So automatisieren Sie eine Mikrobrauerei

Wie wir alle wissen, ist das Brauen eine sehr interessante Sache, aber es ist auch ein mühsamer Arbeitsprozess. Aufgrund der begrenzten Mitarbeiterzahl und einer Vielzahl von Parametern und Bereichen, die gesteuert werden müssen, haben sich große Brauereien für ein automatisiertes Entwurfsmodell entschieden.

Müssen Sie Automatisierungstechnik für die Mikrobrauerei einführen? Die Antwort ist ja. Durch die sinnvolle Einführung der Automatisierung wird dem Brauer zwar das Brauvergnügen geboten, er hat jedoch viel Zeit und Energie zum Lernen und Fördern. Ist es besser, neue Geschmäcker zu untersuchen?

Laut Statistik beträgt die Ausrüstungskapazität einer Mikrobrauerei, die nicht vollständig in die Automatisierung eingeführt wurde, im Allgemeinen 3HL-15HL, was 83% der Gesamtmenge ausmacht. Viele Eigentümer glauben, dass Automatisierung eine große Investition sein wird.
Tatsächlich unterscheidet sich die Automatisierung von Mikrobrauereien stark von der von Großbrauereien. Es sind keine großen Investitionen erforderlich, da nicht alle Prozesse automatisch entworfen werden, sondern nur die erforderlichen automatisierten Prozesse. Beispielsweise wird die Pumpe automatisch so gesteuert, dass die Würze übertragen wird, sodass der Brauer als Prozesssteuerungsleiter und nicht als Prozessausführender fungiert. Für die Automatisierung des Sudhauses sind SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung) und HMI (Human Machine Interface) erforderlich.

YoLong konzentriert sich seit 15-Jahren auf das Design und die Optimierung von Mikrobrauereien und hat mit Tausenden von Brauern auf der ganzen Welt kommuniziert, voneinander gelernt und Steuerungsmodi und -methoden für Mikrobrauereien wie folgt zusammengefasst und entworfen. Die Modelle, für die wir uns im Allgemeinen entscheiden, sind:

Modell Eins

SIEMENS - SPS (SIMATIC S7-1200 oder ET200SP) + Touchscreen-Modell (je nach Kundenanforderung Simatic Basic Panel oder Simatic Comfort Panel auswählen)

Modell Zwei

ALLEN-BRADLEY - SPS (ControlLogix-Serie) + Touchscreen, Konfiguration der Serie und Anpassung des HMI basierend auf Kontrollpunkten und Kundenanforderungen nach der Erweiterung.

Die Automatisierungssteuerung besteht aus acht Teilen.

1. Automatische Steuerung der Wassermischstation

Die automatische Steuerung der Wassermischstation wird verwendet, um das Mischen von kaltem Wasser und heißem Wasser vor dem Maischen zu steuern.

Eine zeitliche, quantitative und konstante Temperatursteuerung kann realisiert werden.

Zum Beispiel wollen wir 550L von 65®-Wasser in den Maischebottich bei 9 einspritzen: 35 ist am Juni 20, dies kann durch dieses Steuersystem realisiert werden.

Das Prinzip besteht darin, das Burkert PID-Regelventil in die Warmwasserleitung einzubauen, den Temperatursensor und den E + H-Durchflussmesser in die Auslassleitung der Wassermischkammer einzubauen. Sein Antrieb ist eine pneumatische Absperrklappe.

Das Prozessablaufdiagramm der automatischen Steuerung der Wassermischstation ist rechts und das Arbeitsprinzip in der folgenden Abbildung dargestellt.

2. Automatisch Temperaturregelung

Die automatische Temperaturregelung ist relativ einfach zu implementieren, die Temperatur wird vom IFM-Temperatursensor erfasst und das Temperatursignal wird in ein 4 ~ 20mA-Analogsignal umgewandelt, das an die SPS gesendet wird. Wenn die SPS die eingestellte Temperatur analysiert und erreicht, wird das Schaltsignal von E / A an das Relais des Stellantriebs gegeben, um das Schalten des Stellantriebs (Ventil oder Heizrohr) zu steuern.

Derzeit werden zwei Arten von Temperatursensoren verwendet:

• Zum einen ist es die Aufgabe des Senders, die Änderung des Widerstands in Strom- oder Spannungssignal zu regeln, das an die SPS ausgegeben wird (häufig verwendet).
• Der andere ist ohne Transmitter und der Widerstandswert des Sensors mit Temperaturänderung und -änderung, SPS sammelt Widerstandswert, zeigt nach Umrechnung entsprechend unterschiedliche Temperaturwerte an

2.1-Temperaturregelung im Sudhaus

Die meisten Brauer möchten eine segmentierte Laugungsbrauung erreichen, aber bei kleinen Geräten sind Maischen und Läutern meist integriert, und elektrische Heizrohre können aufgrund des vorhandenen Rechenmessers nicht installiert werden. Wenn daher eine Segmentbrühung erzielt wird, ist die Dampfheizung die gebräuchlichste Methode.

Unsere übliche Auswahl ist ein Temperatursensor in Kombination mit einem Dampfmagnetventil, um die Zwecke der Steuerung zu erreichen.
Nachdem der Temperatursensor das Signal an die SPS zurückgesendet hat, steuert die SPS das Öffnen und Schließen des Dampfmagnetventils, realisiert direkt die Steuerung der Heizung und regelt dadurch indirekt automatisch den Temperaturparameter.

Der Temperatursensor und das Dampfmagnetventil werden normalerweise wie folgt ausgewählt:

Temperatursensor

• IFM_ TD2841 (mit Sender, Ausgangssignal 4-20mA)
• IFM_TM4361 (ohne Sender)

Dampfmagnetventil

• Burkert_0355

Für weitere Informationen über Burkert klicken Sie bitte auf den unten stehenden Link

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

Die Temperaturregelung des Kochens ist relativ einfach und die Kochzeit kann eingestellt werden. Hier haben wir den Überlaufschutz für unbeaufsichtigt konfiguriert (ausführlich im sechsten Sicherheitsbereich).

Das folgende Bild zeigt den Status der Parameteranzeige des Bedienfelds für den Brühvorgang.

2.2Temperaturregelung in der Fermentation

Die segmentierte Gärung kann mehr Biersorten aufnehmen. Der Brauer kann die Dauer jeder Gärperiode und die entsprechende Temperatur nach eigenen Vorstellungen einstellen.

Das automatische Steuersystem kann die genaue Steuerung der Temperatur jeder Stufe realisieren. Das Prinzip der Steuerung ähnelt dem der Brühstufe, und der Temperatursensor dient zur Rückmeldung des Signals an die SPS. Anschließend steuert die SPS das Öffnen und Schließen des Eiswassermagnetventils, damit die Temperatur im Inneren geregelt werden kann die Fermenter.

Nach versiegelten Fermentern muss der Brauer den Standort nicht überwachen, da die Temperaturkontrolle ausschließlich vom Kontrollsystem übernommen wird. Gleichzeitig haben die Brauer mehr Zeit, um Brauprozesse und -formulierungen zu studieren.

Der Temperatursensor und das Eiswassermagnetventil werden normalerweise wie folgt ausgewählt:

Temperatursensor:

• IFM-8004

Eiswassermagnetventil:

• Burkert-5281

Für weitere Informationen über Burkert klicken Sie bitte auf den unten stehenden Link

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

Das folgende Bild zeigt den Status der Parameteranzeige des Bedienfelds für den segmentierten Fermentationsprozess.

3. Materialtransfer

Bei der Mikrobrauerei ermöglicht der Flüssigkeitstransfer den Transfer mit einem Knopfdruck, ohne dass das Ventil manuell geöffnet werden muss, wodurch auch der durch manuell geöffnete Betriebsfehler verursachte Bierverlust vermieden wird.
Dieser Teil wird hauptsächlich von der SPS gesteuert, die mit dem Programm zur direkten Steuerung des Stellantriebs zur Erzielung der Steueraktion (Anlassen der Absperrklappe) kompiliert wurde.

Für pneumatische Absperrklappen wählen wir im Allgemeinen das Modell:

• LYSF-IDQX-7
• Alfa-Laval-LKB ISO CL

Das Bild des Touchscreen-Anzeigefelds ist unten dargestellt.

Die Startklappe kann auch ein manueller Notschalter sein, und der Touchscreen hat eine zweite Aufforderung zum Öffnen des Ventils und eine manuelle Anzeige nach dem manuellen Öffnen des Ventils. Die Eingabeaufforderung ist wie folgt.

4. Niveauregulierung

Der Flüssigkeitsstandsensor ist am entsprechenden Tankkörper installiert, um mit der SPS zu kommunizieren und die Selbstkontrolle des Flüssigkeitsstands zu realisieren. Das allgemeine Gerät befindet sich in einem Warmwasserspeicher. (Die Wassermenge im Maischebottich kann automatisch vom Durchflussmesser der Wassermischstation gesteuert werden.)

Die Funktionen, die erreicht werden können, sind:

• Der Flüssigkeitsstand wird angezeigt (Anzeige am HMI-Panel oder Mobiltelefon)
• Niveauregulierung: Automatische Wasserversorgung mit der erforderlichen Flüssigkeitsmenge, um den oberen und unteren Wasserstand einzustellen.
• Überlaufsicherung (Wenn der Flüssigkeitsstand die angegebene Position erreicht, wird der Antrieb automatisch so gesteuert, dass der Einlass geschlossen wird, um ein Überlaufen zu verhindern.)
• Anti-Low-Stand (verhindern, dass die Pumpe im Leerlauf läuft, um die Pumpe zu schützen)

Füllstandssensor, Radartyp und Drucktyp. Es wird nicht empfohlen, einen Radar-Füllstandsensor zu verwenden. Es stellt hohe Anforderungen an den flüssigen Zustand. Nach dem Testen wird im Allgemeinen der IFM-Drucksensor ausgewählt.

Für den Flüssigkeitsstandssensor wählen wir im Allgemeinen das Modell:

Der Flüssigkeitsstand wird angezeigt (im Tank)

• 2270-P-1N-4 (+ GF +)

Anti-Überlauf

• LMT 105

Anti-Low-Level

• LMT 121

5. Zeitkontrolle

Ein weiterer Vorteil der SPS ist die genaue Zeitsteuerung, die durch Ausführen eines Vorgangs zu einem bestimmten Zeitpunkt auf einfache Weise erreicht werden kann. Lagern Sie zum Beispiel vor dem Brühen das Wasser im Heißwassertank bei einer festgelegten Temperatur und steuern Sie den Prozess der gestuften Fermentation.

6. Sicherheitsschutz

Bei der Entwicklung von Geräten und Verfahren sollten die Sicherheit des Brauers, die Sicherheit der Geräte und die Qualitätskontrolle des Bieres berücksichtigt werden.

Was wir oft tun, ist:

1. Der Leerlaufschutz der Pumpe wird durch die Installation des IFM-Durchflusswächters SI6800 durch das Pumpeneinlassrohr realisiert.
2. Gekochte Wanne gegen Überlauf, realisiert durch elektronischen Flüssigkeitsstandssensor LMT121.
3. Not-Aus, im Notfall oder wenn der Brauer denkt, dass er so schnell wie möglich anhalten muss, wird durch einen sehr auffälligen Knopf ein schneller Ein-Klick-Stopp erreicht.

7. Überwachung

Mit dem auf Ihrem Telefon installierten Site Manager können wir die Überwachung vor Ort während des Fermentationsprozesses überflüssig machen. Mit dem Mobiltelefon können wir jedoch den Fortschritt der Fermentation in Echtzeit aus der Ferne überwachen und nachvollziehen.
In diesem Fall ist die Zeit des Brauers stark befreit. Wenn Sie unterwegs sind, können Sie Ihr Mobiltelefon öffnen und die Echtzeitsituation Ihrer Fermenter überprüfen.

8. Abfrage historischer Daten

Wir können die Vergangenheit abfragen, um Daten zu speichern und zu analysieren.

Brauer können zuvor gebraute Daten analysieren, was sehr hilfreich ist, um das Brauniveau und die Entwicklung des Biergeschmacks zu verbessern.

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

• F1: Welche Automatisierungsschritte liefern den schnellsten ROI für eine Mikrobrauerei?
  A1: Beginnen Sie mit der automatischen Warm-/Kaltwassermischung, der Maische-/Kochtemperaturregelung, der Kellertemperaturregelung und der Flüssigkeitsübertragung per Knopfdruck über SPS-gesteuerte Ventile. Dadurch werden Arbeitsstunden, Fehler und Chargenvariabilität sofort reduziert.
• F2: Kann ich die SPS/HMI-Automatisierung in vorhandenen kleinen Brauhäusern (3–15 hL) nachrüsten?
  A2: Ja. Die meisten 3–15-hL-Systeme können mit kompakten SPSen (z. B. Siemens S7-1200 oder AB CompactLogix), tafelmontierten HMIs, Temperatur-/Durchfluss-/Füllstandssensoren und pneumatischen Ventilinseln nachgerüstet werden, ohne dass Tanks ausgetauscht werden müssen.
• F3: Wie kann ich die Mikrobrauerei aus der Ferne überwachen, ohne Cyberprobleme zu riskieren?
  A3: Verwenden Sie VPN-Zugriff oder sichere Cloud-Gateways mit rollenbasierten Berechtigungen, MFA und Prüfprotokollen. Trennen Sie OT (Brew Controls) von IT-/WLAN-Netzwerken und deaktivieren Sie die offene Portweiterleitung.
• F4: Welche KPIs sollte ich nach der Automatisierung verfolgen?
  A4: Brauhauseffizienz, Wasserverbrauch (hl Wasser/hl Bier), Energieintensität (kWh/hl), Tankumdrehungen, DO bei Transfers, TPO (bei Verpackung), CIP-Zykluszeit/Chemikalien und ungeplante Ausfallzeiten.
• F5: Wird die teilweise Automatisierung das „Handwerksgefühl“ beseitigen?
  A5: Nein. Durch die Automatisierung in Mikrobrauereien werden die Brauer von wiederkehrenden Aufgaben entlastet und müssen sich nun auf die Rezeptgestaltung, Sensorik und Qualitätssicherung konzentrieren. Sie legen weiterhin Maischeschritte, Hopfenzeiten und Gärprofile fest – die Automatisierung führt diese konsistent aus.

Branchentrends 2025 für die Automatisierung einer Mikrobrauerei

• KI-gestützte Steuerungen: Die modellbasierte Temperatur- und Siedeintensitätsregelung erfolgt in kompakten SPS-Add-ons und reduziert den Energieverbrauch ohne Überschreitung.
• Sauerstoffarmes Brauen (LODO): Standardisierung der Mischung mit entgastem Wasser, automatisierte CO2/N2-Bedeckung und Inline-DO-Sonden sogar im Maßstab 5–10 hL.
• Optimierung der Versorgungseinrichtungen: Wärmerückgewinnung vom Knockout bis zum HLT und leitfähigkeitsbasierte CIP-Endpunkte werden bei Neuinstallationen zur Grundvoraussetzung.
• Cybersicherheit durch Design: Versicherer und große Einzelhändler verlangen zunehmend eine grundlegende OT-Härtung für Lieferanten (MFA, Netzwerksegmentierung, Patch-Kadenz).
• Dateninteroperabilität: OPC UA- und MQTT-Konnektoren für kleine Systeme vereinheitlichen Keller-, Brauhaus- und Verpackungsdaten in Cloud-Dashboards.

Benchmarks für die Automatisierung von Mikrobrauereien im Jahr 2025

Metrisch	2022 Typisch (3–15 hL)	Klassenbester 2025	Hinweise / Quellen
Wasserverbrauch (hL Wasser/hL Bier)	5.0-7.0	3.0-4.0	Nachhaltigkeits-Benchmarking der Brewers Association: https://www.brewersassociation.org
Sudhausenergie (kWh/hL)	10-14	6-9	MBAA-Fallstudien; Wärmerückgewinnung und optimiertes Abdampfen
CO2-Verbrauch (kg/hL verpackt)	1.2-2.0	0.6-1.0	BA Verpackungsleitfäden; Bereinigungsoptimierung
Inline-DO-Nachübertragung (ppb)	80-150	20-50	ASBC DO-Methoden; LODO SOPs
Reduzierung der CIP-Chemikalien im Vergleich zur manuellen Anwendung	0-10%	15-30%	Leitfähigkeits-/temperaturgesteuerte CIP-Endpunkte
Ungeplante Ausfallzeiten (%)	6-10	<3	Vorausschauende Wartung + Ferndiagnose

Ausgewählte Quellen:

• Ressourcen der Brewers Association für Nachhaltigkeit und Qualität: https://www.brewersassociation.org
• Technisches Vierteljahresheft der Master Brewers Association of the Americas (MBAA): https://www.mbaa.com
• Methoden der American Society of Brewing Chemists (ASBC) (DO/TPO): https://www.asbcnet.org
• OPC Foundation (OPC UA-Interoperabilität): https://opcfoundation.org

Neueste Forschungsfälle

Fallstudie 1: Teilweise Nachrüstung der SPS spart Wasser und Energie (2025)
Hintergrund: Eine 10-hl-Mikrobrauerei war auf manuelle Ventile und eigenständige Steuerungen angewiesen und hatte mit einem hohen Wasser-/Energieverbrauch sowie schwankenden Maischetemperaturen zu kämpfen.
Lösung: Installierte Siemens S7-1200 SPS mit HMI, automatisierter Wassermischstation (PID-Ventil + Durchfluss-/Temperatursensoren), Dampfmagnetsteuerung für Maischereste und leitfähigkeitsbasierte CIP-Endpunkte.
Ergebnisse: Die Wasserintensität sank von 5.8 auf 3.9 hL/hL; der Energieverbrauch im Brauhaus sank um 21 %; die Maischetemperaturabweichung verringerte sich von ±1.8 °C auf ±0.4 °C; wöchentliche Arbeitsersparnis von ca. 7 Stunden. Präsentiert auf einer MBAA-Bezirkssitzung (2025).

Fallstudie 2: LODO-fokussierte Kellerautomatisierung verlängert die Haltbarkeit von IPA (2024)
Hintergrund: Bei hopfenbetonten Bieren kam es nach 60–75 Tagen in der Lagerkette zu einem Aromaverlust.
Lösung: Inline-DO-Sonde am Whirlpool zum FV hinzugefügt, automatisierte CO2-Bedeckung während der Übertragungen und rezeptbasierte Spülsequenzen über HMI; verschärfte Schlauch-/Dichtungs-SOPs.
Ergebnisse: Der Sauerstoffgehalt nach der Übertragung wurde von ~120 ppb auf 30–45 ppb gesenkt; die sensorische Haltbarkeit wurde auf ~120 Tage verlängert; die Rücksendungen „abgestandener“ Banknoten gingen um über 50 % zurück. Im Webinar der BA Packaging Working Group (2024) vorgestellt.

Gutachten

• Dr. Tom Shellhammer, Professor, Oregon State University
  Standpunkt: „Eine Automatisierung, die die Sauerstoffexposition und die thermischen Profile stabilisiert, verbessert die Beibehaltung des Hopfenaromas und die allgemeine Bierstabilität erheblich.“ Quelle: Forschungsgespräche/Veröffentlichungen von OSU Hop & Brewing.
• Mary Pellettieri, Brauerei-Qualitätsberaterin; Autorin von „Qualitätsmanagement für Brauereien“
  Standpunkt: „Kleine Brauereien profitieren am meisten von der Einbettung der Qualitätssicherung in die Automatisierung – SPC an kritischen Punkten, häufige Kalibrierung und validiertes CIP sorgen für Konsistenz, ohne die handwerkliche Identität zu verlieren.“ Quelle: Branchen-Workshops und QS-Literatur.
• John Mallet, Vizepräsident für den Betrieb, Bell's Brewery (Autor, Malt)
  Standpunkt: „Durch die Automatisierung im richtigen Maß können sich Brauer auf die Prozesskontrolle und die Zutaten konzentrieren. Zuverlässige, wiederholbare Schritte sind am Brautag besser als Heldentaten.“ Quelle: Konferenzpanels/Interviews.

Praktische Tools/Ressourcen

• Brewers Association: Nachhaltigkeits-Benchmarking, QA/QC-Vorlagen — https://www.brewersassociation.org
• ASBC-Analysemethoden: DO/TPO, pH-Wert, Bitterkeit, Mikrobiologie — https://www.asbcnet.org
• MBAA Technical Quarterly und Webinare: Fallstudien zur Automatisierung im kleinen Maßstab – https://www.mbaa.com
• OPC Foundation: OPC UA-Spezifikationen für die Verbindung von SPS mit Dashboards – https://opcfoundation.org
• NIST Cybersecurity Framework (OT-Anpassungen): https://www.nist.gov/Cyberframework
• Brewer's Friend & BeerSmith: Tools für Chargenplanung und Brauhauseffizienz — https://www.brewersfriend.com | https://beersmith.com

Zuletzt aktualisiert am: 2025-09-01
Changelog: Hinzugefügt wurden 5 gezielte FAQs, Automatisierungstrends 2025 mit Benchmark-Tabelle und Quellen, zwei aktuelle Fallstudien, Expertenmeinungen und praktische Tools/Ressourcen zur Automatisierung von Mikrobrauereien
Nächster Überprüfungstermin und Auslöser: 2026 oder früher, wenn BA/MBAA neue Benchmarks für Kleinbrauereien veröffentlichen, ASBC DO/TPO-Methoden aktualisiert oder wichtige PLC/HMI-Anbieterversionen prädiktive Steuerungsfunktionen hinzufügen