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PLCnext Technology und Craftbeerpi optimieren Herstellung von Craft Beer

Automatisierung von Brauprozessen
Automatisierung von Brauprozessen

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Das ein Produkt gut ist, lässt sich spätestens dann erkennen, wenn die Nachfrage stetig steigt. So auch bei der Gutshofbrauerei „Das Freie“. Das offene Ecosystem PLCnext Technology und die Software Craftbeerpi helfen, dass dort mehr Craft Beer in gleichbleibend guter Qualität hergestellt werden kann.

Handwerklich gebrautes Bier – Craft Beer genannt – liegt im Trend. Ihren Ursprung hat die Bewegung in den Vereinigten Staaten, wo es 2015 schon mehr als 4000 entsprechende Brauereien gab. Gemäß der Definition der Brewers Association kommt Craft Beer hier mittlerweile auf einen Marktanteil von etwa 20 %. 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 Standardbrauereien 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.

Große aktive Community

Um den Brauprozess auch für kleine Hobby- und Gastrobrauereien zu automatisieren, wurde 2015 das Communityprojekt Craftbeerpi ins Leben gerufen. Die Gruppe, die inzwischen mehrere Tausend Mitglieder weltweit umfasst, tauscht ihre Erfahrungen via Facebook und Github aus. Bei Craftbeerpi handelt es sich um eine in der Hochsprache Phyton 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.

Das Besondere an Craftbeerpi ist die Offenheit der Software in Kombination mit einer globalen Community, die ihre Weiterentwicklung aktiv vorantreibt. Mittlerweile stehen mehr als 70 Plug-ins zur Erweiterung von Craftbeerpi zur Verfügung. Somit lässt sich die Anwendung auf zahlreiche bestehende Anlagen um- oder nachrüsten. Dabei bestimmt der Brauer selbst, welchen Grad an Automatisierung er umsetzen möchte. Aktuell gibt es über 7000 Installationen in 76 Ländern. Allein in der entsprechenden Facebook-Gruppe diskutieren mehr als 6000 Menschen weltweit über Craftbeerpi.

Industrielle Steuerung

Die in Sehnde in der Nähe von Hannover ansässige Gutshofbrauerei „Das Freie“ nutzt schon seit mehreren Jahren die Software Craftbeerpi 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 hl 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 Craftbeerpi-Anwendung auf eine professionelle Steuerung zu bringen.

Hier bietet sich das Ecosystem PLCnext 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 Technologie 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 PLCnext-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 Craftbeerpi-Lösung. Ab sofort lassen sich Rezepte erstellen, Prozessschritte sowie Sensoren und Aktoren hinzufügen sowie übersichtliche Charts und neue Plug-ins aufspielen – und das alles auf einfache Weise.

Fertig konfigurierter Schaltschrank

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 PLCnext-Steuerung, die vorinstallierte Craftbeerpi-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 Plug-ins können von jedem Mitarbeiter, der über ein wenig Programmierkenntnisse verfügt, erzeugt werden – vorzugsweise in Python.

Craftbeerpi ist ein gutes Beispiel, das zeigt, wie durch die Nutzung der PLCnext 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 PLCnext Community umfassend unterstützt. Auf der Webseite plcnext.community tauschen sich Anwender über Ideen und Erfahrungen aus. Zudem helfen sie sich bei der Umsetzung ihrer Projekte. Neben Nutzer-
foren kann die Community auf FAQs, Tutorials, Youtube-Videos sowie verschiedene Informationsquellen in den Social-Media-Kanälen zurückgreifen. Programmierbeispiele und spezifische Open-Source-Projekte sind auf github.com/plcnext erhältlich.

Schnellere Umsetzung von Projekten

Wie bereits erwähnt, beinhaltet das Ecosystem PLCnext Technology ebenfalls den PLCnext Store. Hierbei handelt es sich um einen digitalen Marktplatz für jeden, der eine Idee wie Craftbeerpi als fertige Steuerungsapplikation für die PLCnext-Steuerungen anbieten möchte. Im PLCnext Store stehen Funktionsbausteine, Funktionserweiterungen, Cloud-Konnektoren bis hin zu weiteren Laufzeitumgebungen – wie Codesys – zur Verfügung. Auf diese Weise kann die PLCnext-Steuerung durch Apps für die Programmierung in einer anderen Sprache – beispielsweise IEC 61499, Node.js oder Python – sowie die Verwendung von Javascript 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 Craftbeerpi, das eigentlich für das Bierbrauen entwickelt worden ist, hat schon weitere Einsatzgebiete in der Käseherstellung und Destillerien gefunden.

Phoenix Contact GmbH & Co. KG, Blomberg


Autor: Manuel Fritsch

Gründer Craftbeerpi


Autor: Marcel Luhmann,

Technology Manager,
Phoenix Contact Electronics


Smarte Lösung: PLCnext-Steuerung AXC F 1152

Mit dem AXC F 1152 baut Phoenix Contact seine offene Steuerungsplattform auf Basis der PLCnext Technology weiter aus. Als smarte Lösung bietet sich der AXC F 1152 zur Umsetzung einfacher Applikationen mit der PLCnext Technology an. Neben der klassischen SPS-Programmierung in IEC 61131 ermöglicht das Gerät die Code-Erstellung in Hochsprachen oder Matlab/Simulink, wobei die steuerungstypische Echtzeit-Performance und Datenkonsistenz sichergestellt sind.

Die modulare Profinetsteuerung mit sicherer Anbindung an die unternehmenseigene Proficloud bildet die Kommunikationszentrale zur Vernetzung der Anlage. Sie vereint die Robustheit und Sicherheit einer klassischen SPS mit der Offenheit und Flexibilität von smarten Devices.



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