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Tecnología Advant BrauSystem, control de una nueva fábrica alemana de cerveza El fabricante de cerveza alemán Freiberger Brauhaus AG ha seleccionado Advant BrauSystem de ABB para el control-mando y la automatización de su nueva y ultramoderna fábrica de cerveza situada en Sajonia. Las avanzadas instalaciones, estructuradas en torno al sistema de control abierto Advant® de ABB, tienen un rendimiento altísimo, muy superior a lo normal en las fábricas de cerveza de Alemania. Además, Advant BrauSystem ha contribuido a bajar el consumo de energía y ha reducido las necesidades de personal. Además de los equipos de monitorización y control-mando, ABB ha suministrado el sistema de gestión técnica de los edificios, así como otras instalaciones eléctricas para la fábrica de cerveza.
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a nueva fábrica de cerveza que Frei-
berger produce 680.000 litros de cerveza
berger Brauhaus AG ha construido en Sa-
por empleado y año, más del doble de la
jonia (Alemania), con capacidad para pro-
media alemana (320.000 litros por emplea-
ducir más de 60 millones de litros anuales,
do y año). También es bajo el consumo de
es una de las más modernas y eficientes de
energía del resto de la fábrica de cerveza,
toda Europa 1 . Algunas de las principales
con 30 kWh por cada 100 litros de cerveza
prioridades de los planificadores de la fá-
(el promedio es 45 kWh por cada 100 litros).
brica han sido garantizar un producto final
Eichbaum Brauerei AG de Mannheim
de máxima calidad, utilizar la energía y las
(Alemania), propietaria de Freiberger Brau-
materias primas de forma eficiente y econó-
haus AG, ha invertido unos 45 millones de
mica y, finalmente, reducir al mínimo el im-
dólares en las nuevas instalaciones de pro-
pacto sobre el medio ambiente.
ducción, en las que trabajarán unas 120
Se han conseguido unos datos de pro-
personas. La fábrica de Freiberger ocupa
ducción excepcionalmente buenos, que se
11.680 m2 de unos terrenos que tienen una
deben a lo avanzado de la estructura orga-
superficie total de 91.941 m2.
nizativa y del proceso de fabricación de cerveza y a la automatización del mismo por medio de la tecnología Advant BrauSystem de ABB [1], sistema abierto de controlmando (véase cuadro informativo). Los 8,3 kWh de energía eléctrica y los 340 litros de agua potable necesarios para producir 100 litros de cerveza están bastante por debajo de los valores medios de las fábricas alema-
Klaus Winkelmann
nas de cerveza, que en promedio consu-
ABB Automatisierungsanlagen
men 11,5 kWh de energía por cada 100 li-
Cottbus GmbH
tros de cerveza. Además, la cervecera Frei-
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Además de Advant BrauSystem, ABB ha suministrado también la totalidad de las instalaciones eléctricas. El contrato fue adjudicado a ABB por su capacidad para suministrar tanto el sistema de control-mando como los equipos eléctricos, aprovechándose así las ventajas de disponer de un suministrador único.
Automatización de la fábrica de cerveza La tecnología Advant BrauSystem permite automatizar por completo la mayoría de las
Sistema de control abierto Advant de ABB Con su sistema de control abierto Advant OCS, ABB ofrece una solución avanzada estándar, con arquitectura de sistema abierto, para la automatización de procesos industriales. El sistema está caracterizado por una estructura distribuida, orientada al objeto, estaciones de operario de altas prestaciones, una disponibilidad muy elevada y fácil mantenimiento. Todas las estaciones de proceso y de operario están unidas mediante el bus MB 300. Las estaciones de control de proceso comunican con las unidades de E/S a través de buses locales. Todas las fases del proceso industrial pueden ser controladas y supervisadas desde cada una de las estaciones de operario. El hardware de las estaciones está basado en la tecnología de estaciones de trabajo de Hewlett-Packard.
Sistema Advant BrauSystem de ABB La solución Advant BrauSystem, que utiliza Advant OCS como plataforma, ha sido concebida especialmente para la industria de fabricación de cerveza. En ella se integran más de 20 años de experiencia de ABB como suministrador internacional de sistemas de automatización para cerveceras. El software hace posible la operación y supervisión completas de las fábricas de cerveza, desde la recepción de la malta hasta el embotellado, bien en régimen de operación totalmente automático (programa de producción semanal, control de composición), bien en régimen de operación aislada, de forma manual o automática.
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La nueva fábrica de cerveza de Freiberger Brauhaus AG en Sajonia, Alemania. Los datos de producción conseguidos en esta ultramoderna cervecera están bastante por encima de la media de las fábricas de cerveza alemanas.
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fases del proceso de producción de cerve-
proceso de fermentación se lleva a cabo sin
reducción del consumo de vapor. El lúpulo
za. El proceso comienza con la recepción
formación de polvo ni grumos. La cuba de
se añade en dos dosis, consistiendo la pri-
de la malta, la cual se descarga a una velo-
fermentación, con una superficie de 28 m2,
mera normalmente en un extracto de lúpu-
cidad de hasta 50 t/h y se almacena en
está calentada a razón de un grado Kelvin
lo y la segunda en pastillas de aroma de lú-
cuatro silos, cada uno de ellos con una ca-
por minuto. Al finalizar la fermentación, que
pulo. La instalación para producir ácido lác-
pacidad de 80 t 2 . Posteriormente, la
dura 2,7 horas aproximadamente, se
tico está formada por depósitos de fer-
malta se tritura en un molino de seis rodi-
evacúa la cuba por medio de una bomba
mentación de 8.000 litros, un depósito de
llos con sistema de acondicionamiento con
con capacidad para 260 m3/h.
alimentación (1.000 litros), un intercambia-
agua caliente. Tanto la instalación de re-
El mosto se produce en una tina de cla-
dor de calor para enfriar el mosto hasta
cepción de malta como la instalación de
rificación que tiene un diámetro de 7,8 m y
46ºC y una bomba. El valor pH del mosto se
molienda están conectadas a un sistema de
una capacidad de 99.400 litros, en un pro-
fija en 5,2.
extracción de polvo, con un ventilador que
ceso que dura tres horas. Los restos hú-
Para enfriar el mosto se utiliza un inter-
aspira 180 m3/h. El aire, en circulación
medos de la malta pasan a través de un silo
cambiador de calor constituido por 390
forzada, es limpiado a continuación con un
intermedio, hasta el silo principal colector,
placas, que opera a una velocidad de
sistema automático dotado con 60 m2 de
con capacidad para 170 m3. En un depósi-
60.000 litros por hora. Después de sepa-
filtros.
to de 10.000 litros se recoge el agua de
rar los residuos gruesos, el mosto es enfria-
proceso.
do en la cuba de vórtice, de 98ºC a 7ºC.
Las siguientes fases, que tienen lugar en la nave de producción de cerveza, han sido
Para la cocción del mosto se utilizan dos
Seguidamente se calienta el agua de refri-
totalmente automatizadas ( 3 a 8 ). En las
cubas de tipo de vórtice, cada una de ellas
geración, de 5ºC a 86ºC, que se almacena
instalaciones, que constan de cuatro gru-
de 5,7 m de diámetro y 55.000 litros de ca-
a esta temperatura como licor para pro-
pos, la malta molida pasa junto con el agua
pacidad. El aparato de cocción en dos
ducción de mosto. La levadura se añade al
de mezcla por una tubería mezcladora
zonas tiene una tasa de evaporación de
mosto de forma automática. El número de
hasta llegar a la cuba de producción de
4.000 litros por hora. Un condensador de
células de levadura varía entre 15 y 25 mil-
mosto, con capacidad para 35.000 litros. El
vapor ahorra energía primaria mediante la
lones por minuto.
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2 El control, totalmente automático, de la instalación principal de la fábrica de cerveza está basado en el sistema Advant BrauSystem y está soportado por modernas estaciones de operario. La pantalla muestra un esquema general del silo de malta.
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Esquema general de la nave de fabricación de cerveza con la tina de clarificación y las cubas de mosto. La barra de alarma de la parte superior aparece simultáneamente en todas las pantallas de las estaciones de operario. En la parte inferior aparecen las teclas de función utilizadas para el accionamiento de las instalaciones.
3
Para limpiar las instalaciones de fabrica-
ce hasta las cubas de mosto, equipadas
La fermentación tiene lugar en un solo
ción de cerveza se dispone de un sistema
con pulverizadores. Una vez realizada la
depósito. A cada carga se le añade una
de limpieza in situ CIP (Cleaning In Place),
limpieza, los líquidos de limpieza se extraen
nueva cantidad de levadura. El ácido car-
descentralizado, formado por dos depósi-
con dos bombas autocebables. El equipo
bónico producido durante la fermentación
tos de 10.000 litros para la solución cáusti-
de limpieza descentralizado CIP también es
es licuado y se reutiliza para volver a car-
ca y el agua y un recipiente para agua po-
controlado por Advant BrauSystem.
bonizar la cerveza antes de embotellarla. El
table. Los diferentes líquidos se transportan
Las zonas de fermentación y almacena-
filtrado se lleva a cabo con un filtro forma-
por medio de una bomba accionada por un
je y los depósitos de levadura y depósitos a
do por tubos múltiples, con una unidad de
motor de frecuencia controlada, a través de
presión están también integrados en la au-
medición para el filtrado de la suspensión
una tubería anular principal que los condu-
tomatización del proceso.
en diatomeas, un filtro estabilizador de PVPP (polivinilpolipirrolidona) con sistema de regeneración, y un filtro de partículas. Fi-
Vista de las modernas instalaciones de producción de cerveza en la fábrica de Freiberger Brauhaus AG
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nalmente se carboniza el producto con hasta 12 g de ácido carbónico por litro y, previamente al embotellado, se almacena a presión en seis depósitos, cada uno con una capacidad para 150.000 litros. La instalación refrigeradora tiene una potencia nominal de 2.200 kW. En lugar de clorofluorocarbono (CFC) se utiliza amoniaco como refrigerante, ya que se sabe que el amoniaco es mucho menos dañino para la capa de ozono. El reenfriamiento del agua de refrigeración se lleva a cabo conectando a un intercambiador de calor los tres compresores de pistón de la instalación de aire comprimido. El calor procedente del recuperador es utilizado para calentar el licor utilizado en la producción de mosto. Si es preciso, los compresores pueden ser conectados y desconectados individualmente, en función de la carga.
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Detalle de la cuba de mosto «whirlpool» nº 1
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Esquema de los depósitos de fermentación
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La fábrica de cerveza dispone también
tales como el programa semanal de pro-
un potente bus (ABB MasterBus 300).
de varios sistemas aislados de automatiza-
ducción de cerveza, la gestión de compo-
Buses de fibra óptica unen las estaciones
ción, suministrados por terceros, tales
siciones de la cerveza, preparación de in-
de control de proceso con las unidades de
como el sistema de carbonización y el se-
formes y cálculo de tendencias, seguimien-
E/S distribuidas. Estas unidades han per-
parador. Se han instalado otros sistemas
to de las cargas y almacenaje de datos a
mitido reducir mucho los costes de instala-
aislados para la sala de calderas, así como
largo plazo. En otros términos, todas las ta-
ción del sistema de automatización.
para el control del depósito de mezcla y
reas necesarias para el aseguramiento de la
compensación y para el sistema de opti-
calidad según la norma ISO 9000. La arqui-
mización del consumo de energía, que ga-
tectura abierta del sistema de control OCS
Aseguramiento de la calidad
rantiza el aprovechamiento de las tarifas
permite también integrar sistemas SAP.
La generación de informes es fundamental
eléctricas más bajas. Cada uno de estos
para producir económicamente cerveza de
sistemas envía la totalidad de sus datos a
la mejor calidad. Para cada una de las Potentes estaciones de operario
unidades de producción se prepara un in-
de proceso
forme, en el que se asigna un número de
Todo el proceso de fabricación de cerveza
identificación (ID) a cada lote de produc-
Papel clave de la estación IMS,
puede ser supervisado y controlado desde
ción. En la nave de producción del mosto es
del sistema Advant de ABB
tres estaciones de operario de proceso 9 .
el número de identificación «mosto», en la
La estación de información IMS (Informati-
Los completísimos esquemas en pantalla
de fermentación es el número de identifica-
on Management Station) del sistema Ad-
permiten a cada uno de los operarios «des-
ción «cerveza» y en la de filtrado es el nú-
vant de ABB, con la base de datos Oracle,
plazarse» fácilmente por todas las seccio-
mero de identificación «filtración». También
crea un enlace entre el proceso de produc-
nes de la fábrica. La utilización de ventanas
se genera un informe sobre la composición
ción y las oficinas administrativas de la fá-
permite visualizar simultáneamente diferen-
básica utilizada, ya que el operario podría
brica de cerveza, siendo la puerta que con-
tes partes del proceso por ejemplo, la ins-
haber modificado la composición original,
duce a los diferentes entornos informáticos
talación de fermentación o un sistema de
bajada automáticamente desde la IMS. Ac-
de procesamiento de datos. Cada uno de
filtrado en un solo monitor.
cionando un pulsador de «visualización pre-
Advant BrauSystem.
via», el operario puede abrir una ventana
los sistemas SQL (Standard Query Langua-
que le permite observar las curvas. También
ge) puede acceder mediante un software especial (SQL Connect) a todos los objetos
Soporte físico (hardware)
se dispone de herramientas para el análisis
que toman parte en el proceso, incluyendo
El hardware se basa en la tecnología de
de las curvas, que permiten al operario ob-
por ejemplo Excel de Microsoft. Los datos
estaciones de trabajo de Hewlett-Packard,
tener informaciones de detalle procedentes
Excel pueden también ser enviados a las
con HP-UNIX como sistema operativo. Seis
de la base de datos relacional Oracle,
estaciones de operario. El usuario puede
controladores Advant del tipo AC 410 con-
donde está toda la información necesaria
ver la totalidad del entorno de información,
trolan todas las áreas de la fábrica de cer-
sobre el lote que se está comprobando.
con sus bases de datos distribuidas, como
veza, desde la recepción de la malta hasta
si se tratara de una sola base de datos
el embotellado de la cerveza.
Para el control de calidad de la cerveza es fundamental poder realizar el segui-
Oracle. Las estaciones IMS también actúan
Todas las estaciones de proceso y de
miento de cada una de las cargas. Dicho
como servidores flexibles para funciones
operación están conectadas entre sí con
seguimiento es posible gracias a la estruc-
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Vista general del proceso de producción y de la bodega de almacenaje de levadura
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Esquema de las instalaciones de refrigeración
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tura relacional de la base de datos Oracle
a su vez están formados por varios núme-
MES, el enlace para un control
y a la utilización de números de identifica-
ros ID Mosto. Para proceder al análisis, el
integrado de las operaciones
ción ID, que también permiten al operario
operario introduce el número ID Filtración
Actualmente, el programa de automatiza-
establecer una interrelación entre los dife-
en la pantalla; a continuación aparecen en
ción abarca el nivel control-mando de pro-
rentes informes. Si, por ejemplo, se ha
el monitor los correspondientes informes
ceso más un enlace con las funciones MES
estropeado la cerveza en una de las bote-
de fermentación y de preparación del
(Manufacturing Execution System) 10 , tal
llas, el número ID Filtración proporciona los
mosto. De esta forma, el operario sabrá
como representa, por ejemplo, el programa
datos necesarios para el análisis. El propio
qué informes corresponden a la cerveza
semanal de producción de cerveza, el con-
número ID Filtración está constituido por
estropeada y podrá importarlos desde la
trol de la composición o el seguimiento de
diferentes números ID Cerveza, los cuales
estación IMS.
las cargas 11 . Los sistemas MES han permitido convertir finalmente en realidad lo que durante
Sala central de control-mando de la nueva fábrica de cerveza, con tres estaciones de operario
9
los años ochenta era una idea visionaria: un sistema integrado de control de operaciones. En este contexto, la palabra «integrado» significa la existencia de una unión funcional entre los automatismos de control de proceso de nivel inferior y el sistema de control de producción jerárquicamente superior a MES. Hace algunos años no se daba tanta importancia como ahora a los costes y la producción era más simple, pues había menos demanda de cervezas de tipos distintos. Las normas de calidad y de protección medioambiental eran, además, menos estrictas que en la actualidad. La presión del mercado en aquella época no exigía la plena automatización de las fábricas y, además, la tecnología de entonces no tenía la capacidad de la actual. Esto es especialmente relevante para las bases distribuidas de datos relacionales y para los sistemas de gestión de bases de datos con interfaces normalizados, a través de los cuales se produce el intercambio de datos entre los dife-
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Programa semanal de cocción
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Informes de cargas: planta de trituración sala de cocción bodega de fermentación filtración CIP inst. auxiliares
Representación de la curva ( seleccionable libremente o en función de los protocolos de cargas )
Control de recepción
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Oracle base relacional de datos
Seguimiento de cargas
Otras funciones: memorización a largo plazo ( 500 días ) archivado acceso a otras bases de datos
Funciones de registro: tiempos de ocupación de recipientes alarmas acontecimientos secuencias de programa
Indicador de transferencia
Funciones básicas de Advant BrauSystem con funcionalidad MES añadida CIP
10
Cleaning in place, limpieza descentralizada
rentes sistemas de hardware y software y
ampliar las posibilidades ofrecidas por Ad-
procedentes de hasta 2.500 fuentes y sólo
los usuarios.
vant OCS en este campo, ABB ha desa-
necesita 1 gigabyte para una velocidad de
Los sistemas abiertos de control-mando
rrollado la herramienta AdvaTalk Extensions,
muestreo de 15 s durante todo un año.
y sus interfaces normalizados de comuni-
que hace posible la comunicación con pro-
El sistema abierto de control-mando Ad-
cación (por ejemplo SQL y TCP/IP), así
gramas especiales a través de un sencillo
vant OCS de ABB está basado en estánda-
como los sistemas MES (Manufacturing
interfaz de operario. Por ejemplo, existe un
res aceptados de forma general, que per-
Execution System) y ERP (Enterprise Exe-
enlace AdvaTalk con el software matemáti-
miten el enlace con otros sistemas, como
cution Systems), ofrecen actualmente un
co Matlab de forma que, a través de Advant
las funciones de gestión de objetos, el pro-
nivel de funcionalidad que originalmente
OCS, el usuario accede a una completa li-
grama SQL Connect o los estándares de
sólo era posible con la producción asistida
brería de funciones matemáticas y estadís-
Microsoft (OLE y Corba). Los usuarios que
por ordenador. Al enriquecer el sistema Ad-
ticas que permiten optimizar los procesos.
trabajan en laboratorios, entre otros, pue-
vant OCS con las funciones propias del si-
También se dispone actualmente de fun-
den conectar fácilmente el sistema Advant
stema MES, ABB permite a los operadores
ciones AdvaTalk Extensions para los siste-
OCS con los sistemas de gestión de infor-
aumentar su productividad.
mas de fabricacion por lotes, para el siste-
mación de laboratorios por medio de las
El sistema Advant OCS de ABB consti-
ma ERP SAP R/3 y para el GEMS Oracle.
funciones MES conocidas.
tuye, por tanto, la base para una comuni-
AdvaTalk también soporta el diseño funcio-
AdvaTalk también puede utilizarse para
cación que abarca toda la empresa. Por
nal de los componentes centrales de MES
crear enlaces entre los sistemas de planifi-
una parte se pueden integrar fácilmente
y su enlace con el nivel ERP (por ejemplo la
cación y el sistema MES, lo que permite vi-
nuevas funciones para el control de los ele-
adquisición y gestión de datos históricos
sualizar en MES las necesidades de pro-
mentos del proceso y, por la otra, se dispo-
procedentes de una amplia gama de fuen-
ducción y, a la inversa, informar al sistema
ne del soporte necesario para la gestión y
tes). El módulo AdvaEnterprise Historian
de planificación sobre los datos reales de
el control en niveles más elevados. Para
System puede almacenar datos históricos
producción.
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las especificaciones preparadas por Eichbaum Brauerei AG y por ABB en su oferta.
Indicador AdvaInform
Un hecho confirmado también por el bajo consumo de materias primas y de energía Indicador de entrada de receta semanal
Superv. de recepción
Seguimiento de carga
Superv. registro de carga
Indicadores para transferencia a otros PC
Datos en tiempo real
Protocolo de carga: cocción fermentación filtración inst. aux.
Superv. registro de carga
Protocolos de secuencias
Superv. registro de carga
Curva consumo / tiempo
Historia Adva Inform
Tiempos de ocupación de recipientes
Superv. registro de carga
en comparación con otras cerveceras
Protocolos libres para análisis de alarmas y acontecimientos
alemanas y por la menor necesidad de personal de explotación. Los resultados son los mejores que se han obtenido hasta ahora en este sector de actividad. Este éxito se debe, en parte, a la estructura modular y ampliable adoptada para la fábrica de cerveza por Eichbaum, responsable de la planificación del conjunto. Los excelentes datos de producción y
Reg. acontecimientos + Historia
consumo son también resultado directo del Advant BrauSystem que se ha instalado, cuyo diseño permitirá las ampliaciones de la cervecera, tal como habían especificado sus propietarios.
Sistema de control-mando de proceso Bibliografía Componentes estándar de software y aplicaciones en el área de operación del Sistema de Ejecución de la Fabricación (MES)
11
[1] K. Winkelmann: ABB Advant BrauSystem. ABB Automatisierungsanlagen Cottbus GmbH.
FSC Fermentación/bodega de almacenaje
Para crear una base de datos es ne-
las bases de datos de tiempo real del siste-
cesario determinar y realizar el seguimiento
ma deberían ser accesibles desde todos
de todas las materias utilizadas en la fabri-
los niveles, incluso desde los sistemas ERP.
cación del producto: materias primas, adi-
En la nueva fábrica de cerveza de Freiber-
tivos, residuos, productos secundarios y
ger se ha instalado ya el equipo técnico ne-
productos finales. El sistema MES puede
cesario para hacer realidad todas estas po-
ser ampliado añadiéndole sistemas de pe-
sibilidades.
saje, medición y distribución; también puede completarse con sistemas de comprobación y gestión secuencial por lotes.
Equipos eléctricos
Para simplificar el registro de datos –de ma-
Además del equipo de control-mando, ABB
teriales o en forma impresa– y el acceso a
también ha suministrado los equipos de ali-
los mismos es posible instalar terminales y
mentación de energía de la cervecera, in-
lectores de códigos de barras.
clusive subestaciones de transformación, aparellaje de media y baja tensión y los equipos de la técnica edilicia. El hecho de
Futura ampliación con
que haya habido un único constructor ha
el sistema ERP
eliminado los problemas de interconexión y
Las opciones para, más adelante, ampliar la
el funcionamiento y mantenimiento de la fá-
fábrica de cerveza están orientadas hacia
brica de cerveza es, por lo tanto, muy sen-
Autor
las operaciones y el control de la produc-
cillo.
Klaus Winkelmann
ción. Los modernos sistemas de control-
ABB
mando constituyen herramientas para los
GmbH
Automatisierungsanlagen
Cottbus
flujos de información: flujos horizontales en
Se han superado los objetivos
Gaglower Str 17/18
un nivel determinado y flujos verticales
de proyecto
D-03048 Cottbus, Alemania
desde las distintas secciones de la fábrica
Después de dos años de explotación co-
Telefax: +49 355 596 595
y el sistema ERP a través de la gestión de
mercial se puede afirmar que se han supe-
E-mail:
producción. Todos los datos incluidos en
rado los datos de producción indicados en
[email protected]
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