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Artikel und Hintergründe zum Thema

Automatisierung

Karl Baldauf | Günter Herkommer,

So funktioniert die Zapfanlage 4.0

Es war eine Premiere auf der Gastronomiemesse in Amsterdam zu Jahresbeginn: Van Duijnen Horeca Service ­präsentierte zum ersten Mal eine vollkommen automatisierte ­Version ihres Zapfsystems. Die Anlage sendet Daten an die Cloud, die dadurch rund um die Uhr abrufbereit sind.

© SigmaControl

Die ‚Pub Experience‘ erscheint in gänzlich neuem Licht: Kein langes Anstellen mehr an der Bar bis man endlich an der Reihe ist. Kein hektisches Winken nach der viel zu gestressten Bedienung. Stattdessen einfach zum sogenannten ‚Friends Table‘ gehen, dort sein Lieblingsbier aussuchen und direkt mit Kreditkarte bezahlen bevor man es schließlich selbst zapft. – In etwa so sieht die Vision von Van Duijnen Horeca Service von der ‚Zapfanlage 4.0‘ aus.

Bevor das Bier aus dem Zapfhahn 4.0 rinnen kann, ist im Hintergrund jedoch eine Menge an Schritten notwendig, um die Qualität sicherzustellen, erklärt Christiaan Knopper, Innovationsmanager bei Van Duijnen Horeca Service: „Zapftechnologie mag auf den ersten Blick simpel erscheinen – was allerdings ein Trugschluss ist. Lagerung, Temperatur und Druck müssen beachtet und genau aufeinander abgestimmt werden, um die optimale Bierqualität am Zapfhahn zu gewährleisten. Weiterhin muss der Prozess im Gastbetrieb effizient ablaufen, alles hat entsprechend anwenderfreundlich zu sein und der Bar-Manager braucht schließlich durchgängigen Zugang auf alle Daten, um seinen Gästen eine konstante Qualität garantieren zu können.

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Am ‚Friends Table‘ kann man seinen eigenen Zapfhahn bedienen. Die entsprechende Information wird …

© SigmaControl

Früher konnten wir lediglich die Daten puffern, bis sie vom Bezahlsystem ausgelesen wurden – danach war die Information unwiederbringlich verloren. Sprich: Es fehlte die Möglichkeit der Dokumentation, wir waren stark eingeschränkt bei Erweiterungswünschen und völlig abhängig vom Anbieter der Registrierungskassen.“

Ursächlich hierfür war, dass für die skizzierten Aufgabenstellungen in der Vergangenheit  unterschiedliche Module zum Einsatz kamen – jedes ausgestattet mit seiner eigenen Steuerung. Christiaan Knopper: „Jede Lösung für sich konnte nur eine Sache gut und brachte demzufolge auch Einschränkungen mit sich.“ Diese Limitationen führten schließlich zu einem Wechsel im Denkansatz der Organisation und damit zum Einsatz einer skalierbaren Automatisierungslösung mit Anbindung an das IoT.

… auf einem 3,5-Zoll-Touchscreen-Panel dargestellt. Dieses kommuniziert mit der SPS über CANopen.

© SigmaControl

Heute ist man bei Van Duijnen in der Lage, alle Daten unabhängig von anderen Anbietern zu sammeln und darauf zuzugreifen. „Wir wissen jetzt exakt, wie und wann sich welche Biermarken verkaufen, können diese wertvollen Daten verwalten und auch den Lieferanten zur Verfügung stellen“, so Knopper. Aus technischer Sicht sind aber vor allem Daten wie Druck, Temperatur und das Bemerken von leeren Fässern wichtig: „Kunden kommen mit allen möglichen Fragen auf uns zu. Wenn das Bier zu viel oder zu wenig Schaum hat – ist das die Folge einer falschen Temperatur oder eines falschen Druckes? Es ist dann deutlich einfacher und es geht viel schneller, aus der Entfernung die entsprechenden Daten auszulesen und die Parameter zu korrigieren, als einen teuren Techniker vor Ort schicken zu müssen.“

Dank des automatisierten Ablaufs beziehungsweise der dadurch möglichen, exakten Dosierung wird auch kein Bier mehr verschüttet und jedes Bier registriert. Somit könne es nicht passieren, dass beim Bezahlen das ein oder andere Getränk vergessen wird – ob nun absichtlich oder nicht. Die dadurch erzielten Einsparungen lägen bei rund 20 %. Davon abgesehen ist Knopper überzeugt, dass in Zukunft das Hauptaugenmerk für Gastronomiebetriebe nicht auf den unmittelbaren Einsparungen, sondern im Bereich der Mehrleistungen liegen wird. Dementsprechend will Van Duijnen Horeca Service auf lange Sicht nicht mehr vorrangig am Verkauf von kompletten Anlagen verdienen, sondern an der Wartung und vor allem an Abonnementmodellen à la Pay-per-Click. Gemeint ist damit ein sehr transparentes System, bei welchem dem Kunden pro ausgeschenktem Glas Bier ein gewisser Betrag in Rechnung gestellt wird. Per RFID kann der Kunde den angezeigten Preis mittels einer entsprechenden Karte, auf die vorher ein bestimmter ‚Credit‘-Betrag aufgeladen wurde, entweder sofort oder auch als ‚Sammelrechnung‘ am Ende seines Kneipenbesuches bezahlen.
 

Exakte Daten für die perfekte ­Schaumkrone

Zurück zum Thema Qualität. Um zu verstehen, welche Bedeutung ein transparenter Zugriff auf die Parameter der Zapfanlage auf das perfekte Bier hat, sei ein kurzer Exkurs in die Zapftechnologie erlaubt: Im Fass herrscht ein Grunddruck mit einer bestimmten Menge an Kohlendioxid im Bier. In einem geschlossenen Behälter herrscht dabei perfektes Gleichgewicht. Sobald der Behälter jedoch geöffnet wird, möchte das Gas aus der Flüssigkeit entweichen. Um schließlich das Bier aus dem Fass in den Zapfhahn zu bringen, gilt es den Druck zu erhöhen, indem man dem Fass noch mehr Kohlendioxid zuführt. Umso wärmer das Bier, desto höher muss dabei der Druck sein. Wird das Bier am Ende gezapft, gibt es drei Möglichkeiten: gesättigtes Bier (mit schöner Schaumkrone), zu wenig gesättigtes Bier (schaler Geschmack) oder übersättigtes Bier (saurer Geschmack).

Über die Cloud ist der Status jeder einzelnen Zapfsäule stets abrufbar. Der Bar-Manager kann von hier aus alles mit einem Mausklick überwachen beziehungsweise herunterfahren.

© Synadia

Den richtigen Druck für ein perfekt ausbalanciertes Biererlebnis zu finden, ist laut Christiaan Knopper eine eigene Wissenschaft und hängt nicht zuletzt von der Länge der Bierleitung ab – mit jedem Meter sinkt der Druck um 0,03 bar: „Um den Druck zu bestimmen und die Kühlung entsprechend einzustellen, ist zunächst die gesamte Länge und Höhe der Wassersäule zu berechnen. Wenn wir höheren Druck benötigen, dann lagern wir das Bier einfach etwas wärmer. Sobald es die perfekte Trinktemperatur überschreitet, müssen wir das Bier während des Transports vom Fass zum Zapfhahn wieder kühlen. Das passiert mit einer sogenannten Python – einer Wasserleitung, die an der Bierleitung entlanggeführt wird. Um leere Fässer zu erkennen und entsprechend reagieren zu können, verwendet Van Duijnen Ultraschall-Durchflussmesser. Entscheidend dabei ist, dass die verwendete SPS die Daten in der Cloud rund um die Uhr – sprich 24/7! – zur Verfügung stellt. Im Falle eines Alarmes oder wenn wichtige Informationen vorliegen, lassen sich damit direkt entsprechende Maßnahmen ergreifen.

Bei den Fässern kommen vermehrt KeyKegs zum Einsatz. Bei diesem System wird das Bier ohne Zugabe von Sauerstoff oder Treibgas in eine innenliegende Plastiktasche eines PET-Fasses gefüllt. Laut Christiaan Knopper wird diese Variante zumeist von Kleinbrauereien gewählt, da diese das Problem haben, den Kohlensäuregehalt nicht exakt kontrollieren zu können, weil es sich bei der Gärung um einen natürlichen Prozess handelt. Anders bei großen Brauereien: Diese geben das Bier nach dem Brauprozess in Zentrifugen, um die komplette Hefe zu entfernen – und damit auch das Gas. Anschließend fügen sie dem Bier solange Kohlendioxid hinzu, bis die perfekte Sättigung erreicht und damit eine durchgehend gleiche Qualität garantiert ist.

Das Amazon-Gateway ermöglicht eine sichere Ver­bindung für die Abfrage und den Austausch der Daten. Für Engineering-Zwecke bietet die Sigmatek-CPU verschiedene sichere Fern­zugriffsmöglichkeiten über VPN Router oder VPN Tunneling.

© SigmaControl/Synadia

Alles in allem werden derzeit bei der automatisierten Zapfanlage also Daten bezüglich dem Erkennen von leeren Fässern, der Temperatur sowie dem Verbrauch geloggt – sowohl über analoge als auch digitale I/Os – und an die Cloud gesendet und dort protokolliert beziehungsweise interpretiert. Weitere Optionen – etwa ein Thermostat – sind jederzeit einfach integrierbar. Speziell für die Installation auf der Messe wurden sämtliche HMIs, RFIDs und Zapfhähne von vier SPS-Modulen des Typs CP 112 gesteuert. Diese stammen ebenso von Sigmatek wie die verbauten 3,5-Zoll-Touchscreens (ETT 352) und RFID-Reader (RFID 131). Für die Entwicklung des 
Interface, das den Fernzugriff auf die Daten von einem PC aus gestattet, sowie die ­komplette Software-Projektierung war das niederländische Unternehmen Synadia 
verantwortlich.

Über die realisierte Cloud-Lösung hat der Betreiber in Echtzeit den Überblick sowohl über die gesamte Anlage als auch über jeden einzelnen, aktiven Zapfhahn in der Bar. Gleiches gilt für die getätigten Transaktionen oder auch für eventuelle Alarme. Darauf basierend lassen sich entsprechende Berichte erstellen und letztlich ist auch ein Abschalten der gesamten Anlage per Online-Zugriff möglich.

Für Synadia bestand eine Herausforderung in dem Projekt darin, die verschiedene Funktionen des Zapfprozesses im Hinblick auf auswechselbare Hardware zu entwerfen, um größtmögliche Flexibilität zu garantieren, denn: „Keine Bar ist wie die andere, und anhand zahlreicher Faktoren gilt es jeweils die beste Konfiguration aus verwendeter Hardware und Cloud-Funktionalität zu konfigurieren“ – so Synadia-Geschäftsführer Remi van Wijngaarden. Letztendlich geht es darum, die Ein- und Ausgänge via Cloud zu konfigurieren und mit Funktionalitäten auszustatten, die dann live an die SPS weitergeleitet werden.

Die SPS-Software arbeitet schließlich danach, welche Konfiguration von der Cloud vorgegeben wird. „Die Komplexität dabei ist, dass es keinerlei vorgegebene Hardware-Auswahl oder Funktionalität in der Software gibt. Mit anderen Worten: Wir haben es geschafft, die unterschiedlichsten Pubs mit ein und derselben Software-
Version abzudecken. Zudem arbeiten wir daran, geplante SPS-Updates über die Cloud durchzuführen. Last but not least machen wir unsere Lösung kompatibel mit Amazon Web Services mit dem Ziel, tausende Transaktionen pro Minute abarbeiten zu können. Für die Versionskontrolle verwenden wir übrigens die Open Source Software GIT, was für SPS-Software wohl ziemlich einzigartig ist.“

Autor: Karl Baldauf, Produktmanager IoT, Sigmatek GmbH & Co KG

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