自动化有助于把家庭酿酒变成酿造屋
在酿酒厂中使用的自动化方法适用于在酿酒厂的发酵过程中使用。
南佛罗里达酿酒厂是佛罗里达州劳德代尔堡最古老的酿酒厂。该公司现在正通过与…合作，将业务扩展到设计业务26°酝酿来酿造世界级的精酿啤酒。
格雷格·利伯曼(Greg Lieberman)是佛罗里达州庞帕诺海滩26°Brewing的创始人和老板。他开始是一个家庭酿酒师，在不同的地方，比如他的车库、厨房、兄弟姐妹的后院和谷仓里酿造10加仑/批的啤酒。利伯曼的家庭酿造生涯在4年里酿造了大约100批啤酒，总计约1000加仑。
在南佛罗里达酿酒公司的帮助下，他完善了自己的工艺，扩大了10加仑的配方，并开始在最先进的30桶酿造屋中生产啤酒(见图1)。这座建筑现在有一个体育酒吧、会议空间、零售区和一个功能齐全的酿造屋。酿酒厂可以生产30桶/批，31加仑/桶，总共930加仑/批，或7440品脱。
酿酒厂让啤酒流动起来
在创建南佛罗里达酿酒厂之前，我接管了家族的塑料回收和制造业务，该业务后来被出售。我们使用独特的结构泡沫注射工艺，将混合的大型散装塑料回收到塑料运输托盘中，主要用于邮轮行业。它使用回收塑料，每两分钟使用一次注射成型工艺制造一个18磅的塑料托盘。
这些机器都是上世纪七八十年代的。大多数是继电器控制，使用一个25英尺长的控制面板，里面充满了硬接线继电器。使用可编程逻辑控制器(plc)重建回收机上的液压和控制系统是一个很好的学习经验，它使设备更高效，更容易支持。
卖掉回收业务后，我创办了南佛罗里达蒸馏厂(South Florida Distillers)，一家手工朗姆酒酿酒厂。我已经设计和自动化的部分内部朗姆酒酒厂使用各种各样的控制硬件。在我们向业主展示了一个使用PLC和温度控制器的250加仑蒸馏发酵罐后，我们公司被选为新工艺啤酒厂系统的设计师和集成商。
当然，26°Brewing的老板利伯曼是家族的老朋友，这也起到了帮助作用。当他决定开啤酒厂时，我们详细讨论了他想要的功能，但在市场上找不到。这对我来说太美妙了，所以我开始了设计。
南佛罗里达酿酒师设计并编程了一个触摸屏发酵温度控制系统为新的啤酒厂安装在26°酿造。控制器最初负责精确的温度稳定和控制7个储罐，并可扩展到16个储罐。
巧妙的酿造步骤
酿造啤酒有很多步骤，这并不是一个完整的过程步骤列表。在最初的步骤中，谷物被放入一个水箱中加热——类似于巴氏灭菌过程——以提取淀粉。然后将谷物过滤出来，将液体煮沸，将淀粉转化为糖，同时去除一些水，增加液体的糖含量。沸腾一段时间后，液体通过板式热交换器迅速冷却。这种冷却过程也为上游工艺的热回收再利用提供了机会。
啤酒冷却后，将罐内的水抽干，泵入发酵罐。通常，由于糖转化为酒精的代谢过程产生的热量，这些发酵罐需要冷却。酿造过程的发酵部分是啤酒花费大部分时间的地方。例如，比尔森啤酒发酵大约需要四天，拉格啤酒发酵大约需要两周。在这种“冷边”发酵过程中，控制温度对成品的质量至关重要。
发酵后，啤酒被转移到白石罐中，在那里它经过最后的快速冷却，并通过机架过程将啤酒从酵母的顶部移走，酵母沉淀到白石罐的底部。从那里开始，可能会发生二次发酵，例如通过添加水果。当这一切完成后，最终产品被转移到冷液槽。
自动化系统详细信息
自动化系统基于AutomationDirect PLC(见图2)和触摸屏人机界面(HMI)。该系统控制着与酿酒屋相邻的5个不锈钢30桶锥形发酵罐的发酵过程。这些水箱位于设施的后部，前面有一个自来水室。酒吧后面的窗户让游客可以看到五个发酵罐，一个不锈钢白啤酒罐，一个不锈钢冷酒罐在后面的房间。
到目前为止，啤酒厂自动化系统只控制这七个乙二醇夹套罐的温度，但它可以扩展到包括泵和电机控制，蒸汽流量控制，以及更多自动化过程的方式，目前手工完成。自动化系统也是为了适应未来添加发酵罐而建立的，硬件变化最小，软件更新简单。
发酵控制，冷的一面
冷侧自动化系统的一般用途是发酵过程的过程监控、过程控制、数据采集和数据记录。发酵上游的大部分过程都是人工控制的。
虽然单独的比例-积分-导数(PID)温度控制器可以在七个储罐中使用，但单个控制器是更好的解决方案，而且更便宜。PLC的附加价值来自于过程的远程查看和控制，以及易于培训新用户。这种设计还减少了电工的工作量，而且在扩大酿造过程时也会更便宜。
PLC包括两个多点交流输出模块来控制19个电磁阀驱动的水阀。七个电阻热检测器(RTD)传感器连接到PLC输入模块，使用就地清洁RTD探头测量油箱温度。五个发酵罐各有三个冷却区，每个冷却区有一个阀门控制冷却液流量，每个发酵罐总共有三个阀门。低温和低温液罐各有两个冷却区和阀门。
每个发酵罐的温度由PLC中运行的PID控制算法控制。对于每个水箱，PID回路使用水箱RTD传感器作为过程变量输入，并通过PID控制器输出控制三个球阀。这些阀门控制每个罐套处乙二醇/水溶液的流量。斜坡/浸泡模式可以根据啤酒发酵的情况设定为持续数天或数周。低温液罐和低温液罐的温度控制是相似的，除了每个罐只有两个冷却区和阀门。
人机界面和远程访问
HMI有一个定制设计的用户界面，模仿产品通过啤酒厂的流程(见图3)。控制器和HMI通过以太网交换机联网，作为无线接入点，它为通过iPad、iPhone和运行在智能手机或平板电脑移动设备上的Android应用程序本地和远程访问触摸屏提供网络连接。
该系统增加了巨大的功能，使与自动化系统的交互更加用户友好，比多个温度控制器更容易设置。自动化系统通过PLC提供本地数据记录，通过以太网交换机提供远程数据记录。
一个免费的应用程序允许移动设备远程访问人机界面。当在HMI上启用远程访问并在移动设备上安装应用程序时，可以从移动设备远程查看和控制HMI上的重复屏幕。
每隔一段时间或在警报条件下，所有过程数据都会通过电子邮件发送给选定的一组用户。电子邮件地址和收件人可以在HMI上添加或删除。高低温告警、偏差告警和其他情况都可以触发邮件。短信也可以通过人机界面发送到智能手机上。
安装及结果
所有进出电控柜的线路，包括电源线、RTD温度传感器和冷却阀控制线，均由持牌电工安装。系统启动是由利伯曼和我执行的。最初的启动包括训练三个不同大小发酵罐的PID算法。
每个发酵罐有三个阀门控制乙二醇流向冷却带。训练每个水箱的PID回路需要打开和关闭阀门，以观察水箱中水的温度变化有多快。
由于发酵的放热反应，啤酒需要一些重新训练，当然这与水无关。总的来说，每个水箱花了6到12个小时来训练PID冷却回路，主要是因为1000加仑的啤酒加热或冷却的速度很慢。
这个系统的运行和预期的一样，利伯曼知道每批啤酒都有一个监督机构来通知他和其他操作人员任何事故，他可以睡得更好。整个啤酒厂始终有额外自动化的空间。还有电机控制器和阀门路由系统的额外设计准备建造，但只是等待合适的时间。
Avi艾森伯格他是佛罗里达州劳德代尔堡南佛罗里达酿酒厂的首席执行官和老板。他拥有康奈尔大学电子和计算机工程学位。
-参见下文增刊中的其他文章。
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