酿造更好的啤酒

独立精酿啤酒初创公司Hi Sign Brewing准备在其啤酒厂中使用手工流程进入市场,直到与一位军事朋友的偶然会面导致了自动化系统,该系统在流程中创造了一致性和可扩展性。

Aw 144682西门子Hi标志

德克萨斯大学奥斯汀分校的毕业生马克·菲利普在30岁时加入了海军陆战队。从阿富汗部署回来后不久,他就开始调制精酿啤酒的配方,并把酿啤酒的人带到基地,与其他海军陆战队员分享他最新酿造的啤酒。因此,当他在海军陆战队的时间结束了,他不得不专注于自己的事业时,他又回到了自己的爱好上,开始努力把梦想变成现实。

有了一些私募股权创业资金和一笔小企业贷款支持,菲利普准备在奥斯汀创办自己的公司Hi Sign Brewing。早年,他有一些导师——比如一位名叫蒂托的伏特加酿酒师——教他如何成为一名企业家,永远不要停止学习,不要害怕冒险。

于是,菲利普聘请了一位才华横溢的首席酿酒师安德鲁·谢尔顿(Andrew Shelton),开始参加精酿行业的活动。那是在精酿啤酒商大会上,就在他的公司开业前9个月,他遇到了一个海军陆战队的朋友科林·奇泽姆(Colin Chisholm),他当时在西门子(Siemens)工作。两人曾一起在阿富汗度过一段时间,这次偶然的相遇是一段新的商业伙伴关系的开始。

菲利普准备使用手工流程推出Hi Sign,因为他认为酿酒厂的高端技术和自动化的整体价格标签成本过高。但在与西门子和设备OEM讨论了这些选择之后,他意识到自动化对Hi Sign Brewing来说并非遥不可及。

他知道,面对如此多的精酿啤酒竞争,重要的是要达到一个可以重复和扩大规模的基本质量水平,因为一开始,菲利普必须明智地花钱。

菲利普在佛罗里达州博卡拉顿举行的2017年西门子自动化峰会上发表演讲时表示:“西门子在整个过程中一直与我们携手合作,这真是太棒了。“我们进行了有益的建设性对话,有时是由我和OEM的设计人员开始讨论我们在自动化道路上首先要做的几件事。什么能让我们的生活更轻松?”这可以帮助确保每次的一致性和质量。

在西门子方面,Chisholm非常清楚预算限制,因此项目团队尽其所能使解决方案尽可能负担得起。他说:“我们的目标是从工程设计到试运行的成本尽可能低于10万美元。”

啤酒的工艺

酿造啤酒是科学与艺术的完美结合。酿造啤酒的过程因啤酒和啤酒厂的不同而不同。这使得自动化变得困难。在设计过程中,我们重点研究了酿酒过程中的三个关键环节:酒窖温度控制、麦芽汁冷却和发酵温度控制。

酿造过程的第一步是捣碎——将磨碎的谷物与水混合。这个过程激活了谷物中的酶,将淀粉分解成单糖。不同的酶在不同的温度下起作用,产生不同的产物。控制温度对保持稠度至关重要。Hi Sign采用西门子Simatic PCS 7集散控制系统,实现了混水站的自动化,该混水站是在醪桶供水上实现的。这控制了与谷物混合的水温,从而在麦芽浆中创造了一个良好的温度控制。Hi Sign还在醪桶中添加了温度探头,以监测温度随时间的变化。两个系统一起工作,主动控制温度并检查结果,确保一致性。这样做可以消除人为错误和温度波动,并创建一个用户友好的设备。

捣碎桶里的糖水与谷壳分离后,在水壶里煮沸。得到的液体可以冷却了。这是我们在Hi Sign关注的第二个控制点。从水壶中冷却液体的过程使沸腾的液体(华氏212度)降到华氏40-70度。这样做有几个原因,但主要是为了能立即加入酵母开始发酵;如果液体保持高温,它会产生不想要的味道,如果不以相同的速度冷却,啤酒就很难重现。在Hi Sign,这个过程被设计为设置它并忘记它。变频驱动器(VFD)和流量计控制确保液体的冷却速率始终是所需的速度。当液体通过热交换器时,一个控制阀调节冷却功率的大小,使液体达到目标温度。温度探测器报告确认温度已经达到。该软件允许Hi Sign对数据进行趋势分析,并对设备进行快照。

最后一个自动化的控制点是发酵。在发酵过程中,酵母将糖分解成酒精和一氧化碳2.在不同的温度下,酵母的发酵速率和产生的风味变化很大。Hi Sign在所有发酵罐中使用一个温度探头和一个阀门来控制进入发酵罐的冷功率。它们合在一起就像家里的恒温器一样。这确保了发酵过程中的温度是相同的,从而产生一致的发酵时间和风味。

自动化设置

目前西门子在Hi Sign的设备包括一台工业计算机,一台AS410-5H控制器,两个ET200S I/O机架,一个Scalance开关,Sinamics G120驱动器和Sipart PS2阀门定位器。PCS 7软件包括操作系统单站,具有AS/OS工程和先进的工艺图形。

煮沸完成后,酿酒商“敲出”麦芽汁(将其从212度冷却到70度,以最大限度地发酵)。然后,vfd允许酿酒商设置它并忘记它。在此过程中,阀门根据需要开启和关闭,以最大限度地提高效率。该软件允许Hi Sign对数据进行趋势分析,并对设备进行快照。

菲利普说:“这个界面让我们可以看到所有东西,确保我们在整个过程中达到所有指标。”当你有四种不同的啤酒同时发酵时,你可以看到实时温度的概览和啤酒在罐中的情况。他解释说:“当啤酒在罐中时,你要保持恒定的温度。”“如果啤酒中有一种奇怪的味道,那可能是因为在酿造过程中出了问题。你可以回头看看趋势和报告,例如,看到第五天停电,温度飙升导致了这一点。”

在这方面,该系统允许逆向工程来纠正前进中的问题。奇泽姆说:“如果马克接到啤酒酒吧的电话,他就可以回去看看测量结果。”

同样重要的是,该系统是可扩展的;因为菲利普想确保随着公司的发展,他们可以无限地增加。他说:“我们可以增加模块,只需支付工程师设计时间。”“这给了我们信心,我们可以轻松扩大规模,并找到一家愿意支持我们的公司。”

菲利普的主要信息是,在预算紧张的情况下,初创精酿啤酒厂可以实现自动化。“对我们来说,投资是完全值得的,”他说。对于首席酿酒师来说尤其如此,他对整个过程的一致性有信心,同样重要的是,他有一个供应商,随着系统的发展,他会支持他。培训新酿酒师也很容易,因为该系统可以在易于消化的部分中学习。

用户界面为操作人员提供所有必要的流程信息来运行啤酒厂,并为首席酿酒师添加新配方。地窖区域使用趋势图和高性能蜘蛛图相结合的图形,帮助作业者专注于与这一重要步骤相关的关键性能指标。这为操作员提供了一个自动生成的图形表示的燃烧器联锁方案在酿造屋图形。这可以准确地告诉他们他们在流程中的位置以及他们需要采取的行动,从而帮助确保质量并减少等待时间。

现在,在Hi Sign推出仅仅五个月后,该公司就有了九种精酿啤酒口味。菲利普说:“我们正在以最快的速度销售大量啤酒。”凭借Simatic PCS 7自动化平台,首席酿酒师可以轻松快速地从操作员界面添加新配方,以帮助Hi Sign进一步扩展并满足季节性偏好和新的消费者偏好。

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