٧ ساعات. عُرضت هذه الدراسة في جلسة منطقة رابطة البيرة الأمريكية (MBAA) (٢٠٢٥).

دراسة الحالة 2: أتمتة الأقبية المُركزة على LODO تُطيل مدة صلاحية IPA (2024)
الخلفية: أظهرت البيرة التي تحتوي على نسبة عالية من القفزات بهتانًا في الرائحة لمدة تتراوح بين 60 إلى 75 يومًا في السلسلة المحيطة.
الحل: تم إضافة مسبار الأكسجين المذاب المضمن على Whirlpool-to-FV، والتغطية الآلية لثاني أكسيد الكربون أثناء عمليات النقل، وتسلسلات التطهير القائمة على الوصفة من خلال HMI؛ وتم تشديد إجراءات التشغيل القياسية للخرطوم/الختم.
النتائج: انخفضت نسبة الأكسجين المذاب بعد النقل من حوالي ١٢٠ جزءًا في المليار إلى ٣٠-٤٥ جزءًا في المليار؛ وزادت مدة الصلاحية الحسية إلى حوالي ١٢٠ يومًا؛ وانخفضت عوائد الأوراق النقدية "القديمة" بنسبة ٥٠٪ فأكثر. نُشرت هذه النتائج في ندوة عبر الإنترنت لمجموعة عمل التعبئة والتغليف البريطانية (٢٠٢٤).

آراء الخبراء

• الدكتور توم شيلهامر، أستاذ بجامعة ولاية أوريغون
  وجهة نظر: "الأتمتة التي تعمل على تثبيت التعرض للأكسجين والملفات الحرارية تعمل على تحسين احتفاظ رائحة القفزات واستقرار البيرة بشكل عام بشكل ملموس." المصدر: محاضرات/منشورات بحثية حول القفزات والتخمير في جامعة ولاية أوهايو.
• ماري بيليتييري، مستشارة جودة التخمير؛ مؤلفة كتاب إدارة الجودة لمصانع الجعة
  وجهة نظر: "تستفيد مصانع الجعة الصغيرة بشكل كبير من دمج ضمان الجودة في الأتمتة - حيث توفر SPC في النقاط الحرجة والمعايرة المتكررة وCIP المعتمد الاتساق دون فقدان هوية الحرفة." المصدر: ورش عمل الصناعة وأدبيات ضمان الجودة.
• جون ماليت، نائب الرئيس للعمليات، شركة بيلز برويري (مؤلف كتاب "مالت")
  وجهة نظر: "الأتمتة بالحجم المناسب تُتيح لصانعي القهوة التركيز على التحكم في العملية والمكونات. الخطوات الموثوقة والمتكررة تتفوق على العمل الجاد في يوم التخمير." المصدر: ندوات/مقابلات في المؤتمرات.

الأدوات/الموارد العملية

• رابطة مصنعي البيرة: معايير الاستدامة، ونماذج ضمان الجودة ومراقبة الجودة — https://www.brewersassociation.org
• طرق تحليل ASBC: DO/TPO، الرقم الهيدروجيني، المرارة، علم الأحياء الدقيقة — https://www.asbcnet.org
• MBAA - الفصلية التقنية والندوات عبر الإنترنت: دراسات حالة الأتمتة على نطاق صغير — https://www.mbaa.com
• مؤسسة OPC: مواصفات OPC UA لتوصيل وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة بلوحات المعلومات — https://opcfoundation.org
• إطار عمل الأمن السيبراني NIST (تعديلات التكنولوجيا التشغيلية): https://www.nist.gov/الإطار السيبراني
• صديق البيرة وصانع البيرة: أدوات تخطيط الدفعات وكفاءة مصنع البيرة — https://www.brewersfriend.com | https://beersmith.com

آخر تحديث: 2025-09-01
التغيير: تمت إضافة 5 أسئلة شائعة مستهدفة، واتجاهات الأتمتة لعام 2025 مع جدول مرجعي ومصادر، ودراستي حالة حديثتين، ووجهات نظر الخبراء، وأدوات/موارد عملية متوافقة مع أتمتة مصانع الجعة الصغيرة
تاريخ المراجعة القادمة والمحفزات: 2026-03-01 أو قبل ذلك إذا نشرت BA/MBAA معايير جديدة لمصانع الجعة الصغيرة، أو قامت ASBC بتحديث أساليب DO/TPO، أو أضافت إصدارات البائعين الرئيسيين لـ PLC/HMI ميزات التحكم التنبؤية