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Verfahrenstechnik 10/2020

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Verfahrenstechnik 10/2020

All inclusive

All inclusive Automatisierungssystem steuert Sudhaus in der Brauerei Autorin: Dipl.-Ing. Christina Scheer, Jumo GmbH & Co. KG, Fulda Der Einsatz von verlässlicher Mess- und Regeltechnik unterstützt den Braumeister bei der effizienten Bierproduktion. Mit einem ent- sprechenden Mess-, Regel- und Automatisierungssystem können vor allem im Sudhaus viele Prozessschritte in einem System kombi- niert und so Kosten gespart werden. Bierbrauen ist ein Prozess, bei dem lange Tradition und viel Erfahrung der Braumeister zusammenfließen. Heutzutage sind viele Brauereien auf dem neusten Stand der Technik, um eine effiziente und energieoptimierte Produktion sicherzustellen. Dabei ist das Sudhaus neben dem Gärkeller der kostenintensivste Bereich. Hier wird aus Malz und Wasser erst Maische und dann Würze hergestellt. Der sensible Prozess des Maischens ist sehr stark temperaturabhängig. Denn die Malzenzyme, die die im Malz enthaltene Stärke zu Zucker spalten, sind sehr temperaturempfindlich. Die Enzyme haben ihr optimales Wirkungsspektrum nur innerhalb eines kleinen Temperatur- und pH-Wert-Bereiches. Eine verlässliche Regelung eines vorgegebenen Temperatur-Zeit- Programmes ist hier unbedingt notwendig. Auch beim Würzekochen benötigen Brauer ein verlässliches Temperatur-Zeit- Programm, um beispielsweise die Bitterstoffe aus dem Hopfen zu extrahieren. Bei diesem Vorgang herrschen sehr hohe Temperaturen, wodurch auch viele gute Bestandteile der Würze negativ beeinflusst werden können. Daher ist es auch hier von großer Bedeutung, den Prozess hochgenau auszuregeln, um die Würze nicht mehr als unbedingt notwendig zu beanspruchen. Optimale Qualität Das System Jumo mTron T liefert hier die perfekte Lösung, um alle Prozesse im Sudhaus inklusive dem Abläutern und der Whirlpool- Steuerung mit einer Lösung zu realisieren. Zum einen kommt hier die weit verbreitete Soft-SPS Codesys zum Einsatz, zum anderen sind in dem Automatisierungssystem vollständig aufeinander abgestimmte Module zur Regelung, Messwerterfassung und Registrierung vereint. Die Vernetzung und Datenkommunikation der einzelnen Komponenten erfolgt über EtherCAT, einem in der Messund Automatisierungstechnik weitverbreiteten, schnellen und Ethernet-basierten Systembus. Bis zu neun Programmgeber ermöglichen dabei eine autarke Regelung von Maischen, Abläutern und Würze kochen. So kann beispielsweise während des Würzekochens bereits der nächste Ansatz eingemaischt werden. Während die Temperatur-Zeit- Programme beider Prozesse ablaufen, registriert das System zusätzlich alle vom Anwender gewünschten Daten, wie zum Beispiel Temperatur, Druck, pH-Wert, Durchfluss, Dampftemperatur oder die Rührgeschwindigkeit. Mit dem SPS-Programmiersystem Codesys stehen dem Anwender dabei alle Das System bietet Brauereien eine funktionsübergreifende Gesamtlösung aus einer Hand. Alle erforderlichen Messgrößen wie Durchfluss, Druck, Temperatur und pH-Wert können erfasst, geregelt, registriert und überwacht werden. Christina Scheer Möglichkeiten offen, um den Prozess so zu automatisieren, wie er es wünscht. Aufbau mit System Das Jumo mTron T-System besteht aus einer Zentraleinheit mit Multifunktions-Touchpanel. Die Zentraleinheit kann dabei ganz individuell mit bis zu 30 verschiedenen Modulen bestückt und somit individuell an die Anforderungen des Sudhauses angepasst werden. Um das System zu komplettieren, sind zusätzlich zur SPS-Funktion Codesys ein Programmgeber, Grenzwertüberwachungsfunktionen sowie Mathematik- und Logikmodule integriert. 28 VERFAHRENSTECHNIK 10/2020 www.verfahrenstechnik.de

FOOD & BEVERAGE I TOP-THEMA 01 Komplette Automatisierung eines Sudhauses – einem der kostenintensivsten Bereiche in der Brauerei Multifunktionspanel Widerstandsthermometer Mehrkanal- Reglermodule Mehrkanal- Reglermodul Routermodul Zentraleinheit Druckmessumformer pH-Elektroden pH-Elektroden Einschraub- Widerstandsthermometer Pneumatische Wechselarmatur Pneumatische Wechselarmatur Widerstandsthermometer Mehrkanal- Messumformer/Regler Mehrkanal- Messumformer/Regler Druckmittler Widerstandsthermometer Differenzdruckmessumformer Einschraub- Widerstandsthermometer Das Multifunktions-Touchpanel verfügt über vordefinierte Bildschirmmasken, wie zum Beispiel Reglerübersichtsbild, Regelkreisbild, Programmgeber, eine komplett integrierte Registrierfunktion und Chargenprotokollierung. Das Geräte-Infofenster liefert einen schnellen Überblick über das projektierte System. Weiterhin stehen Prozessbilder, Programmeditor, Ereignis- und Alarmlisten, Gerätedetailbilder und Konfigurationsmasken der einzelnen Module zur Verfügung. Die Inbetriebnahme der Messwerterfassungs- und Regelaufgaben erfolgt schnell und komfortabel über das Setup-Programm, wofür kein Spezialwissen erforderlich ist. Mittels Webserver können bequem und zuverlässig die Prozesswerte abgerufen werden. Als Ein-/Ausgangsmodule stehen verschiedene Bausteine zur Verfügung, wie zum Beispiel das 4-Kanal-Analog-Eingangsmodul mit vier galvanisch getrennten universellen Analogeingängen für Thermoelemente, Widerstandsthermometer sowie Einheitssignale zum Beispiel 4...20 mA. Hierdurch können mit der gleichen Hardware verschiedenste Prozessgrößen präzise erfasst und digitalisiert werden – dies vereinfacht Planung, Disposition und Lagerhaltung. Die verschiedenen Eingangssignale lassen sich schnell und komfortabel über das Touch-Panel sowie über die zugehörige Konfigurations-Software einstellen. Vernetzung inklusive Das Mehrkanal-Reglermodul unterstützt bis zu vier autarke PID-Regelkreise mit 02 Mit dem mTron T-Automatisierungssystem können alle Prozesse im Sudhaus inklusive dem Abläutern und der Whirlpool- Steuerung mit einer Lösung realisiert werden schneller Zykluszeit und bewährtem Regelalgorithmus, ohne die Zentraleinheit zu belasten, da jedes Reglermodul mit einem eigenen Prozessor für die Regelung ausgestattet ist. Das System erlaubt dabei den gleichzeitigen Betrieb von bis zu 120 Regelkreisen und wird dadurch auch sehr anspruchsvollen Regelprozessen gerecht. Mittels Optionssteckplätzen können Einund Ausgänge jedes Reglermoduls individuell erweitert und angepasst werden. Durch die autarke Regelung erhalten Anwender ein Höchstmaß an Sicherheit, denn die Regelkreise erfüllen unabhängig von der Zentraleinheit schnell und zuverlässig ihre Regelaufgaben. Ein 4-Kanal-Relaismodul ermöglicht die Visualisierung von vier Schaltzuständen mit LEDs. Die Relaisausgänge sind mit jeweils einem Wechslerkontakt AC 230 V/3 A ausgestattet. Für jeden Kanal steht eine abnehmbare Klemmleiste mit Push-In- Technologie zur Verfügung, wodurch eine Zeitreduktion bei der sicheren Verdrahtung ermöglicht wird. Das 12-Kanal Digital-Ein-/Ausgangsmodul bietet höchste Flexibilität durch frei wählbare digitale Ein- oder Ausgangskanäle DC 0/24 V. Auch hier gilt: Jeder Kanal lässt sich individuell über das Touch- Panel oder die Konfigurationssoftware einstellen. Somit können auf einem Modul beispielsweise 5 Eingänge und 7 Ausgänge konfiguriert werden. Die Belastbarkeit von bis zu 500 mA pro Digitalausgang garantiert dabei eine komfortable Planung der Anlage. Das zusätzliche Routermodul ermöglicht auf Wunsch einen freien Systemaufbau durch die dezentrale Anordnung der Ein-/Ausgangsmodule auf zusätzlichen Hutschienen beziehungsweise in anderen Schaltschränken. Über die serienmäßige Ethernet-Schnittstelle lässt sich das System bequem an übergeordnete Prozessleitsysteme anbinden. Zum Datenaustausch mit diesen Systemen steht beispielsweise ein OPC-Server zur Verfügung, der eine einfache Anbindung ermöglicht. Weiterhin kann über die Ethernet-Schnittstelle der integrierte Webserver des Systems aufgerufen werden, um die Prozessdaten auch an entfernten PCs zu visualisieren. Fotos: Jumo www.jumo.net www.verfahrenstechnik.de VERFAHRENSTECHNIK 10/2020 29