Craft-Beer: Gutshofbrauerei „Das Freie“ setzt bei Automatisierung auf offenes Ecosystem

Gleichbleibend gute Qualität im Herstellungsprozess

Deutlich mehr Craft Beer in gewohnt hoher Qualität

Handwerklich gebrautes Bier - Craft Beer genannt - liegt im Trend. Ihren Ursprung hat die Bewegung in den Vereinigten Staaten, wo es 2015 schon mehr als 4.000 entsprechende Brauereien gab. Gemäß der Definition der Brewers Association kommt Craft Beer hier mittlerweile auf einen Marktanteil von etwa 20 Prozent. Und die Entwicklung breitet sich weltweit aus. International werden immer mehr kleine Gastro- und Hausbrauereien gegründet. Sie zielen darauf ab, den klassischen Biermarkt mit neuen und kreativen Kreationen zu beleben. Dabei wird eine bewusste Unterscheidung vom globalen Mainstream angestrebt. Es entstehen intensiv gehopfte Biere mit einem einzigartigen Geschmack, beispielsweise nach bestimmten Obstsorten und Gewürzen, Karamell oder Schokolade. Viele der Rezepte werden händisch ausgearbeitet und optimiert. Ist der Brauer mit dem Ergebnis zufrieden, muss er das Rezept möglichst einfach reproduzierbar machen. An dieser Stelle kommt die Automatisierung ins Spiel, die ebenfalls in den großen Standard-Brauereien eingesetzt wird.

Entscheidend beim Brauen von Bier ist unter anderem die exakte Temperaturführung während des Maischevorgangs. Die Maische - also das Gemisch aus Malz und Wasser - muss nämlich über mehrere Phasen - der Brauer spricht von Rasten - auf einer ganz bestimmten Temperatur gehalten werden. Jede Abweichung beeinflusst den Geschmack und die Qualität des Endprodukts.

Python-basierte Steuerung des Brau- und Gärprozesses

Um den Brauprozess auch für kleine Hobby- und Gastrobrauereien zu automatisieren, wurde 2015 das Community-Projekt Craft-Beer-Pi ins Leben gerufen. Die Gruppe, die inzwischen mehrere tausend Mitglieder weltweit umfasst, tauscht ihre Erfahrungen via Facebook und Github aus. Bei Craft-Beer-Pi handelt es sich um eine in der Hochsprache Python programmierte Anwendung zum Steuern des Brau- und Gärprozesses. Die Software wurde anfangs für den Einplatinencomputer Raspberry Pi entwickelt. Mit ihr lassen sich Heizelemente, Rührwerke, Ventile sowie verschiedene Temperatur- und Drucksensoren steuern. Der Brauer kann seine Anlage so bequem vom im Büro befindlichen Laptop oder unterwegs per Smartphone bedienen. Er muss nicht mehr die ganze Zeit neben ihr stehen und den Prozess sieben bis acht Stunden lang manuell überwachen. Stattdessen kann sich der Brauer um seine Kunden kümmern oder neue Biervarianten kreieren.

Das Besondere an Craft-Beer-Pi ist die Offenheit der Software in Kombination mit einer globalen Community, die ihre Weiterentwicklung aktiv vorantreibt. Mittlerweile stehen mehr als 70 Plugins zur Erweiterung zur Verfügung. Somit lässt sich die Anwendung auf zahlreiche bestehende Anlagen umrüsten oder nachrüsten. Dabei bestimmt der Brauer selbst, welchen Grad an Automatisierung er umsetzen möchte. Aktuell gibt es über 7.000 Installationen in 76 Ländern. Allein in der entsprechenden Facebook-Gruppe diskutieren mehr als 6.000 Menschen weltweit über Craft-Beer-Pi. In der Community sind sowohl passionierte Hobbybrauer als auch Braumeister aus professionellen Brauereien vertreten.

Einfache Integration von Komponenten und Bussystemen

Die in Sehnde in der Nähe von Hannover ansässige Gutshofbrauerei „Das Freie“ nutzt schon seit mehreren Jahren die Software Craft-Beer-Pi zur Steuerung ihrer Brauanlagen. Was vor einer Dekade mit Omas Einkocher in der Waschküche begann, hat sich in der Zwischenzeit zu einem Ausstoß von rund 500 Hektorlitern Bier pro Jahr entwickelt - mit stark steigender Tendenz. Die Biere von „Das Freie“ können online ebenso wie im Handel im Großraum Hannover bezogen werden. Vor diesem Hintergrund kam 2019 der Wunsch auf, die Brausteuerung weiter zu verbessern. Gemeinsam mit den Spezialisten von Phoenix Contact entstand die Idee, die vorhandene Craft-Beer-Pi-Anwendung auf eine professionelle Steuerung zu bringen.  

Hier bietet sich das Ecosystem PLC-Next Technology an, das sich neben skalierbaren Steuerungen und einer umfassenden Engineering-Umgebung aus einem offenen digitalen Marktplatz und einer gut vernetzten Community zusammensetzt. Aufgrund der Offenheit der Technology im Hinblick auf die verwendeten Programmiersprachen - sei es IEC 61131, Hochsprachen oder Matlab/Simulink - ließ sich die bereits auf Python-Basis generierte Lösung einfach auf eine PLC-Next-Steuerung - in diesem Fall den AXC F 2152 - portieren. Das Projekt und einige Abhängigkeiten mussten dazu genauso wie auf einem Raspberry Pi installiert werden und schon lief die Applikation. Für die Kommunikation mit dem Lokalbus wurde das Rest-Interface (Representational State Transfer) genutzt, womit das Projekt ein neues Level erreicht hat. Denn jetzt kann die Gutshofbrauerei abgesehen vom Lokalbus des Axioline-Systems, zu dem die Steuerung gehört, auch weitere industrietaugliche Komponenten sowie Bussysteme wie Profinet in der Applikation einsetzen. Geblieben ist die gewohnt intuitive Bedienung der Craft-Beer-Pi-Lösung. Ab sofort lassen sich Rezepte erstellen, Prozessschritte sowie Sensoren und Aktoren hinzufügen sowie übersichtliche Charts und neue Plugins aufspielen - und das alles auf einfache Weise.

Umfassende Unterstützung durch die Community

Craft-Beer-Hersteller wie die Gutshofbrauerei können das umfangreiche Produktportfolio von Phoenix Contact verwenden, um ihre Lösung durch zusätzliche Anschlüsse für Sensoren und Aktoren zu erweitern sowie den gesamten Schaltschrank gemäß den individuellen Wünschen aufzubauen. Darüber hinaus stellt Phoenix Contact einen fertig konfigurierten Schaltschrank zur Verfügung, der eine PLC-Next-Steuerung, die vorinstallierte Craft-Beer-Pi-Software sowie sämtliche notwendigen I/O-Module umfasst. Eine solche Plug-and-Play-Lösung stellt ein Novum für kleine bis mittlere Anwendungen in der Prozessindustrie dar. Das bislang komplexe Engineering entfällt, und neue Module oder Plugins können von jedem Mitarbeiter, der über ein wenig Programmierkenntnisse verfügt, erzeugt werden - vorzugsweise in Python.

Craft-Beer-Pi ist ein gutes Beispiel, das zeigt, wie durch die Nutzung der PLC-Next Technology ein Bastelprojekt vom Raspberry Pi auf eine industrielle Ebene gehoben werden kann. Der Fantasie sind dabei kaum Grenzen gesetzt. Die Kombination von klassischen industriellen Applikationen und Hochsprachenprogrammierung eröffnet neue Möglichkeiten. Interessenten werden durch die PLC-Next Community umfassend unterstützt. Auf der Webseite der Community tauschen sich Anwender über Ideen und Erfahrungen aus. Zudem helfen sie sich bei der Umsetzung ihrer Projekte. Neben Nutzerforen kann die Community auf FAQs, Tutorials, Youtube-Videos sowie verschiedene Informationsquellen in den Social-Media-Kanälen zurückgreifen. Programmierbeispiele und spezifische Open-Source-Projekte sind ebenso erhältlich.

Digitaler Marktplatz zur schnelleren Applikationserstellung

Wie bereits erwähnt, beinhaltet das Ecosystem PLC-Next Technology ebenfalls den PLC-Next Store. Hierbei handelt es sich um einen digitalen Marktplatz für jeden, der eine Idee wie Craft-Beer-Pi als fertige Steuerungsapplikation für die PLC-Next-Steuerungen anbieten möchte. Im PLC-Next Store stehen Funktionsbausteine, Funktionserweiterungen, Cloud-Konnektoren bis hin zu weiteren Laufzeitumgebungen - wie Codesys – zur Verfügung. Auf diese Weise kann die PLC-Next-Steuerung durch Apps für die Programmierung in einer anderen Sprache - beispielsweise IEC 61499, Node.js oder Python - sowie die Verwendung von Java-Script oder Node-Red erweitert werden. So lassen sich Applikationen schneller umsetzen, ohne dass die Funktion programmiert oder vorhandenes Know-how in eine andere Programmiersprache überführt werden muss. Allein Craft-Beer-Pi, das eigentlich für das Bierbrauen entwickelt worden ist, hat schon weitere Einsatzgebiete in der Käseherstellung und Destillerien gefunden.

Autoren: Manuel Fritsch, Gründer Craft-Beer-Pi und Marcel Luhmann, Technology Manager, Phoenix Contact Electronics GmbH, Bad Pyrmont
 

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