Rozšíření automatizace filtrační linky, distribuce vody, HGB a čerpání piva v Pivovaru Protivín

Pivovar Protivín, a. s., člen skupiny Pivovary Lobkowicz, a. s., provedl v letošním roce modernizaci části studeného bloku tak, aby zařízení odpovídalo současným vysokým požadavkům na kvalitu procesu filtrace a blendingu piva. Kompletní modernizaci na klíč provedla firma ESONIC a. s., která se zabývá průmyslovou automatizací v potravinářství a nápojové technice bezmála 25 let.

Filtrační linka

Výchozí stav před rekonstrukcí
Původní filtrační zařízení bylo modernizováno a částečně automatizováno v roce 2006. V témže roce byla doplněna technologie HGB, dosycování a původní výrobník odplyněné vody. Výsledkem této etapy modernizace bylo zařízení skládající se z několika oddělených, vzájemně ne zcela komunikujících částí od různých dodavatelů. Funkce a spolehlivost jednotlivých částí technologie již zcela neodpovídala rostoucím požadavkům na kvalitu produkce, úroveň automatizace a tím bezpečný provoz zařízení.

Nastavení projektových cílů
Hlavní cíle byly uvedeny v zadávací dokumentaci projektu. Záměr investora spočíval v povýšení stupně automatizace, ve sjednocení dílčích řídicích systémů filtrace do jednoho centrálního systému s kvalitním monitoringem, v archivaci a dohledatelnosti procesu výroby a sanitace. Klíčovým požadavkem zadání bylo splnění a garantování přísných kvalitativních a výkonových parametrů zařízení.

Další požadavek spočíval v návrhu optimalizace řízení filtrační linky, dopravy piva, distribuce odplyněné vody, včetně doplnění prvků měření a regulace. Nedílnou součástí byla výměna již ne zcela plně funkčního měření stupňovitosti, obsahu alkoholu a obsahu CO2 kvalitními přístroji firmy Anton Paar.

Blokové schéma technologie

Navržené řešení a realizace
Řešení je koncipováno na bázi řídicího systému Simatic S7-300 s nadřazeným modulárním procesním řídicím systémem ECS vyvinutým společností ESONIC a. s. a nasazovaným v celé řadě obdobných projektů. V rámci modernizace rekonstruované části studeného bloku byla řada ručních armatur nahrazena armaturami automatickými se snímáním koncové polohy. Ke kontrole výsledného obsahu kyslíku ve zfiltrovaném pivu byla linka vybavena novým senzorem z produkce firmy HAMILTON, který je odolný vůči běžně používaným sanitačním prostředkům, a to bez nutnosti vyjímání čidla z potrubí před vlastní sanitací. Součástí projektu bylo také řešení dopravy piva z ležáckých sklepů do provozu filtrace a distribuce odplyněné vody do míst její spotřeby.

Do prostoru původního místa distribuce odplyněné vody byla instalována nová AT stanice navržená již pro kompletní spotřebu odplyněné vody celého pivovaru. Ve svém zásobníku udržuje konstantní tlak nezávisle na momentálních odběrech pomocí frekvenčně řízeného dopravního čerpadla. Přivedením odplyněné vody k dopravním čerpadlům v ležáckých sklepích bylo dosaženo snížení obsahu kyslíku v čerpaném pivu. V provozu filtrace je využita odplyněná voda v novém uzlu před zásobníkem kvasnicového piva (preblending a najíždění/vyjíždění filtru), dále zásobuje jednotku HGB (blending a dosycování CO2) a průtokový paster KEG na stáčírně. Preblending je v současné době využíván pouze pro nealkoholické pivo s cílem předředění piva před filtrem.

V další připravované etapě se počítá s doplněním jímání protláček z najíždění a vyjíždění filtru do samostatného tanku a s jeho následným využitím v preblendingu. Toto přinese další snížení výtrat na filtrační lince.

Vizualizace ECS operátorské stanice

V ležáckých sklepích byla provedena výměna stávajících čerpadel za nová, frekvenčně řízená čerpadla firmy HILGE, která zajišťují šetrné dosažení zvoleného průtoku piva na vstupu do filtrační linky s ohledem na momentální počet připojených ležáckých tanků. Vzhledem k vyššímu výtlaku čerpadel je nyní možné provozovat ležácké tanky při čerpání na filtraci při nižším tlaku plynu, což pozitivně ovlivňuje šetrný provoz čerpání. Nově instalované ovládací skříňky v ležáckých sklepích slouží ke komunikaci obsluhy sklepa s řídicím systémem filtrační linky během najíždění a vyjíždění nebo při změně sorty piva.

Cílem nového řízení byla i optimalizace provozu vlastního filtru z hlediska průtoku, diference tlaku na filtru, optimálního poměru dávkování křemeliny a stabilizačního prostředku. Procesní řídicí systém ECS umožňuje šaržové řízení výroby filtrovaného piva a všech souvisejících technologických procesů na základě předdefinovaných výrobních předpisů (receptur). Nový řídicí systém filtrace je komunikačně propojen se stávajícím průtokovým pasterem KEG a s centrální sanitační stanicí. Komunikační vazba na paster nově umožňuje automatické vyjetí piva od nových přetlačných tanků v závislosti na zvoleném množství nebo vyprázdnění tanku. Sanitační stanice je nyní díky komunikační vazbě automaticky ovládána ze systému filtrace, což usnadňuje obsluhu zařízení a eliminuje chyby obsluhy.

Procesní řídicí systém ECS
Jak již bylo zmíněno, řízení procesu filtrační linky, sběr, ukládání procesních dat a komplexní kontrolu nad výrobním procesem zajišťuje ECS System. Jedná se o modulární procesní řídicí a monitorovací systém určený pro automatizaci výrobních zařízení a technologických celků. Tento systém vznikl na základě více než dvacetiletých zkušeností firmy ESONIC a. s. v tomto oboru.

Ukázka prezentace procesních dat

Poskytuje nástroje a funkce pro sběr a monitoring procesních dat, vizualizaci a ovládání procesu, řízení šaržové a kontinuální výroby, sledování materiálových toků, sledování a vyhodnocování produktivity výrobních linek a technologií, prezentaci výrobních dat formou reportů a protokolů. ECS System značnou měrou přispívá také ke standardizaci a zvýšení kvality výroby trvalou kontrolou a řízením klíčových ukazatelů. Kdykoli lze snadno zpětně dohledat a prověřit průběh výroby formou protokolů a grafů. Parametry a výrobní postupy zadané pověřenými osobami jsou systémem opakovaně dodržovány a kontrolovány.

Aktivní recept řízení filtrace

Přínosy modernizace
Modernizace studeného bloku dlouhodobě zvyšuje spolehlivost zařízení, stabilizuje parametry výrobního procesu a zvyšuje komfort obsluhy. Vyšším stupněm automatizace a monitoringu výroby byla zvýšena standardizace technologických procesů, mimo jiné také díky podstatnému snížení nutnosti zásahu obsluhy do výrobního procesu.

Přetlačné tanky

Sloučením výrobních uzlů dopravy piva, jeho filtrace, řízení přetlačných tanků, čerpání na paster KEG a řízení distribuce odplyněné vody do jednoho řídicího systému se výrazně zkvalitnil a zjednodušil jejich provoz, koordinace a údržba. Komunikací s řízením stanice CIP a úpravami sanitace na filtrační lince došlo ke zkrácení sanitačních časů a snížení nákladů na sanitaci. Řízení procesu systémem ECS přináší vyšší flexibilitu výroby díky receptnímu řízení. Modul ECS Archiv poskytuje pivovaru detailní přehled o průběhu celého procesu v podobě grafů a protokolů o ukončení jednotlivých výrobních operací.

Původně ručně vytvářený filtrační protokol je nyní z velké části generován automaticky. Jeho obsahem jsou kromě množstevních a klíčových kvalitativních ukazatelů také údaje pro dohledatelnost (traceabilitu) výroby. Systém byl předán do provozu v říjnu 2015 s tím, že na základě zkušeností z tříměsíčního provozování bude analyzován a v následujícím období dále dle požadavků zákazníka optimalizován.

Autoři: Petr Tillmann, Roman Chlumský – ESONIC a. s.
Jan Janoušek – Pivovary Lobkowicz, a. s.
Michal Voldřich – Pivovar Protivín, a.s.

Automatizace a modernizace pivovarů 2016
14. dubna 2016, Chodová Planá
6. ročník mezinárodní konference pro pivovarské profesionály