自动化在Sugarlands Distilling闪耀

位于大烟山中北部的一个山谷，被称为糖地，沉浸在美国的民间传说中。欧洲人大约在19世纪初定居在该地区，带来了他们蒸馏威士忌的传统。起初是为了避免大幅增税，后来又因为美国的禁酒令，他们在月光下酿造未陈化的玉米酒精，以掩盖他们的非法活动——被称为私酒商。

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快进到21世纪，合法的私酿威士忌已经在许多消费者心中找到了一席之地。私酿威士忌通常装在泥瓦罐里出售，以唤起南方人保存食物和酒精的传统。据Future Market Insights称，预计私酿烈酒的需求将大幅增长，不仅在美国，而且在全球范围内。

梅森罐是私酿烈酒的典型包装，这里展示的是来自酿酒厂的各种产品。 Sugarlands蒸馏

Sugarlands蒸馏，获得了2022年制造业创新奖ProFood世界由于每年40%的增长率，该公司需要一个新的设施。该公司于近10年前在田纳西州的加特林堡成立。直到去年，所有的生产和零售场所都在加特林堡。由于产品需求的指数级增长，第二个设施有25,000平方英尺的酿酒厂和25,000平方英尺的桶房存储区在大约20英里外的田纳西州柯达建造。

新的桶屋可以容纳22000桶。由于产品需求不断增长，明年左右将在附近建造第二个桶屋。 亚伦的手 “现在我们所有的混合、配料和装瓶都在新工厂完成，”甜地首席酿酒师格雷格·艾丹(Greg Eidam)说。“我们继续在加特林堡蒸馏和捣碎，现在我们在柯达的新工厂增加了额外的捣碎和蒸馏能力。”

Eidam说，在过去的8年里，Sugarlands Distilling已经在46个州建立了分销网络。“随着蒸馏能力的增加，我们目前的设备每年可以生产大约5000桶。有了我们新的混合、配料和装瓶能力，我们现在每年可以生产超过100万箱。”

柯达工厂投资2800万美元，生产多种品牌，如Sugarlands Shine，其中包括多种口味以及禁酒风格的私酿烈酒;阿巴拉契亚啜饮霜(奶油利口酒);High Rock伏特加;还有漫游人田纳西黑麦威士忌。

自动化和控制

历史表明，即使在经济困难时期，消费者也会继续购买酒精饮料。在COVID-19大流行期间，尽管餐馆和酒吧的销售停滞不前，但家庭消费却有所增长。美国威士忌公司的高级项目经理布雷特·里加尔斯基表示，由于全国各地的立法都有所改变，威士忌行业正在突飞猛进地发展矩阵技术．“每个州都有新的酿酒厂开业，”他说。

Eidam说:“从现金流的角度来看，我们的业务在COVID期间表现非常好。在大流行开始时，田纳西州仍在营业，加特林堡地区是少数几个游客可以参观的地方之一。

事实上，Sugarlands与设施、流程和自动化设计提供商Matrix Technologies的第一次会面就发生在美国封锁期间。Matrix被授予自动化和控制项目，在最初的会议之后，两家公司在一年多的时间里都没有再见面。Matrix的任务是完成工程工作，实现设施自动化，并在已经建成的工厂中启动和调试新工艺。此外，主要的蒸馏设备已经购买并处于制造阶段。

Rygalski回忆道:“当我们第一次见面时，地上有一块石板，上面有一堆建筑用的钢材。“我们必须让所有东西都适合这个足迹。一些设备已经被指定了。让所有这些都适合空间限制当然是一个难题。”

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该项目的第一步是开发管道和仪表图(p&id)，为如何定义和操作流程提供基础。对于这种特殊的蒸馏过程，蒸馏罐的大小是整个装置设计中最关键的方面。Matrix设计了该系统来调整发酵罐、炊具和谷物处理系统的尺寸。一旦这个过程设计完成，公用系统就可以确定大小，包括冷水机、冷却塔、反渗透(RO)系统、锅炉和空气压缩机。

Rygalski表示，p&id的第二个(可能也是最重要的)功能是控制理念。“每个过程都应该有一定程度的自动化和人工控制。”p&id指定哪些项目是自动化的，并向控制系统提供反馈，以便操作人员进行干预。自动化水平包括流体传输，控制阀，液位仪表，速度控制，和公用系统接口。

下一步是与供应商合作确定设备的尺寸和规格。最后，该系统被设计成可以生成数十种食谱。

Rygalski说，正确清洗普通设备是一个重要的设计考虑因素。Matrix与就地清洁(CIP)供应商合作M.G.纽厄尔设计一个系统，可以清洗多个通道，颜色变化和材料粘度，以确保设备在生产运行之间得到适当的消毒，并可以消除任何材料的交叉污染。

在完成工艺设计后，Matrix工程师完成了控制电气设计。这包括六个独立的控制面板的设计，包括公用事业，储存/混合，产品卸载，烹饪，酒精和谷物处理。Rygalski解释说:“独立的控制面板可以灵活地独立运行每个系统。”“通过这种方式设计控制系统，当涉及到任何潜在的未来扩展时，它也可以采用更精简的方法。”

灵活性、质量、吞吐量和资产利用率

矩阵安装罗克韦尔自动化Matrix Technologies的自动化控制工程师Victor Bertorelli介绍了ControlLogix控制系统。他说:“挑战在于，虽然有现有的酿酒自动化控制系统，但市场上没有任何东西适合Sugarlands的需求。”

维护经理丹·哈特菲尔德在混合室检查系统参数。 亚伦的手 该设施的控制系统采用罗克韦尔自动化的ControlLogix硬件、FactoryTalk Batch和FactoryTalk View SE分布式人机界面(HMI)设计。该过程通过HMI或手持平板电脑运行，允许操作人员单独打开和关闭阀门并启动泵。例外情况是产品流动路径配置、许可、故障监控以及与根据操作员输入的物料重量设定值将产品移入和移出混合罐相关的联锁。Rygalski说:“此外，PID回路用于工艺容器的温度和压力控制。Sugarlands全厂控制系统(PWCS)的主要特点是灵活性、质量、吞吐量和资产利用率。

灵活性:Sugarlands不断推出新产品或现有产品的变种。快速适应各种口味的控制系统使营销团队具有创造性并开发出有吸引力的产品。Rygalski说:“应用ISA88标准，结合现代化技术，使Matrix能够开发出能够满足这一要求的控制系统。”“在该系统中开发一种新口味产品只需要很短的时间。”

质量:对于质量或一致性，挑战始终是如何将自动操作与手动操作集成。Rygalski表示:“即使是在一个完全自动化的系统中，操作员也需要在正确的时间以正确的方式进行手动操作。“在特定时间手动或自动添加特定口味，是Matrix开发的PWCS程序的一部分，以确保整个生产系统的一致性。”

吞吐量和资产利用率:控制系统应该能够利用可用的资源，而最少的操作人员干预。Rygalski解释说，实现这一目标的方法是仲裁。“仲裁是控制系统在所需资源(例如ro水)被另一个单元使用时保持特定操作的能力。一旦资源被释放，下一个请求它的系统就会按照请求的顺序需要它。这一功能确保了整个生产系统的不间断操作。”

该系统控制两个工艺单元:混合和蒸馏。混合工艺单元包括一个主混合槽，在谷物中性烈酒，威士忌或液体蔗糖。然后可以根据需要引入反渗透水。一旦混合材料完成，产品可以转移到四个储罐之一。在这里，奶油酒，以及其他几种原材料，可以引入到三个罐，创造出几种不同的产品变体。一旦产品达到最后阶段，它就可以转移到灌装线和进一步包装。

Rygalski说:“你不可能因为一个控制面板坏掉而毁掉整个工厂。”Sugarlands的控制将每个环节隔离开来，无论是谷物处理、发酵还是混合。控制面板分散在整个设施中。由于酒精生产非常易燃，工厂中有危险区域。控制面板必须位于危险区域之外，但仍然相对于它们所服务的房间。他补充说:“从电气安装的角度来看，将它们放置在设施周围，而不是放在一个中心位置，可以节省资金。”

三个罗克韦尔自动化控制器运行混合过程，一个批处理引擎用于所有现有程序或配方。蒸馏工艺单元包括一个炊具，用于接收谷物、生活用水供应和手工添加的工艺材料。温度通过添加蒸汽和冷冻水供应(CHWS)来控制。这种产品被称为麦芽浆或发酵的起始端口。

“配方编辑器是工艺工程师的工具，”Bertorelli解释道。“工艺工程师应该能够根据新配方的复杂程度，在几分钟或几小时内安排配方，创造出新产品。”

柯达工厂有4个8500加仑的发酵罐，还可以再增加8个。 亚伦的手 一旦烹饪产品完成，产品被转移到四个发酵罐中的一个进行进一步处理。在此过程中还可以向发酵罐中添加CHWS。在发酵过程完成后，产品被转移到锅蒸馏器。锅的温度仍然可以通过自动添加蒸汽和冷冻水来控制。从这里，产品被转移到用于产品打样的三个测量罐之一。

提高操作效率

2021年7月，Sugarlands Distilling举办了一场壶式蒸馏器封盖仪式，让人们先睹为该公司最新的酒厂、桶房和生产中心。“这个工厂给我们带来了更大的产能和运营效率。有了它，我们能够自动化批量，而不是用手工在350加仑的包装袋中批量处理所有东西，”Eidam解释道。“我们手动将糖、香精、奶油和烈酒袋装进手提袋，手动混合，并小批量搅拌。”

Eidam说，在过去，需要五到六名蒸馏师两班倒班来加工10批330加仑的葡萄酒。他说:“我们现在可以在一个半小时内完成同样的工作量。

与加特林堡工厂相比，柯达最大的变化是自动化，特别是在混合和一些包装领域，这使得Sugarlands最大限度地减少了人为错误，从而提高了一致性，并在更大的批量中混合。Eidam解释说:“以前我们每天必须测试10个批次，现在我们基本上每天测试一到两个批次，所以我们可以真正专注于质量。”

Matrix公司的工作使Sugarlands能够监控罐的容量，Eidam说，这使得酒厂可以根据需要重新订购供应。像谷物和蔗糖这样的原料，现在都是以油轮的数量运送的。“这有助于提高效率，”他说。“以前，我们必须把东西装在手提包或大袋子里带进来。”

新工厂为成品和桶提供了更大的仓库空间。“这使我们能够更好地组织和管理原材料和成品的库存水平，”Eidam说。

Matrix帮助Sugarlands选择的这款Miura锅炉占地面积小，为柯达工厂的扩建提供了空间。 乔伊斯Fassl 但Eidam说，该设施最大的影响是提高了运营效率。他补充说:“员工办公效率有了极大提高。”“现在，完成同样的任务需要的人要少得多。通过自动化系统收集数据，我们能够回头查看批次并确认数量，然后从每批中提取数据。”

此外，该项目还使柯达工厂能够扩大其装瓶业务，提供更高效、更快的包装线。“这使我们能够更有效地改变不同的产品类型，并使我们在包装质量上更加准确和一致。”

虽然Sugarlands仍处于启动和运行过程中，但现在有很多新设备需要维护，如泵、装载机、阀门等。“这是我们仍在努力的事情，”Eidam解释道。“我们现在正在实施一项名为MaintenX主要是记录和跟踪我们的设备和各种部件。”

Eidam说，这个项目的成功得益于良好的沟通和良好的团队。“对我们来说，这是一次大规模的扩大，从一个小手术到一个非常非常大的手术。只是有很多事情我们不知道。我们显然依赖于Matrix和他们团队的专业知识。”

里加尔斯基说，新冠肺炎确实改变了人们的工作方式，但他强调了面对面会议的价值。他说:“我觉得一旦我们能够到达现场，与承包商见面，并与格雷格本人见面，情况就会有所改善。”“这又回到了格雷格所说的拥有一支优秀的团队。”

Rygalski表示，在任何项目中，都必须进行好的和坏的对话。“只是彼此交谈，一起工作，一起解决这些问题，我认为，这是我在这个项目中最大的收获。”

据Eidam说，这个项目是为了增长而设计的。“在蒸馏方面，我们有这个巨大的罐子，这是全国最大的罐子。我们还留了地方，可以再加一个连续的蒸馏柱，再加八个发酵罐和一个炊具;增加第二台锅炉、第二台冷水机和第二台冷却塔的空间;电气室还有额外的墙壁空间。”“Matrix在真正规划我们未来所需方面做了他们的工作。根据我们现在所知道的，以及我们认为我们未来可能想要的，他们让我们有能力向前发展。”