Как автоматизировать микропивоварню

Как мы все знаем, пивоварение - это очень интересная вещь, но это также утомительный трудовой процесс. Из-за ограниченной рабочей силы и большого количества параметров и диапазонов, которые необходимо контролировать, крупные пивоваренные заводы выбрали модель автоматизированного проектирования.

Нужно внедрить технологию автоматизации для пивоваренного завода? Ответ - да. Из-за разумного внедрения автоматизации, которая обеспечивает пивовару удовольствие от приготовления, она освобождает пивоваров много времени и сил для обучения и продвижения, лучше ли изучать новые вкусы?

Согласно статистическим данным, емкость оборудования микро-пивоваренного завода, которая не была полностью внедрена в автоматизацию, обычно составляет 3HL-15HL, что составляет 83% от общего объема. Многие владельцы считают, что автоматизация будет большой инвестицией.
На самом деле, автоматизация микро-пивоварни очень отличается от автоматизации крупных пивоварен. Это не требует больших вложений, потому что автоматически создаются только необходимые автоматизированные процессы, а не все. Например, насос автоматически управляется для перекачки сусла, так что пивовар действует как руководитель процесса управления, а не как исполнитель процесса. Для автоматизации варочного цеха это зависит от PLC (программируемый логический контроллер) и HMI (человеко-машинный интерфейс).

Сосредоточив внимание на дизайне и оптимизации микро-пивоварни в течение 15 лет, Йолонг связался с тысячами пивоваров по всему миру, учась друг у друга, обобщая и разрабатывая режимы управления и методы, подходящие для микро-пивоваров, следующим образом. Модели, которые мы обычно выбираем,

Модель первая

SIEMENS — ПЛК (SIMATIC S7-1200 или ET200SP) + модель с сенсорным экраном (выберите Simatic Basic Panel или Simatic Comfort Panel в зависимости от требований заказчика)

Модель Два

ALLEN-BRADLEY —– ПЛК (серия ControlLogix) + сенсорный экран, настройка серии и согласование HMI на основе точек управления и требований заказчика после расширения.

В управлении автоматизации восемь частей.

1. Автоматическое управление водосмесительной станцией

Автоматический контроль станции смешивания воды используется для контроля смешивания холодной и горячей воды перед затиранием.

Время, количественный и постоянный контроль температуры могут быть реализованы.

Например, мы хотим ввести 550L воды 65 ℃ в бочку для затирания в 9: 35 в июне 20, это может быть реализовано этой системой управления.

Принцип состоит в том, чтобы установить регулирующий клапан ПИД-регулятора Burkert на трубу горячей воды, установить датчик температуры и расходомер E + H на выпускной трубе камеры смешивания воды. его привод - пневматический дроссельный клапан.

Схема технологического процесса автоматического управления станцией смешивания воды показана справа, а принцип работы показан на рисунке ниже.

2. автоматическая контроль температуры

Автоматическое регулирование температуры относительно легко реализовать, температура определяется датчиком температуры IFM, а сигнал температуры преобразуется в аналоговый сигнал 4 ~ 20mA, отправляемый в ПЛК. Когда ПЛК анализирует и достигает заданной температуры, сигнал переключения ввода / вывода подается на реле привода для управления переключением привода (клапан или нагревательная трубка).

В настоящее время обычно используются два типа датчиков температуры:

• Один из них связан с передатчиком, роль передатчика состоит в том, чтобы регулировать изменение сопротивления в выходном сигнале тока или напряжения на ПЛК, обычно используемом. Сигнал 0-10V, 0-20mA, 4-20mA)
• Другой без датчика, и значение сопротивления датчика с изменением температуры. PLC собирает значение сопротивления, после преобразования соответственно отображает различные значения температуры.

2.1 Контроль температуры в варочном цеху

Большинство пивоваров хотят добиться сегментного выщелачивания, но для небольшого оборудования в основном интегрированы затирка и отстойник, а электрические нагревательные трубы не могут быть установлены из-за наличия грабельного ножа. Поэтому, если достигается сегментное варка, нагревание паром является наиболее распространенным методом.

Наш обычный выбор - это датчик температуры в сочетании с паровым электромагнитным клапаном для достижения целей управления.
После того, как датчик температуры возвращает сигнал в ПЛК, ПЛК управляет открытием и закрытием парового электромагнитного клапана, непосредственно осуществляет управление нагревом, тем самым косвенно автоматически управляя параметром температуры.

Датчик температуры и паровой электромагнитный клапан обычно выбираются следующим образом:

Датчик температуры

• IFM_ TD2841 (с передатчиком, выходной сигнал 4-20mA)
• IFM_TM4361 (без передатчика)

Паровой электромагнитный клапан

• Burkert_0355

Для получения дополнительной информации о Burkert, пожалуйста, нажмите на ссылку ниже

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

Контроль температуры кипения относительно прост, и время кипения можно установить. Здесь мы настроили защиту от переполнения для неконтролируемых (подробности в расположении шестой защиты).

На рисунке ниже показано состояние отображения параметров панели управления процессом варки.

2.2Tem контроль температуры в процессе брожения

Сегментированная ферментация может вместить больше видов пива. Пивовар может установить продолжительность каждого периода ферментации и соответствующую температуру в соответствии со своими собственными идеями.

Система автоматического управления может осуществлять точный контроль температуры каждой ступени. Принцип управления аналогичен стадии заваривания, и датчик температуры используется для обратной связи сигнала с ПЛК, тогда ПЛК будет управлять открытием и закрытием соленоидного клапана с ледяной водой, чтобы можно было контролировать температуру внутри. ферментеры.

После запечатанных ферментеров пивовар не должен контролировать участок, потому что контроль температуры осуществляется системой управления. В то же время у пивоваров больше времени для изучения процессов и рецептов пивоварения.

Датчик температуры и соленоидный клапан с ледяной водой обычно выбираются следующим образом:

Датчик температуры:

• IFM-8004

Соленоидный клапан ледяной воды:

• Burkert-5281

Для получения дополнительной информации о Burkert, пожалуйста, нажмите на ссылку ниже

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

На рисунке ниже показано состояние отображения параметров панели управления процессом сегментированного брожения.

3, Передача материала

Для пивоваренного завода перенос жидкостей позволяет осуществлять перенос одной кнопкой без необходимости открывать клапан вручную, что также позволяет избежать потери пива, вызванной ошибками ручного открытия.
Эта часть в основном контролируется ПЛК, который компилируется с программой для непосредственного управления приводом для достижения управляющего действия (запуск дроссельной заслонки)

Для пневматических дроссельных заслонок мы обычно выбираем модель:

• LYSF – IDQX-7
• Альфа-Лаваль-ЛКБ ISO CL

Изображение панели дисплея с сенсорным экраном показано ниже:

Стартовый дроссельный клапан также может быть аварийным ручным переключателем, а на сенсорном экране есть вторая подсказка для открытия клапана и ручная индикация после открытия клапана вручную. Операционная подсказка показана ниже.

4. Контроль уровня

Датчик уровня жидкости установлен на соответствующем корпусе резервуара для связи с ПЛК для самоконтроля уровня жидкости. Общее устройство находится на баке с горячей водой. (Количество воды в пюре может автоматически контролироваться расходомером станции смешивания воды.)

Функции, которые могут быть достигнуты:

• Уровень жидкости отображается (отображается на панели HMI или на мобильном телефоне)
• Автоматический контроль уровня жидкости: автоматическая подача воды до необходимого объема жидкости для установки верхнего и нижнего уровня воды.
• Защита от переполнения (Когда уровень жидкости достигает указанного положения, привод автоматически управляется, чтобы закрыть впускное отверстие для предотвращения переполнения.)
• Анти-низкий уровень (предотвратить насос на холостом ходу, чтобы защитить насос)

Датчик уровня жидкости, тип радара и тип давления. Не рекомендуется использовать датчик уровня жидкости радарного типа. У него большие требования к жидкому состоянию. После тестирования обычно выбирается датчик давления IFM.

Для датчика уровня жидкости мы обычно выбираем модель:

Уровень жидкости отображается (в баке)

• 2270-P-1N-4 (+ GF +)

Anti-перелив

• LMT 105

Анти-низкий уровень

• LMT 121

5. Контроль времени

Еще одним преимуществом ПЛК является точный контроль времени, который может быть легко достигнут путем выполнения операции в определенное время. Например, перед завариванием храните воду в баке с горячей водой при заданной температуре и контролируйте процесс поэтапной ферментации.

6. Защита безопасности

При разработке оборудования и процедур необходимо учитывать безопасность пивовара, безопасность оборудования и контроль качества пива.

То, что мы часто делаем, это:

1. Защита насоса от холостого хода, реализованная путем установки датчика потока IFM SI6800 через впускную трубу насоса.
2. Варочная труба от перелива, реализованная электронным датчиком уровня жидкости LMT121.
3. Аварийная остановка, в случае чрезвычайной ситуации или когда пивовар считает, что он должен остановиться как можно быстрее, быстрая остановка одним нажатием достигается с помощью очень привлекательной кнопки.

7. мониторинг

С помощью менеджера сайта, установленного на вашем телефоне, нам не нужно осуществлять мониторинг на месте во время процесса ферментации, но мы можем использовать мобильный телефон для удаленного мониторинга и понимания процесса ферментации в режиме реального времени.
В этом случае время пивовара значительно освобождается. Когда вы выходите из дома, вы можете открыть свой мобильный телефон и проверить состояние ферментеров в реальном времени.

8. Исторический запрос данных

мы можем запросить прошлую историю для сохранения и анализа данных.

Пивовары могут анализировать ранее приготовленные данные, что очень полезно для улучшения уровней пивоварения и развития вкуса пива.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

• В1: Какие этапы автоматизации обеспечивают максимальную окупаемость инвестиций в мини-пивоварню?
  A1: Начните с автоматического смешивания горячей и холодной воды, контроля температуры затирания/варки, контроля температуры в подвале и перекачки жидкости одной кнопкой через клапаны, управляемые ПЛК. Это мгновенно сокращает трудозатраты, количество ошибок и вариабельность партий.
• В2: Могу ли я модернизировать автоматизацию ПЛК/ЧМИ на существующих небольших пивоварнях (3–15 гл)?
  A2: Да. Большинство систем объёмом от 3 до 15 гл можно модернизировать с помощью компактных ПЛК (например, Siemens S7‑1200 или AB CompactLogix), панелей оператора, датчиков температуры, расхода и уровня, а также пневмоостровов без замены резервуаров.
• В3: Как осуществлять удаленный мониторинг мини-пивоварни, не рискуя столкнуться с киберпроблемами?
  A3: Используйте VPN-доступ или безопасные облачные шлюзы с ролевыми разрешениями, многофакторной аутентификацией (MFA) и журналами аудита. Отделите OT (элементы управления Brew) от IT/сетей Wi-Fi и отключите переадресацию открытых портов.
• В4: Какие ключевые показатели эффективности мне следует отслеживать после автоматизации?
  A4: КПД пивоварни, расход воды (гл воды/гл пива), энергоемкость (кВт·ч/гл), обороты танка, DO при перекачке, TPO (при упаковке), время цикла CIP/химикаты и незапланированные простои.
• В5: Устранит ли частичная автоматизация ощущение «ремесла»?
  A5: Нет. Автоматизация мини-пивоварен позволяет пивоварам отказаться от рутинных задач и перейти к разработке рецептур, сенсорному анализу и контролю качества. Вы по-прежнему задаёте этапы затирания, время охмеления и профили брожения — автоматизация выполняет их последовательно.

Тенденции отрасли в области автоматизации мини-пивоварен к 2025 году

• Управление на основе искусственного интеллекта: управление температурой и энергией кипения на основе прогнозируемых моделей реализовано в компактных дополнительных модулях ПЛК, что позволяет регулировать энергопотребление без перерасхода средств.
• Низкокислородное пивоварение (LODO): стандартизация смешивания деаэрированной воды, автоматическая подушка CO2/N2 и встроенные датчики DO даже при масштабе 5–10 гл.
• Оптимизация инженерных сетей: рекуперация тепла от выбивного контура до конечных точек HLT и CIP на основе проводимости становятся базовыми показателями в новых установках.
• Кибербезопасность как основа: страховые компании и крупные розничные торговцы все чаще требуют от поставщиков базового усиления защиты ОТ (MFA, сегментация сети, частота обновлений).
• Совместимость данных: соединители OPC UA и MQTT для небольших систем объединяют данные о погребах, варочных цехах и упаковке в облачные панели управления.

Контрольные показатели автоматизации мини-пивоварен к 2025 году

Метрика	2022 Типично (3–15 гл)	Лучший в своем классе 2025 года	Примечания / Источники
Потребление воды (гл воды/гл пива)	5.0-7.0	3.0-4.0	Сравнительный анализ устойчивого развития Ассоциации пивоваров: https://www.brewersassociation.org
Энергопотребление пивоварни (кВт·ч/ч·л)	10-14	6-9	Примеры использования MBAA: рекуперация тепла и оптимизированное испарение
Использование CO2 (кг/гл упакованного)	1.2-2.0	0.6-1.0	Руководства по упаковке BA; оптимизация очистки
Постперенос инлайнового ДО (ppb)	80-150	20-50	Методы ASBC DO; Стандартные операционные процедуры LODO
Химическая очистка CIP по сравнению с ручной мойкой	на 0–10%	на 15–30%	Конечные точки CIP с контролем проводимости и температуры
Незапланированные простои (%)	6-10	<3	Прогностическое обслуживание + удаленная диагностика

Избранные источники:

• Ресурсы Ассоциации пивоваров по вопросам устойчивости и качества: https://www.brewersassociation.org
• Технический ежеквартальный журнал Ассоциации мастеров-пивоваров Америки (MBAA): https://www.mbaa.com
• Методы Американского общества химиков-пивоваров (ASBC) (DO/TPO): https://www.asbcnet.org
• OPC Foundation (совместимость с OPC UA): https://opcfoundation.org

Последние исследовательские случаи

Пример 1: Частичная модернизация ПЛК сокращает потребление воды и энергии (2025)
Предыстория: Мини-пивоварня объемом 10 гл использовала ручные клапаны и автономные контроллеры, сталкивалась с высоким потреблением воды/энергии и переменной температурой затирания.
Решение: Установлен ПЛК Siemens S7‑1200 с HMI, автоматизированная станция смешивания воды (ПИД-клапан + датчики расхода/температуры), управление паровым соленоидом для остатков затора и конечные точки CIP на основе проводимости.
Результаты: Расход воды снизился с 5.8 до 3.9 гл/гл; энергопотребление варочного цеха снизилось на 21%; колебания температуры затирания сократились с ±1.8°C до ±0.4°C; еженедельная экономия труда составила около 7 часов. Доклад представлен на окружной сессии MBAA (2025).

Пример 2: Автоматизация погреба, ориентированная на LODO, продлевает срок годности IPA (2024)
Предыстория: Аромат пива с добавлением хмеля ослабевает через 60–75 дней после выдержки в условиях окружающей среды.
Решение: добавлен встроенный датчик растворенного кислорода на линии гидромассажа-FV, автоматизированная подушка CO2 во время переноса и последовательности продувки на основе рецептов через HMI; ужесточены стандартные операционные процедуры для шлангов/уплотнений.
Результаты: Содержание растворённого кислорода после переноса снизилось с ~120 ppb до 30–45 ppb; срок годности по сенсорным данным увеличился примерно до 120 дней; количество возвратов «просроченных» банкнот сократилось более чем на 50%. Представлено на вебинаре рабочей группы BA Packaging (2024).

Мнения экспертов

• Доктор Том Шеллхаммер, профессор Университета штата Орегон
  Точка зрения: «Автоматизация, которая стабилизирует воздействие кислорода и температурные профили, существенно улучшает сохранение аромата хмеля и общую стабильность пива». Источник: Исследовательские доклады/публикации Университета штата Огайо (OSU Hop & Brewing).
• Мэри Пеллеттьери, консультант по качеству пивоварения; автор книги «Управление качеством в пивоварнях»
  Точка зрения: «Малые пивоварни получают наибольшую выгоду от внедрения контроля качества в автоматизацию — система статистического контроля качества (SPC) в критических точках, частая калибровка и проверенная система безразборной мойки (CIP) обеспечивают единообразие без потери идентичности пива». Источник: отраслевые семинары и литература по контролю качества.
• Джон Маллет, вице-президент по операциям пивоварни Bell's Brewery (автор книги «Солод»)
  Точка зрения: «Оптимальная автоматизация позволяет пивоварам сосредоточиться на контроле процесса и ингредиентах. Надёжные, повторяемые этапы важнее героических усилий в день варки». Источник: Материалы конференций/интервью.

Практические инструменты/ресурсы

• Ассоциация пивоваров: Сравнительный анализ устойчивого развития, шаблоны контроля качества — https://www.brewersassociation.org
• Методы анализа ASBC: DO/TPO, pH, горечь, микробиология — https://www.asbcnet.org
• MBAA Technical Quarterly и вебинары: примеры автоматизации малого масштаба — https://www.mbaa.com
• OPC Foundation: спецификации OPC UA для подключения ПЛК к панелям управления — https://opcfoundation.org
• Структура кибербезопасности NIST (адаптации ОТ): https://www.nist.gov/киберфреймворк
• Brewer's Friend и BeerSmith: инструменты планирования партий и повышения эффективности пивоварения — https://www.brewersfriend.com | https://beersmith.com

Последнее обновление: 2025-09-01
Список изменений: Добавлены 5 целевых часто задаваемых вопросов, тенденции автоматизации 2025 года с контрольной таблицей и источниками, два недавних тематических исследования, экспертные точки зрения и практические инструменты/ресурсы, соответствующие автоматизации мини-пивоварен.
Дата и триггеры следующего обзора: 2026 или ранее, если BA/MBAA опубликует новые контрольные показатели для малых пивоваренных заводов, ASBC обновит методы DO/TPO или основные поставщики ПЛК/ЧМИ добавят функции прогнозного управления