Come automatizzare un microbirrificio

Come tutti sappiamo, la produzione di birra è una cosa molto interessante, ma è anche un processo di lavoro noioso. A causa della forza lavoro limitata e di un gran numero di parametri e intervalli che devono essere controllati, i grandi produttori di birra hanno scelto un modello di progettazione automatizzata.

Devi introdurre una tecnologia di automazione per il microbirrificio? La risposta è si. A causa della ragionevole introduzione dell'automazione, garantendo nel contempo il piacere della birra del birrificio, libererà ai birrai molto tempo ed energie per imparare e promuovere, è meglio studiare nuovi gusti?

Secondo le statistiche, la capacità dell'apparecchiatura del micro-birrificio che non è stata completamente introdotta nell'automazione è generalmente 3HL-15HL, che rappresenta l'83% del totale. Molti proprietari pensano che l'automazione sarà un grande investimento.
In effetti, l'automazione del micro-birrificio è molto diversa da quella dei birrifici su larga scala. Non richiede molti investimenti, perché solo i processi automatizzati necessari sono progettati automaticamente, non tutti. Ad esempio, la pompa viene automaticamente controllata per trasferire il mosto in modo che il produttore di birra agisca come leader del controllo di processo anziché come esecutore di processo. Per l'automazione del birrificio, dipende da PLC (Programmable Logic Controller) e HMI (Human Machine Interface).

Concentrandosi sulla progettazione e l'ottimizzazione del micro-birrificio per 15 anni, YoLong ha comunicato con migliaia di produttori di birra in tutto il mondo, imparando gli uni dagli altri, riassumendo e progettando modalità di controllo e metodi adatti per i micro-birrai, come segue. I modelli che scegliamo generalmente sono-

Model One

SIEMENS — PLC (SIMATIC S7-1200 o ET200SP) + modello touch screen (selezionare Simatic Basic Panel o Simatic Comfort Panel in base alle esigenze del cliente)

Modello due

ALLEN-BRADLEY —–PLC (serie ControlLogix) + touch screen, configurazione della serie e HMI corrispondente in base ai punti di controllo e ai requisiti post-espansione del cliente.

Vi sono otto parti nel controllo dell'automazione.

1. Controllo automatico della stazione di miscelazione dell'acqua

Il controllo automatico della stazione di miscelazione dell'acqua viene utilizzato per controllare la miscelazione di acqua fredda e acqua calda prima di schiacciare.

Tempismo, controllo quantitativo e costante della temperatura possono essere realizzati.

Ad esempio, vogliamo iniettare 550L di acqua 65 ℃ nel tunnel di mashing di 9: 35 am 20 di giugno, può essere realizzato da questo sistema di controllo.

Il principio è installare la valvola di regolazione PID Burkert sul tubo dell'acqua calda, installare il sensore di temperatura e il flussometro E + H sul tubo di uscita della camera di miscelazione dell'acqua. il suo attuatore è una valvola a farfalla pneumatica.

Il diagramma di flusso del processo del controllo automatico della stazione di miscelazione dell'acqua è mostrato a destra e il principio di funzionamento è mostrato nella figura seguente.

2. Automatico controllo della temperatura

Il controllo automatico della temperatura è relativamente facile da implementare, la temperatura viene rilevata dal sensore di temperatura IFM e il segnale di temperatura viene convertito in segnale analogico 4 ~ 20mA inviato al PLC. Quando il PLC analizza e raggiunge la temperatura impostata, il segnale di commutazione di I / O viene inviato al relè dell'attuatore per controllare la commutazione dell'attuatore (valvola o tubo di riscaldamento).

Esistono attualmente due tipi di sensori di temperatura comunemente utilizzati,

• Uno è con il trasmettitore, il ruolo del trasmettitore è di regolare la variazione di resistenza nell'uscita del segnale di corrente o tensione al PLC, comunemente usata Il segnale è 0-10V, 0-20mA, 4-20mA)
• L'altro è senza trasmettitore, e il valore di resistenza del sensore con variazione e variazione di temperatura, il PLC raccoglie il valore di resistenza, dopo la conversione, visualizza corrispondentemente diversi valori di temperatura

2.1 Controllo della temperatura nel birrificio

La maggior parte dei fabbricanti di birra desidera ottenere una lisciviazione segmentata, ma per le apparecchiature di piccole dimensioni, il mashing e il lauter sono per lo più integrati e i tubi di riscaldamento elettrici non possono essere installati a causa della presenza del coltello del rastrello. Pertanto, se si ottiene la fermentazione segmentale, il riscaldamento a vapore è il metodo più comune.

La nostra solita selezione è il sensore di temperatura combinato con l'elettrovalvola del vapore per raggiungere gli scopi di controllo.
Dopo che il sensore di temperatura invia il segnale al PLC, il PLC controlla l'apertura e la chiusura dell'elettrovalvola del vapore, realizza direttamente il controllo del riscaldamento, controllando quindi indirettamente automaticamente il parametro della temperatura.

Il sensore di temperatura e l'elettrovalvola del vapore sono normalmente selezionati come segue:

Sensore di temperatura

• IFM_ TD2841 (con trasmettitore, segnale di uscita 4-20mA)
• IFM_TM4361 (senza trasmettitore)

Elettrovalvola del vapore

• Burkert_0355

Per ulteriori informazioni su Burkert, fare clic sul collegamento in basso

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

Il controllo della temperatura dell'ebollizione è relativamente semplice e il tempo di ebollizione può essere impostato. Qui abbiamo configurato la protezione anti-trabocco per non sorvegliata (dettagliata nella posizione di sesta sicurezza).

L'immagine seguente mostra lo stato di visualizzazione dei parametri del pannello di controllo del processo di infusione.

2.2 Controllo della temperatura nella fermentazione

La fermentazione segmentata può ospitare più tipi di birra. Il birraio può impostare la durata di ciascun periodo di fermentazione e la temperatura corrispondente secondo le proprie idee.

Il sistema di controllo automatico può realizzare il controllo preciso della temperatura di ogni stadio. Il principio di controllo è simile allo stadio di infusione e il sensore di temperatura viene utilizzato per inviare il segnale al PLC, quindi controllerà l'apertura e la chiusura dell'elettrovalvola dell'acqua ghiacciata, in modo da poter ottenere il controllo della temperatura all'interno i fermentatori.

Dopo i fermentatori sigillati, non è necessario che il birraio controlli il sito perché il controllo della temperatura viene eseguito dal sistema di controllo. Allo stesso tempo, i produttori di birra hanno più tempo per studiare i processi e le formulazioni della birra.

Il sensore di temperatura e l'elettrovalvola dell'acqua ghiacciata sono normalmente selezionati come segue:

Termometro:

• IFM-8004

Elettrovalvola per acqua ghiacciata:

• Burkert-5281

Per ulteriori informazioni su Burkert, fare clic sul collegamento in basso

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

L'immagine seguente mostra lo stato di visualizzazione dei parametri del pannello di controllo del processo di fermentazione segmentato.

3. Trasferimento materiale

Per il microbirrificio, il trasferimento di fluidi consente il trasferimento con un solo pulsante senza la necessità di aprire manualmente la valvola, evitando anche la perdita di birra causata da errori di funzionamento ad apertura manuale.
Questa parte è controllata principalmente dal PLC che viene compilato con il programma per controllare direttamente l'attuatore per ottenere l'azione di controllo (avvio della valvola a farfalla)

Per le valvole a farfalla pneumatiche, generalmente scegliamo il modello:

• LYSF – IDQX-7
• Alfa-Laval-LKB ISO CL

L'immagine del pannello del touchscreen è mostrata sotto

La valvola a farfalla di avvio può anche essere un interruttore manuale di emergenza e il touchscreen ha un secondo prompt per aprire la valvola e un'indicazione manuale dopo l'apertura manuale della valvola. Il prompt delle operazioni è come mostrato di seguito.

4. Controllo del livello

Il sensore di livello del liquido è installato sul corpo del serbatoio corrispondente per comunicare con il PLC per realizzare l'autocontrollo del livello del liquido. Il dispositivo generale si trova su un serbatoio di acqua calda. (La quantità di acqua nel tunnel di mashing può essere controllata automaticamente dal flussimetro della stazione di miscelazione dell'acqua.)

Le funzioni che possono essere raggiunte sono:

• Viene visualizzato il livello del liquido (visualizzato sul pannello operatore o sul telefono cellulare)
• Controllo automatico del livello del liquido: erogazione automatica dell'acqua al volume richiesto di liquidi per impostare il livello dell'acqua superiore e inferiore.
• Anti-trabocco (Quando il livello del liquido raggiunge la posizione specificata, l'attuatore verrà automaticamente controllato per chiudere l'ingresso per evitare il trabocco.)
• Livello anti-basso (evitare che la pompa giri al minimo per proteggere la pompa)

Sensore di livello del liquido, tipo di radar e tipo di pressione. Non è consigliabile utilizzare un sensore di livello del liquido di tipo radar. Ha grandi requisiti sullo stato liquido. Dopo il test, in genere, viene selezionato il sensore di pressione IFM.

Per il sensore di livello del liquido, generalmente scegliamo il modello:

Viene visualizzato il livello del liquido (nel serbatoio)

• 2270-P-1N-4 (+ GF +)

Anti-trabocco

• LMT 105

Livello anti-basso

• LMT 121

5. Controllo del tempo

Un altro vantaggio del PLC è il controllo preciso del tempo, che può essere facilmente raggiunto eseguendo un'operazione in un determinato momento. Ad esempio, prima dell'erogazione, conservare l'acqua nel serbatoio dell'acqua calda a una temperatura impostata e controllare il processo di fermentazione graduale.

6. Protezione di sicurezza

Durante la progettazione di attrezzature e procedure, è necessario tenere conto della sicurezza del produttore di birra, della sicurezza delle attrezzature e del controllo di qualità della birra.

Quello che facciamo spesso è:

1. La protezione del minimo della pompa, realizzata installando il monitor di flusso IFM SI6800 attraverso il tubo di ingresso della pompa.
2. Tun bollito anti-trabocco, realizzato dal sensore elettronico di livello del liquido LMT121.
3. Arresto di emergenza, in caso di emergenza, o quando il birraio pensa che debba fermarsi il più rapidamente possibile, un arresto rapido con un clic si ottiene attraverso un pulsante molto accattivante.

7. Controllo

Con il gestore del sito installato sul tuo telefono, non possiamo ottenere alcun monitoraggio in loco durante il processo di fermentazione, ma possiamo usare il telefono cellulare per monitorare in remoto e comprendere l'avanzamento della fermentazione in tempo reale.
In questo caso, il tempo del birraio è notevolmente liberato. Quando sei fuori, puoi aprire il tuo cellulare e controllare la situazione in tempo reale dei tuoi fermentatori.

8. Query di dati storici

possiamo interrogare la storia passata per il salvataggio e l'analisi dei dati.

I produttori di birra possono analizzare i dati precedentemente prodotti, il che è molto utile per migliorare i livelli di produzione e lo sviluppo del sapore della birra.

Domande frequenti (FAQ)

• D1: Quali fasi di automazione garantiscono il ROI più rapido per un microbirrificio?
  A1: Inizia con la miscelazione automatica di acqua calda/fredda, il controllo della temperatura di ammostamento/bollitura, il controllo della temperatura in cantina e il trasferimento dei fluidi con un solo pulsante tramite valvole controllate da PLC. Questi accorgimenti riducono immediatamente le ore di lavoro, gli errori e la variabilità dei lotti.
• D2: Posso adattare l'automazione PLC/HMI ai piccoli birrifici esistenti (3–15 hL)?
  R2: Sì. La maggior parte dei sistemi da 3–15 hL può essere dotata di PLC compatti (ad esempio, Siemens S7-1200 o AB CompactLogix), HMI montati su pannello, sensori di temperatura/flusso/livello e isole di valvole pneumatiche senza sostituire i serbatoi.
• D3: Come posso monitorare il microbirrificio da remoto senza rischiare problemi informatici?
  A3: Utilizzare l'accesso VPN o gateway cloud sicuri con autorizzazioni basate sui ruoli, MFA e log di controllo. Segmentare l'OT (controlli di produzione) dalle reti IT/Wi-Fi e disabilitare l'inoltro delle porte aperte.
• D4: Quali KPI dovrei monitorare dopo l'automazione?
  A4: Efficienza del birrificio, consumo di acqua (hL di acqua/hL di birra), intensità energetica (kWh/hL), giri del serbatoio, DO durante i trasferimenti, TPO (se si effettua il confezionamento), tempo di ciclo CIP/prodotti chimici e tempi di fermo non pianificati.
• D5: L'automazione parziale eliminerà la sensazione di "artigianato"?
  R5: No. L'automazione dei microbirrifici sposta i birrai da compiti ripetitivi alla progettazione delle ricette, all'analisi sensoriale e al controllo qualità. Si continuano a impostare le fasi di ammostamento, i tempi di luppolo e i profili di fermentazione: l'automazione li esegue in modo coerente.

Tendenze del settore per l'automazione di un microbirrificio nel 2025

• Controlli assistiti dall'intelligenza artificiale: il controllo predittivo della temperatura e del vigore di ebollizione tramite modelli è disponibile in componenti aggiuntivi PLC compatti, che riducono l'energia senza eccedere.
• Birrificazione a basso contenuto di ossigeno (LODO): standardizzazione della miscelazione di acqua deaerata, copertura automatizzata di CO2/N2 e sonde DO in linea anche su scala da 5 a 10 hL.
• Ottimizzazione delle utenze: il recupero del calore dal knockout all'HLT e gli endpoint CIP basati sulla conduttività diventano la base per le nuove installazioni.
• Sicurezza informatica fin dalla progettazione: le compagnie assicurative e i grandi rivenditori richiedono sempre più spesso ai fornitori un rafforzamento OT di base (MFA, segmentazione della rete, cadenza delle patch).
• Interoperabilità dei dati: i connettori OPC UA e MQTT per piccoli sistemi unificano i dati di cantine, birrifici e imballaggi in dashboard cloud.

Benchmark di automazione dei microbirrifici del 2025

Metrico	2022 Tipico (3–15 hL)	Il migliore della categoria nel 2025	Note / Fonti
Consumo di acqua (hL acqua/hL birra)	5.0-7.0	3.0-4.0	Benchmarking di sostenibilità della Brewers Association: https://www.brewersassociation.org
Energia del birrificio (kWh/hL)	10-14	6-9	Casi di studio MBAA; recupero del calore e ottimizzazione dell'ebollizione
Consumo di CO2 (kg/hL confezionato)	1.2-2.0	0.6-1.0	Guide di confezionamento BA; ottimizzazione della pulizia
Post-trasferimento DO in linea (ppb)	80-150	20-50	Metodi ASBC DO; SOP LODO
Riduzione chimica CIP vs. manuale	0-10%	15-30%	Punti finali CIP controllati da conduttività/temperatura
Tempi di inattività non pianificati (%)	6-10	<3	Manutenzione predittiva + diagnostica remota

Fonti selezionate:

• Risorse sulla sostenibilità e la qualità della Brewers Association: https://www.brewersassociation.org
• Rivista tecnica trimestrale della Master Brewers Association of the Americas (MBAA): https://www.mbaa.com
• Metodi (DO/TPO) dell'American Society of Brewing Chemists (ASBC): https://www.asbcnet.org
• Fondazione OPC (interoperabilità OPC UA): https://opcfoundation.org

Ultimi casi di ricerca

Caso di studio 1: la ristrutturazione parziale del PLC riduce i consumi di acqua ed energia (2025)
Contesto: un microbirrificio da 10 hL si affidava a valvole manuali e regolatori autonomi, con un elevato consumo di acqua/energia e temperature di ammostamento variabili.
Soluzione: installazione di un PLC Siemens S7-1200 con HMI, stazione di miscelazione dell'acqua automatizzata (valvola PID + sensori di flusso/temperatura), controllo del solenoide del vapore per i residui di ammostamento e punti finali CIP basati sulla conduttività.
Risultati: l'intensità dell'acqua è scesa da 5.8 a 3.9 hL/hL; l'energia del birrificio è diminuita del 21%; la variazione della temperatura di ammostamento è stata ridotta da ±1.8°C a ±0.4°C; il lavoro settimanale è stato risparmiato di circa 7 ore. Presentato a una sessione distrettuale MBAA (2025).

Caso di studio 2: l'automazione della cantina incentrata su LODO prolunga la durata di conservazione dell'IPA (2024)
Contesto: le birre con luppolo in avanti hanno mostrato una diminuzione dell'aroma entro 60-75 giorni nella catena ambientale.
Soluzione: aggiunta sonda DO in linea sul whirlpool-FV, inertizzazione automatica con CO2 durante i trasferimenti e sequenze di spurgo basate su ricette tramite HMI; procedure operative standard per tubi/guarnizioni più strette.
Risultati: DO post-trasferimento ridotto da ~120 ppb a 30-45 ppb; durata di conservazione sensoriale estesa a ~120 giorni; resi per note "stantie" diminuiti di oltre il 50%. Condiviso nel webinar del BA Packaging Working Group (2024).

Opinioni di esperti

• Dott. Tom Shellhammer, professore, Università statale dell'Oregon
  Punto di vista: "L'automazione che stabilizza l'esposizione all'ossigeno e i profili termici migliora notevolmente la ritenzione dell'aroma del luppolo e la stabilità complessiva della birra". Fonte: pubblicazioni/conferenze di ricerca OSU Hop & Brewing.
• Mary Pellettieri, consulente per la qualità della produzione di birra; autrice di Quality Management for Breweries
  Punto di vista: "I piccoli birrifici traggono i maggiori vantaggi dall'integrazione del controllo qualità nell'automazione: SPC nei punti critici, calibrazione frequente e CIP convalidato garantiscono coerenza senza perdere l'identità artigianale". Fonte: workshop di settore e letteratura sul controllo qualità.
• John Mallet, vicepresidente operativo, Bell's Brewery (autore, Malt)
  Punto di vista: "Un'automazione di dimensioni adeguate consente ai birrai di concentrarsi sul controllo del processo e sugli ingredienti. Passaggi affidabili e ripetibili superano l'eroismo nel giorno della produzione". Fonte: Panel/interviste della conferenza.

Strumenti/Risorse pratiche

• Brewers Association: benchmarking della sostenibilità, modelli QA/QC — https://www.brewersassociation.org
• Metodi di analisi ASBC: DO/TPO, pH, amarezza, microbiologia — https://www.asbcnet.org
• MBAA Technical Quarterly e webinar: casi di studio sull'automazione su piccola scala — https://www.mbaa.com
• OPC Foundation: specifiche OPC UA per la connessione dei PLC ai dashboard — https://opcfoundation.org
• NIST Cybersecurity Framework (adattamenti OT): https://www.nist.gov/cyberframework
• Brewer's Friend & BeerSmith: strumenti per la pianificazione dei lotti e per l'efficienza del birrificio — https://www.brewersfriend.com | https://beersmith.com

Ultimo aggiornamento: 2025-09-01
Changelog: Aggiunte 5 FAQ mirate, tendenze di automazione del 2025 con tabella di riferimento e fonti, due recenti casi di studio, punti di vista di esperti e strumenti/risorse pratiche allineate all'automazione dei microbirrifici
Prossima data di revisione e fattori scatenanti: 2026-03-01 o precedente se BA/MBAA pubblicano nuovi benchmark per piccoli birrifici, ASBC aggiorna i metodi DO/TPO o le principali versioni dei fornitori PLC/HMI aggiungono funzionalità di controllo predittivo