Tradition und Moderne vereint – Einzug des digitalen Zeitalters in der Erzquell Brauerei

///Tradition und Moderne vereint – Einzug des digitalen Zeitalters in der Erzquell Brauerei

Tradition und Moderne vereint – Einzug des digitalen Zeitalters in der Erzquell Brauerei

Die Gärkellermodernisierung in der Erzquell Brauerei Haas & Co. KG in Bielstein im Bergischen Land war eine lang geplante Investition. Im Projekt galt es, die gewachsenen Strukturen der Automation zu analysieren und ein entsprechendes Konzept zu erarbeiten und umzusetzen, aber auch einen Partner zu finden, der alles aus einer Hand liefern konnte.

Am 5. September 1900 verließ das erste Bier der Adler-Brauerei GmbH, so der damalige Name, das Sudhaus in Bielstein. 15 000 Hektoliter Bier wurden im Gründungsjahr gebraut, doppelt so viel Gerstensaft war es bereits 1913. Die Kooperation mit der Schwesterbrauerei in Siegtal führte dann 1979 zum beibehaltenen Namen Erzquell Brauerei.

Seit über 50 Jahren braut die Erzquell Brauerei Bielstein Haas & Co. KG als „höchstgelegene Kölschbrauerei der Welt“ ihre Marke Zunft Kölsch, für die die Bestimmungen der Kölsch Konvention gelten, obwohl die Brauerei außerhalb der Stadtgrenze liegt. Ein Gericht entschied, dass die Erzquell Brauerei als einzige Kölschbrauerei außerhalb Kölns weiterhin Kölsch herstellen darf, da in Bielstein schon über Jahrzehnte hinweg Kölsch gebraut wurde. Im Umkehrschluss ist es nicht möglich, die Brauerei zu verlegen, da das Kölsch-Braurecht auf die Adresse in Bielstein festgelegt ist. Ein Umstand, der seine Tücken in der Projektumsetzung mit sich brachte.

Ausgangssituation

Der Kaltblockbereich (Bereich von den Reifetanks bis zur Abfüllung) war teilweise mit Siemens S5 Steuerungstechnik respektive Schütztechnik automatisiert. Lediglich ein Rechner aus dem Jahre 1993 stand zur Prozessvisualisierung und Steuerung der gesamten Anlage zur Verfügung.
Das Herzstück des Kaltblocks bildete damals wie heute der Kieselgurfilter. Über die Jahre wurden um diesen herum viele Teilprozesse verändert und erweitert. In Folge dessen litt die Dokumentation der elektrischen Installation, der Automation und der Prozessabläufe.

„Die Ersatzteile für die alte Steuerung wurden immer teurer und waren teilweise nur mit langer Lieferzeit zu bekommen. Zusammen mit der Tatsache, dass es kaum mehr qualifiziertes Servicepersonal für die alten Steuerungen gab, bereitete uns der Zustand schon länger Sorge.
In den letzten Jahren hat sich die Produktpalette vervielfältigt und wir hatten nicht mehr die Möglichkeit, lange im Voraus zu filtrieren, um uns einen Notfallpuffer anzulegen. Daher hing in Folge unsere gesamte Abfüllung von der Filtration und der alten Steuerung ab“, so Dieter Breit, Braumeister bei der Erzquell Brauerei.

 

Skalierbare Netzwerkstruktur basierend auf Siemens S7 mit kombiniertem ProfiNet / Ethernet

Um die oberbergische Kölschbrauerei fit für die nächsten Jahre zu machen, musste die bestehende Steuerung nachhaltig modernisiert werden, ohne dabei die laufende Produktion länger zu unterbrechen.

Anforderungen und Zielsetzung

Zielsetzung des Projektes war es, die gesamte Steuerung von den Reifetanks bis zur Abfüllung mit einem System zu automatisieren.

Dies umfasste im Einzelnen die Neuautomatisierung von folgenden bestehenden Anlagen und Prozessen:

  • CIP-Anlage;
  • Transfer des Unfiltrats;
  • Kieselgurstation;
  • Kieselgurfiltration;
  • PVPP-Filtration;
  • Schichtenfilter;
  • Drucktanklager;
  • Vor- und Nachlauftanks sowie deren Dosage;
  • Transfer zur Abfüllung über KZE.

Dieter Breit: „Da wir in der Zukunft mit der Produktion immer flexibler werden müssen, musste das neue Steuerungskonzept alle Bereiche der Produktion abdecken können und flexibel erweiterbar sein.“

Die Erzquell Brauerei wollte sich bei dem Gesamtprojekt ungern an mehrere Lieferanten binden und ihrerseits die Schnittstellenkoordination durchführen, sondern hat sich einen Partner an ihre Seite geholt, der alle Anforderungen, nämlich Prozess-Know-how und die Integration einer professionellen Prozessleitsoftware, bestens versteht. Als Spezialist für Neuanlangen und Modernisierungsprojekte nahm sich die Corosys Prozesssystem und Sensoren GmbH aus Hofheim am Taunus der Aufgabe an. Aufgrund seiner langjährigen Erfahrung aus vielen erfolgreich abgeschlossenen Projekten im Filtrations- und Kaltblockbereich, wurde das Unternehmen beauftragt, ein vollständiges Konzept zu entwickeln und umzusetzen.

Gemeinsam mit dem Schweizer Partnerunternehmen M&L Consulting aus St. Gallen hat sich Corosys als Komplettlieferant für Neuanlagen, aber auch für die Modernisierung bestehender Filterlinien in der Braubranche etabliert. Die Hessen legen großen Wert darauf, alle maßgeblichen und erforderlichen technischen Kompetenzen, von der Prozesstechnik, über die mechanische und elektrische Konstruktion bis zur Softwareerstellung, im eigenen Haus zu haben und auszubauen.

Hierbei legt das Unternehmen viel Wert auf den Ausbau der technischen Entwicklungsabteilungen im eigenen Haus. Seit 2007 arbeitet Corosys eng mit der ProLeit AG aus Herzogenaurach zusammen und hat in den letzten Jahren zahlreiche Projekte mit Brewmaxx als Prozessleitsystem umgesetzt. Somit entstammt das abgeschlossene Projekt von der ersten Konstruktionszeichnung bis zum fertigen Prozessleitsystem zu einhundert Prozent aus einer Hand. „Für uns war es wichtig, nicht eine Softwarefirma zu beauftragen und dieser das Bierbrauen zu erklären, sondern einen Partner zu finden, der sich drauf versteht, beides – Brauerei und Software – mit Know-how zu verknüpfen“, erklärt Dieter Breit.

Der Lösungsansatz

Bei den ersten Gesprächen wurde schnell klar, dass man es hier mit einer echten Herausforderung zu tun bekam. Es fehlten Fließbilder, Schaltpläne, Programm- und Prozessdokumentationen. Das Projektteam setzte sich aus Technologen, Elektrokonstrukteuren und Prozessleittechnikern zusammen.

Die Umsetzungsschritte ergaben sich folgendermaßen:

  • Aufnahme des bestehenden Kaltblocks in R&I-Fließschemata und Analyse der Abläufe und Prozesse;
  • Ersatz der bestehenden Steuerungen, einer Mischung aus S5-/S7-Komponenten, durch eine neue SPS S7-416 von Siemens;
  • Ersetzen der bestehenden Feldschränke durch neu konzipierte Feldschränke auf Basis von S7-ET200SP Komponenten;
  • Installation eines Bussystems auf ProfiNet-Basis; die Kommunikation zwischen Bedienrechnern und Steuerung erfolgt über Ethernet; um den Einsatz von mobilen Geräten zu ermöglichen, wurde das Netzwerk im gesamten Produktionsbereich um leistungsstarke WLAN-Router ergänzt.

Auf die solide Hardwarebasis wurde die Programmierung- und Visualisierung basierend auf dem Prozessleitsystem Brewmaxx Express von ProLeit aufgebaut. Die Express-Version des Prozessleitsystems für Brauereien kann bis zu zwei Bedienstationen verwalten.

Das System kann dank seiner dynamischen Clientserver-Struktur beliebig erweitert werden, so dass die Möglichkeit besteht, die Automatisierung der gesamten Brauerei auf nur einem System darzustellen. Dies geschieht über die mitgelieferten Bordmittel voll automatisch und es geht keine Engineeringarbeit verloren.

Ein Rechner in der Schaltwarte dient gleichzeitig als kombinierter Server- und als Bedienstation. Alle Rezepte und Auswertungen werden von hier aus zentral verwaltet.

Um die Bedienung der Abfüllung und Filtration zu erleichtern, steht ein fest installierter Bediencomputer zentral im Drucktankkeller zur Verfügung. Darüber hinaus steht ein tragbares und handliches Touch Panel der Firma Siemens zur Verfügung, welches per WLAN mit dem System verbunden ist.

Der mobile 10“-Rechner ist als vollwertiger Arbeitsplatz installiert und gibt somit dem Bediener die Flexibilität die Anlage mobil im gesamten Produktionsgebäude zu überwachen und zu steuern.

 

Das Prozessgeschehen kann durch den nah angebrachten Bedienplatz direkt überwacht werden

Das Projekt startete im Frühjahr 2017 mit der Zielsetzung, in der Sommerpause die einzelnen Prozessbereiche sukzessive auf das neue System umzuziehen und die gesamte Umsetzung im Oktober 2017 abzuschließen. Durch die schrittweise Integration wurde die Lernphase für das Bedienpersonal auf das neue System unterstützt.

Die Umsetzung

Alle Prozesse und alle alten Fließbilder wurden zusammen mit dem Personal der Erzquell aufgenommen, analysiert und in Form eines neuen R&I auf AutoCAD neu dargestellt. Mit dieser Grundlage konnte vorweg ein brauereiweites Messstellenkonzept für die Braustätte in Wiehl eingeführt werden, um zum Beispiel die Fehlersuche für die Instandhaltung zu optimieren.

Es folgten ein Abgleich der bestehenden elektrischen Installation mit der Anlage und dem Fließbild, woraufhin eine neue ePlan-Konstruktion erstellt werden konnte. Das Ergebnis der Analyse zeigte, dass es wirtschaftlicher war, bei den Feldschränken nur die elektrischen Einbauten zu tauschen, da sich Schränke und die Verkabelung noch in gutem Zustand befanden. Das Zeitfenster für den Umbau war ohnehin sehr kurz, wodurch sich diese Methode umso mehr als richtig erwiesen hat.

Die neue ProfiNet-Installation wurde im Vorfeld parallel zu dem bestehenden Netzwerk installiert und in Betrieb genommen. Dadurch konnte ebenso Zeit für den Umbau eingespart werden. Somit war die Grundlage gelegt, die Automation der bestehenden Reinigungsanlage, die Anbindung an den Lagerkeller, der gesamten Filtration, bestehend aus PVPP-Stabilisierung, Kieselgurfilter sowie Schichtenfilter und des Drucktankkellers mit automatischem Transfer zur Abfüllung zusammen umzusetzen.

Das Team bekam für den Umbau ein Zeitfenster von nur vier Tagen. Um genug Zeit für die Vorbereitung und Integrationstests zu schaffen, wurde die Umsetzung auf Anfang Oktober terminiert. Dazu waren mit Beginn der Umbauarbeiten zwei Vor-Ort-Teams nötig, die sich im Zwei-Schicht-System abgewechselt haben.

Die Aufgaben der Umsetzung im Überblick:

  • Austausch der alten Feldschränke;
  • Austausch der alten Steuerung durch eine neue S7 Steuerung;
  • Umbau des Motorenschrankes;
  • Inbetriebnahme des neuen Bussystems;
  • Austausch der Prozessleittechnik durch eine Brewmaxx-Steuerung;
  • Integration der einzelnen Teilsteuerungen wie Vor- und Nachlaufdosierung, Reinigung und KG Behälter in die Anlagensteuerung.

Gemeinsam mit dem Bedien- und Wartungspersonal der Erzquell Brauerei wurde die bestehende Steuerung genauestens aufgenommen und in Form einer Programmbeschreibung dokumentiert. Auf Grundlage der Beschreibung und durch die Analyse der alten S5 Programme wurden die Prozesse neu in Brewmaxx V9 abgebildet.

Bei der Umsetzung wurden bereits einzelne Prozesse optimiert und neue Funktionen integriert. Hier konnte das Corosys-Team seine Erfahrung bei Filtrations- und Kaltblockprojekten einbringen, so wurde beispielsweise zur Medientrennung und Qualitätskontrolle eine zusätzliche Stammwürzemessung integriert. Dadurch konnten Ausschubvolumina optimiert und Bierverluste minimiert werden.

Alle Prozesse und Weiterschaltbedingungen werden nun grafisch an der Oberfläche abgebildet. Dadurch wird die Fehlersuche bei der Integration vereinfacht und der Bediener hat jederzeit die Kontrolle über seine Anlage.

Alle Parameter werden durch die schrittkettenbasierte Rezeptursteuerung verwaltet. Vorkonfektionierte Produktions- und Chargenberichte stehen standardisiert zur Verfügung. Die Berichte können in alle gängigen Formate exportiert werden.
Da das System im Vorfeld vollständig in Simulation gefahren werden kann, war es dem Projektteam möglich, alle Prozesse bis in kleinste Detail im Vorfeld zu testen.

Ein Produktionsmitarbeiter wurde vor der Umsetzung eine Woche abgestellt um eine virtuelle Produktion zu fahren, wodurch das Risiko für den Umschluss minimiert und der Bediener bereits im Vorfeld geschult werden konnte.

Fazit

Rückblickend hat sich das vorher ausgearbeitete Konzept als wirkungsvoll und in seiner Umsetzung flexibel anpassbar erwiesen. Kunde und Lieferant sind mit dem Gesamtergebnis zufrieden. Die Erzquell Brauerei war von einer veralteten und nicht mehr unterstützten Hard- und Softwareinstallation zu einem modernisierten, runderneuerten und vollkonzipierten Kaltblock gelangt.

Dass allein mit einem optimalen und übergreifenden Steuerungskonzept, ohne die bestehenden Anlagen zu verändern, eine enorme Verbesserung der Prozesse erreicht werden kann, zeigen eindrucksvoll die aktuellen Filterstandzeiten. Diese konnten von durchschnittlich 1000-2500 hl pro Charge auf gut 3400 hl erhöht werden. Damit erreicht der gleiche Filter eine um gut 30 Prozent verbesserte Standzeit bei ebenso optimiertem Einsatz von Filterhilfsmitteln. Auch auf den weiteren Ablauf der Prozesse im Kaltblock hat sich der Einfluss der neuen Automation positiv ausgewirkt. Dazu Abteilungsleiter Peter Voigtländer: „Der Filter läuft viel harmonischer und wir haben keine Druckschläge mehr im System. Die vielen Handeingriffe sind durch automatische Funktionen ersetzt worden.“

Auch auf die gesteigerte Produktpalette und den kleineren Chargen kann die Erzquell Brauerei nun sehr flexibel reagieren. Dazu Voigtländer weiter: „Es war enorm wichtig einen Ansprechpartner für das Projekt zu bekommen, um professionellen Support zu gewährleisten. Mit der alten Steuerung hätten wir es nicht geschafft, termingerecht zu liefern und die vielfältige Produktpalette abzudecken. Die Programmführung ist über Bedienhinweise sehr angenehm gestaltet. Es ist mehr eine überwachende Tätigkeit, wodurch mehr Raum für Flexibilität entsteht.“

Das neue zentrale Prozessleitkonzept möchte die Erzquell Brauerei in naher Zukunft schrittweise ausbauen und weitere Bereiche der Produktion in das System integrieren. Das Team arbeitet aktuell an der Integration der Gärtanksteuerung und dem Ausbau der Netzstruktur über den gesamten Produktionsbereich.

„Unser Ziel ist es, langfristig die gesamte Produktion nur noch mit einem System zu steuern. Dadurch ergeben sich für uns neue Möglichkeiten, um die Produktion besser zu organisieren“, so Dieter Breit.

 

Stefan Feider
Leiter Prozessautomation corosys Prozeßsysteme und Sensoren GmbH, Hofheim am Taunus

Dieter Breit
Braumeister bei der Erzquell Brauerei, Bielstein

Brauwelt 37-38/2018

2020-02-13T09:25:02+01:00
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