SPS-Programmierung am Beispiel des Brauprozesses - Universität ...

Fachbereich 4
Produktionstechnik
Fachgebiet 08:
Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik
Laborskript
SPS-Programmierung
am Beispiel des Brauprozesses
Herausgegeben von:
Prof. Dr.-Ing. G. Goch
Dr.-Ing. C. Ament
Dipl.-Ing. W. Behrendt
5. Auflage, Sept. 2005

Produktionstechnik IV: SPS-Programmierung am Beispiel des Brauprozesses 2
Inhalt
1. Einleitung.............................................................................................................. 3
2. Der Brauprozess................................................................................................... 3
2.1. Bier im Lauf der Zeit – Ein kleiner geschichtlicher Ausflug ............................. 3
2.2. Die Grundstoffe des Bierbrauens - Malz, Hopfen, Hefe und Wasser ............. 4
2.2.1. Malz .......................................................................................................... 5
2.2.2. Hopfen ...................................................................................................... 5
2.2.3. Hefe .......................................................................................................... 6
2.2.4. Wasser ..................................................................................................... 6
2.3. Der Werdegang eines Bieres – Der Ablauf des Brauprozesses ..................... 7
2.3.1. Das Maischen ........................................................................................... 7
2.3.2. Abläutern .................................................................................................. 8
2.3.3. Kochen...................................................................................................... 8
2.3.4. Klärung ..................................................................................................... 9
2.3.5. Kühlen....................................................................................................... 9
2.3.6. Gärung...................................................................................................... 9
2.4. Aufbau der Brauanlage................................................................................. 11
2.5. Prozessablauf in der Sudanlage................................................................... 12
2.6. Verfahrenstechnische Randbedingungen..................................................... 13
2.6.1. Maischepumpe ....................................................................................... 13
2.6.2. Maische- und Würzepfanne.................................................................... 13
2.6.3. Füllstandsmessung................................................................................. 13
2.6.4. Rühren .................................................................................................... 14
2.6.5. Heizung................................................................................................... 14
2.6.6. Waage .................................................................................................... 14
2.6.7. Abluft....................................................................................................... 14
3. Die Siemens S7 – 200 Programmierung ............................................................ 14
3.1. Elemente des Kontaktplans .......................................................................... 14
3.2. Speicherarten ............................................................................................... 17
4. Steuerungselemente der Brauerei-Anlage ......................................................... 18
4.1. Binäre Ein- und Ausgänge............................................................................ 18
4.2. Analoge Eingänge ........................................................................................ 19
4.3. Regler ........................................................................................................... 20

Produktionstechnik IV: SPS-Programmierung am Beispiel des Brauprozesses 3
4.4. Unterprogramme........................................................................................... 20
4.5. Programmablaufsteuerung ........................................................................... 20
5. Durchführung des Laborversuches..................................................................... 21
5.1. Versuchsaufbau............................................................................................ 21
5.2. Vorbereitung des Labors .............................................................................. 21
5.3. Einführende Aufgaben zur SPS-Programmierung........................................ 22
5.4. Implementierung eines Teils des Brauprozesses ......................................... 22
6. Literatur .............................................................................................................. 23
1. Einleitung
Im vorliegenden Versuch soll an einem komplexeren Beispiel die Automatisierung
eines verfahrenstechnischen Prozesses demonstriert werden. Hierzu wurde als anschauliches
Beispiel der Brauprozess gewählt. Dieser Prozess soll in seinem Ablauf
nur bis zum Beginn des Gärprozesses automatisiert werden, genau genommen handelt
es sich dabei um einen „Sud“. Das Demonstrationsmodell der Anlage wurde
hierzu mit der entsprechenden Sensorik und Aktorik ausgestattet. Die Anlage wird
mit einer Speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) gesteuert. Es wird hier eine
S7-200 von Siemens eingesetzt, die auch industriell zur Lösung von Steuerungsaufgaben
dieser Größe verwendet wird. Um die entwickelten SPS-Programme vorab in
verkürzter Zeit testen zu können, wird die Steuerung an ein animiertes Prozessschaubild
angeschlossen, mit dem alle Ein- und Ausgänge des Prozesses simuliert
werden können.
Im nachfolgenden Abschnitt wird nach [Kas97] in den Hintergrund des Brauprozesses
eingeführt und die Modellanlage vorgestellt.
2. Der Brauprozess
2.1. Bier im Lauf der Zeit – Ein kleiner geschichtlicher Ausflug
Die Bierbrauerei stellt eines der ältesten und seit jeher eines der wichtigsten Verfahren
zur Getränkeerzeugung dar, da der Genuss von Bier im Altertum den niederen
Ständen vorbehalten war. Die Vornehmen der früheren Hochkulturen in Mesopotamien,
Ägypten und auch im alten Rom waren eher dem teureren Wein zugetan.
Zur Bierherstellung wurde schon in der Vorzeit Gerste als Malz- und damit Zuckerlieferant
verwendet. So wurden etwa 3000 v. Chr. bereits 40 % der Gerstenernte in
Mesopotamien zur Bierbrauerei verwendet, um den riesigen Bedarf zu decken. Die
erste Brauindustrie im großen Stil erstand jedoch erst im alten Ägypten, wo das Bier
hek genannt wurde und süßlich schmeckte. Die Bitterkeit des Bieres, die durch das
Würzen mit Hopfen verursacht wird, kam erst sehr viel später auf, da damals Bier mit
Alraun, Myrte und ähnlichem gewürzt wurde.

Produktionstechnik IV: SPS-Programmierung am Beispiel des Brauprozesses 4
Ca. 1000 v. Chr. verlagerte sich dann das Zentrum der Bierherstellung vom Mittleren
Osten nach Nordeuropa und damit zu uns nach Deutschland. Der älteste Nachweis,
dass in Deutschland Bier gebraut wurde, stammt aus der Zeit um 800 v. Chr. In allen
nördlichen Ländern war damals wohl schon die Bierherstellung Brauch, da in alten
Heldengedichten, wie der Edda oder der finnischen Kalewala Bier erwähnt ist. Vor
allem zu kultischen Zwecken wurde Bier verwendet.
Ab dem frühen Mittelalter nahmen sich die Klöster der Herstellung des Gerstensaftes
an. Der umfangreichen und systematischen Versuche in den Klosterbrauereien verdanken
wir heute wesentliche Erkenntnisse über das Bierbrauen. So schrieb als erste
die Äbtissin und Naturforscherin Hildegard von Bingen im 12. Jahrhundert über
den Nutzen vom Hopfen im Bier. Doch Neid der bürgerlichen Brauereien und die
Säkularisation führten dazu, dass viele Klosterbraustätten und die dazugehörenden
Schänken geschlossen wurden. Heute brauen nur noch elf Klöster ihr eigenes Bier,
darunter so bekannte wie das Kloster Andechs und das Kloster Ettal.
Zurück zum Hopfen. Im 15. Jahrhundert begann von Deutschland aus der Siegeszug
des Hopfens in der Brautechnik. Seine Eigenschaften, Bier bitter und damit durstlöschender
zu machen und die Haltbarkeit des Bieres wesentlich zu erhöhen, führten
dazu, dass trotz heftigem Widerstand seitens der traditionellen Bierhersteller und -
genießer heute Hopfen aus der Bierbrauerei nicht mehr weg zu denken ist. Als einer
der Vorreiter bei der Unterstützung des Hopfens muss der bayerische Herzog Wilhelm
IV. genannt werden, der 1516 mit seinem Reinheitsgebot die wohl älteste lebensmittelrechtliche
Vorschrift erließ. Kernaussage des Reinheitsgebots ist, dass zur
Bierherstellung ausschließlich Gerstenmalz, Hopfen, Hefe und Wasser verwendet
werden dürfen.
Ab dem 19. Jahrhundert entwickelten sich, um den zunehmenden Bedarf zu decken,
die ersten industriellen Brauereien. Vorgänge, die bis dahin noch manuell durchgeführt
wurden, mussten nun mechanisiert werden. Gleichzeitig gewann die sich seit
dem 18. Jahrhundert entwickelnde Wissenschaft mehr und mehr Einfluss auf die
Herstellung von Bier. Nach und nach entwickelten sich wissenschaftliche Forschungszentren,
in denen die Bierherstellung weiterentwickelt und systematisiert
wurde. Die bekannteste davon ist die Bayerische Versuchs- und Lehrbrauerei Weihenstephan
bei München, an der lange Zeit Ludwig Narziss als Leiter des Lehrstuhls
für Technologie der Brauerei I lehrte und forschte. Ihm, der auch als Bierpapst in die
Geschichte eingegangen ist, verdanken wir einiges an Literatur, in der der Großteil
der theoretischen Grundlagen der Bierbrauerei detailliert erläutert wird - darunter
auch [Nar92].
2.2. Die Grundstoffe des Bierbrauens - Malz, Hopfen, Hefe und Wasser
Wie bereits oben erwähnt, legte Herzog Wilhelm IV. in seinem Reinheitsgebot von
1516 fest, dass zur Herstellung von Bier nur Gerste, Hopfen, Hefe und Wasser verwendet
werden dürfen. Zum Glück für alle Liebhaber von Weizenbier wurde im Lauf
der Zeit aus Gerste der Begriff Malz. Ansonsten besaß das Reinheitsgebot bis zu
einem äußerst fragwürdigen Beschluss des EU-Gerichtshofs in Deutschland unein-

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geschränkte Gültigkeit. Doch glücklicherweise wussten die deutschen Brauer, was
sie ihren Kunden schuldig sind und halten sich nach einer freiwilligen Selbstverpflichtung
noch immer an das Reinheitsgebot. Doch nun zu den Grundstoffen des Bierbrauens.
2.2.1. Malz
Auch heute wird noch wie vor 5000 Jahren hauptsächlich Gerste zur Bierherstellung
verwendet. Zusätzlich dazu wird vorwiegend in Bayern Weizen als Braumalz verwendet.
Sehr selten und nur bei kleinen Spezialbrauereien angetroffen werden können
andere Getreidesorten wie Dinkel, Urkorn oder Roggen. Im Ausland dagegen
wird aus so ziemlich allem, was Stärke enthält, Bier gebraut. Im folgenden wird davon
ausgegangen, dass das Bier aus Gerstenmalz hergestellt werden soll.
Am Anfang der Bierbrauerei steht die Mälzerei. Hier wird das Getreidewachstum, bei
dem sich Stärke und Eiweiß des Korns in löslichere Formen umwandeln, beschleunigt
und zu einem festgelegten Zeitpunkt unterbrochen. Als Braugerste kommt nicht
jede Gerste in Frage. So muss die Gerste beispielsweise einen bestimmten natürlichen
Wassergehalt haben, um Schimmelbefall zu vermeiden und um sie aber
gleichzeitig leicht keimfähig zu halten. Auch Stärke- und Eiweißanteil im Korn muss
bestimmte Werte erfüllen.
Zum Mälzen des Getreides wird dieses zuerst gereinigt und sortiert und anschließend
in Wasser gelegt, bis es um etwa ein Drittel seiner Größe angeschwollen ist.
Daraufhin wird es auf die Mälztenne befördert, als etwa zehn Zentimeter hohe
Schicht ausgebreitet und unter gelegentlichem Wenden für etwa zehn Tage der
Keimung überlassen. Nun wird dieses Grünmalz auf die Darre gebracht. Durch die
Hitze der Darre wird die Keimung unterbrochen und das Malz getrocknet. Je nach
Darrtemperatur entstehen unterschiedliche Malze, die später den Typ des Bieres
beeinflussen: Je höher die Temperatur, desto dunkler das Bier. Das Malz sorgt also
für den Gehalt an vergärbarem Zucker im Bier, für die Farbe und für die Neigung des
Bieres, zu schäumen.
2.2.2. Hopfen
Hopfen wird im Gegensatz zur Gerste nahezu ausschließlich zur Bierherstellung
verwendet. Einziges zusätzliches Verwendungsgebiet ist die Medizin. Da Hopfen
bestimmte Umgebungsbedingungen benötigt, um ertragreich zu gedeihen, gibt es in
Deutschland nur wenige Anbaugebiete: die Hallertau, Spalt, im Hersbrucker Gebirge,
in der Fränkischen Jura, in Tettnang und in der vorderen Rheinpfalz. Die wichtigsten
Hopfensorten sind Hallertauer Mittelfrüher, Spalter Spätlese und Tettnanger. Woher
die einzelnen Sorten stammen, sagen ja ihre Namen. Dabei muss auf eine Besonderheit
hingewiesen werden. Tettnanger Aromahopfen wächst nur in Tettnang. Versuche,
ihn in anderen Gebieten anzubauen schlugen alle fehl. Tettnang genießt damit
eine absolute Sonderstellung.

Produktionstechnik IV: SPS-Programmierung am Beispiel des Brauprozesses 6
Nach der Hopfenernte werden die Hopfendolden, die für das Bierbrauen interessant
sind, gereinigt und getrocknet. Meist werden sie dann gemahlen und wieder zu Pellets,
das sind kleine längliche Stäbchen, gepresst und anschließend versand- und
damit verbrauchsfertig verpackt. Auf der Packung wird neben dem Hopfengewicht
zusätzlich die Sorte und die α-Säuremenge im Beutel angegeben. Diese Angaben
sind deshalb wichtig, da die einzelnen Hopfensorten unterschiedlichen Einfluss auf
den Geschmack der Biere haben. Hopfen bestimmt nämlich nicht nur die Bitterkeit
eines Bieres durch seine α-Säuren, sondern auch den restlichen Geschmack durch
ätherische Öle wesentlich mit. Zusätzlich dazu wird die Schaumstabilität und die
Haltbarkeit des Bieres wesentlich durch den Hopfen verursacht. In Deutschland wird
hauptsächlich Hallertauer mittelfrüher Aromahopfen verwendet.
2.2.3. Hefe
Zur Bierherstellung werden heute obergärige und untergärige Hefen verwendet. O-
bergärige arbeiten bei 18 bis 20°C und sammeln sich vorwiegend an der Oberfläche,
untergärige arbeiten bei 6 bis 10°C und setzen sich am Boden ab. Je nachdem, welche
Hefe beim Brauen Verwendung fand, entstehen Biere mit unterschiedlichen
Charakteristika in Geschmack, Kohlensäuregehalt und Haltbarkeit. Am gebräuchlichsten
ist heute die untergärige Hefe, da vor allem untergärige Biere vom Verbraucher
getrunken werden. Vor der Erfindung der Kältemaschinen wurde die Art der
Gärung von der Jahreszeit bestimmt.
Auch bei der Brauhefe stellen die Bierbrauer ähnlich hohe Anforderungen wie bei
der Braugerste. Der Däne Emil Christian Hansen entdeckte in der Mitte des 19.
Jahrhunderts, dass es nicht nur ober- und untergärige Hefen sondern auch viele andere
Rassen mit zum Teil verheerenden Merkmalen für die Bierbrauerei gibt. 1881
gelang es ihm erstmals eine einzelne Bierhefezelle zu isolieren und in Reinzucht zu
vermehren. Dadurch wurde die Herstellung von Bier mit immer annähernd gleichem
Geschmack und verbesserter Haltbarkeit ermöglicht.
Viele Brauereien haben heute eigene Reinzuchten für ihre Brauhefen. Einige produzieren
jedoch so viel Hefe, dass sie sie verkaufen. Da eines der schlimmsten Ereignisse,
was einer Brauerei widerfahren kann, das Absterben der Reinkultur ist, existiert
bei der Bayerischen Lehr- und Versuchsbrauerei in Weihenstephan eine Hefebank
ähnlich einer Blutbank. In dieser Hefebank haben viele Brauereien Hefezellen
ihrer Reinkulturen deponiert, um eben im Falle des Absterbens der hauseigenen Kultur
noch eine winzige Reserve zur Aufzucht einer neuen Reinkultur zu haben.
2.2.4. Wasser
In früheren Zeiten wurde zum Bierbrauen jedes Wasser verwendet. Da dieses jedoch
auch Einfluss auf Geschmack und Haltbarkeit hat, wird heute nur bestes
Quellwasser bzw. Grundwasser, das vor allem in der Schadstoffbelastung weit unter
den lebensmittelrechtlichen Grenzwerten liegt, zum Bierbrauen verwendet. Zu diesem
Zweck verfügt jede Brauerei über einen oder mehrere Brunnen, die in die dritte

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und manchmal auch in die vierte Grundwassersohle reichen. Da jedoch in den letzten
Jahrzehnten aufgrund überhöhter Düngung in der Landwirtschaft und zunehmendem
Schadstoffausstoß der Industrie und des Straßenverkehrs die Grundwasserqualität
immer mehr abnimmt und neue Brunnen zu teuer wären, bereitet sich die
industrielle Brautechnik auf den Einstieg in Bierbrauen mit Leitungswasser vor. Die
Auswirkungen auf die Qualität der deutschen Biere sind jedoch nicht abzusehen.
2.3. Der Werdegang eines Bieres – Der Ablauf des Brauprozesses
Gleich eines vorweg: Die hauptsächliche Beschäftigung beim Bierbrauen ist Putzen.
Da zum einen mit einer Zuckerlösung gearbeitet wird und sich dadurch leicht
Schimmelpilze und Bakterienstämme entwickeln können und zum anderen ein
hochwertiges Lebensmittel ohne künstliche Konservierungsstoffe hergestellt wird, ist
Sauberkeit in der Bierbrauerei oberstes Gebot. Deshalb müssen immer wieder alle
Gefäße gereinigt und desinfiziert werden. Dazu ist am besten Putzen mit heißem
Wasser und Spülmaschinenreiniger und anschließendes Spülen mit saurer und alkalischer
Lösung geeignet. Doch nun zum eigentlichen Thema dieses Abschnitts.
In Bild 2.1 ist die Untergliederung des Brauvorgangs in einzelne Teilstufen dargestellt.
Als erstes fällt dem aufmerksamen Leser vielleicht auf, dass das Mälzen der
Braugerste nicht mit abgebildet ist. Das liegt daran, dass viele kleinere Brauereien
keine eigenen Mälzereien mehr unterhalten und statt dessen ihr Malz von industriellen
Mälzereien oder anderen Brauereien beziehen.
Malz
Wasser
Maischprozeß
Abläutern Kochen Klärung Kühlen Gärung
Wasser
Hopfen
Bild 2.1: Untergliederung des Brauprozesses
2.3.1. Das Maischen
Beim Maischen werden die Eiweiße des Malzes in Wasser gelöst. Dazu wird zunächst
Wasser auf 50 °C aufgeheizt. Anschließend wird geschrotetes Malz dem
Wasser zugegeben. Daraufhin wird die Maische unter ständigem Rühren mit einer
Temperaturgradienten von ca. 1 °C pro Minute weiter erwärmt. Bei einigen Temperaturen
werden sogenannte Rasten durchgeführt, während denen die Temperatur der
Maische konstant gehalten wird und in der Maische verschiedene Emzymreaktionen
stattfinden:
• Bei ca. 54 °C findet die Eiweißrast statt. Dabei werden die Eiweiße des Malzes im
Wasser gelöst.
• Bei ca. 61 °C wird dann die gelöste Stärke in Malzzucker umgewandelt. Man
spricht deshalb von der Maltoserast.

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• Die Verzuckerungsrast, bei der die Reststärke in Zucker umgewandelt wird, findet
bei ca. 72 °C statt.
• Zuletzt wird bei ca. 78 °C die Maischerast durchgeführt. Dadurch werden alle in
der Maische vorhandenen Enzyme zerstört und der Verzuckerungsprozess angehalten.
Das Maischen ist damit abgeschlossen. Nun wird die Maische in den Läuterbottich
umgepumpt und es beginnt das
2.3.2. Abläutern
Beim Abläutern wird die Maische in ihre festen Bestandteile - die Treber - und ihre
flüssigen Bestandteile - die Vorderwürze - getrennt. Das erfolgt durch einen einfachen
Filterprozess. Als Filter dient dabei zum einen ein regelmäßig gelochtes Messingblech
- der Senkboden - am Boden des Läuterbottichs und zum anderen der
Treberkuchen, der sich auf dem Senkboden durch Ablagerung der Treber aufbaut.
Da der Treberkuchen durchlässig sein muss, ist es besonders wichtig, dass bei der
Konditionierung des Schrotes darauf geachtet wird, dass die Spelzen der Malzkörner
nicht zu klein gemahlen werden und gleichzeitig nicht zu viel Mehl beim Schroten
anfällt. Das Mehl würde sich nämlich mit dem Wasser zu einem Teig verbinden, der
sich oben auf dem Treberkuchen ablagert und damit die Poren des Treberkuchens
verstopft. Sind die beim Umpumpen durch den Siebboden gelangten festen Bestandteile
mit der sog. Trübwürze zurück in den Läuterbottich gepumpt worden, beginnt
das eigentliche Abläutern. Durch ein unter dem Läuterbottich angebrachtes
Regelventil (in der Modellanlage ein pulsweitenmoduliertes Schaltventil mit kleiner
Bohrung) wird ein gleichmäßiger Ablauf der Würze mit etwa 0.3l/min aus dem Läuterbottich
eingestellt. Dieser Volumenstrom darf nicht zu stark sein, da sich sonst der
Treberkuchen zusammenzieht und damit undurchlässig wird. Wenn die Vorderwürze
abgeläutert ist, werden, um die restlichen Zucker aus dem Treberkuchen auszulösen,
mehrere Heißwassergaben auf den Treberkuchen aufgebracht. Die Temperatur
dieser Gaben soll mindestens. 78 °C betragen. Dieser Vorgang wird Anschwänzen
genannt. Die hierbei entstehende Hinterwürze wird dann ebenfalls abgeläutert. Da
nun nicht mehr zwischen Vorder- und Hinterwürze unterschieden werden kann,
spricht man jetzt nur noch von Würze. Der Extraktgehalt dieser Würze sollte zwischen
10 und 11 % Stammwürze liegen. Damit ist der Massenanteil an gelöstem und
damit vergärbarem Zucker gemeint. Nun kann die Würze in die Sudpfanne gepumpt
und dort unter Zugabe von Hopfen gekocht werden.
2.3.3. Kochen
Das Kochen ist notwendig, um mehrere Vorgänge stattfinden zu lassen. Zum einen
wird während des Kochens überschüssiges Wasser aus der Würze verdampft. Dadurch
erhöht sich der Extraktgehalt der Würze. Er sollte nach der Kochung bei etwa
12,5 % Stammwürze liegen. Gleichzeitig werden die noch in der Würze befindlichen
Enzyme und nicht in Zucker gespaltene Eiweiße denaturiert. Die denaturierten Stoffe

Produktionstechnik IV: SPS-Programmierung am Beispiel des Brauprozesses 9
verklumpen dann während des Kochens und können so später leicht von der Würze
getrennt werden.
Wesentlich ist, dass in dieser Phase auch der Hopfen beigegeben wird. Zu Beginn
des Kochens wird eine erste Hopfengabe der Würze zugegeben. Der Hopfen liegt in
getrockneter, portionierter Form vor. Diese sogenannten Hopfen-Pellets können mit
Hilfe des Hopfenspenders (siehe Bild 2.2) portionsweise in die Maisch-Würze-
Pfanne gegeben werden. Durch das Kochen lösen sich die α- und β-Säuren und die
ätherischen Öle aus dem Hopfen. Gleichzeitig werden die α- und die β-Säuren in isoα-Säuren
umgewandelt. Diese sorgen für die Bitterkeit des späteren Bieres. Leider
verdampfen beim Kochen viele ätherische Öle und andere Geschmacksstoffe des
Hopfens. Deshalb wird kurz vor Ende der Hopfenkochung eine weitere Hopfengabe
dem Sud zugegeben. Diese Hopfengabe soll etwa 25 % der Masse der ersten Gabe
haben. Sie sorgt für das typische Hopfenaroma des Bieres. Manche Quellen empfehlen
die 1.Hopfengabe zu splitten und die 2.Hälfte in der Mitte der Kochzeit zuzugeben.
2.3.4. Klärung
Im Anschluss an die Hopfenkochung wird die Würze in den Whirlpool tangential eingeleitet.
Durch die dabei entstehende Drehung lagern sich die Feststoffe des Hopfens
und die verklumpten Eiweiße als Kegel in der Mitte des Gefäßes ab. Dort befindet
sich ein Einsatz mit ca. 5 cm hohem, puntgeschweißtem Rand, der den Kegel
beim Ablassen zurückhält, die Flüssigkeit aber langsam durchsickern lässt.
2.3.5. Kühlen
Die so gereinigte Würze wird in einen Kühler geleitet und dort mit Leitungswasser
(das danach gesammelt und zur anschließenden Reinigung verwendet wird) auf ca.
20°C abgekühlt. Verfügt man nicht über eine Möglichkeit zur Extraktgehaltmessung
während des Kochens, so bestimmt man nun den Gehalt an gelöstem Zucker. Bei
obergärigem Bier kann jetzt direkt die Hefe zugegeben werden, da die Gärtemperatur
von obergärigen Brauhefen bei 18 bis 20 °C liegt. Will man jedoch ein untergäriges
Bier herstellen, so muss die Würze noch weiter abgekühlt werden. Nur in speziellen
Fällen, wie Trockenhefe, alte Hefezellen oder Schnellgärung, ist ein Anstellen
mit untergärigen Hefen über einer Temperatur von 6 °C zulässig. Damit ist der zu
automatisierende Teil des Brauprozesses beendet.
2.3.6. Gärung
Dabei unterscheidet man zwei aufeinander folgende Stufen. Bei der zunächst stattfindenden
Hauptgärung werden etwa 10 % Stammwürze durch den Hefestoffwechsel
in Alkohol und Kohlendioxid umgewandelt. Da jedoch diese Gärung meist in offenen
Gefäßen durchgeführt wird, entweicht ca. 95 % des Kohlendioxids in die umgebende
Atmosphäre. Da jedoch das Bier später perlen und eine Schaumkrone bilden

Produktionstechnik IV: SPS-Programmierung am Beispiel des Brauprozesses 10
soll, muss es vor dem vollständigen Vergären in die zukünftigen Gebrauchsgefäße -
also Flaschen bzw. Fässer – möglichst ohne Lufteinschluss abgefüllt und luftdicht
verschlossen werden. Dabei muss vor allem darauf geachtet werden, dass bei dem
Abfüllen - dem Schlauchen - so wenig wie möglich Hefe mit in die Gefäße gelangt,
da diese beim späteren Ausschenken aufgewirbelt werden kann und das Bier dann
trüben würde. Doch muss man eines sagen: eine vollständige Abscheidung der Hefe
zu diesem Zeitpunkt wäre unsinnig, da für die Nachgärung noch Hefe benötigt wird.
Dazu genügen allerdings die noch im Jungbier treibenden Hefezellen. Diese bauen
nun über mehrere Wochen hinweg den Restzucker im Jungbier ab und wandeln ihn
in Alkohol und Kohlendioxid um. Da nun kein Gas mehr aus den Gefäßen entweichen
kann, löst sich das Kohlendioxid im Bier und bildet so die für das spätere Perlen
und das Ausbilden einer Schaumkrone verantwortliche Kohlensäure.
Zum Abbau von Diacethyl, einem ranzig schmeckendem und Kopfschmerz verursachendem
Nebenprodukt, wird (auch das untergärige) Bier noch einen Tag bei Raumtemperatur
gelagert. Danach wird es zunächst auf ca. 8°C und dann pro Tag ein
Grad weiter bis –1°C abgekühlt. Nach ca. 6 Wochen (bei obergärigem Bier genügen
2) ist dann die Nachgärung und Reifung abgeschlossen und das fertige Bier zum
Verzehr bereit.

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2.4. Aufbau der Brauanlage
Zur Durchführung des Praktikumsversuchs wurde ein Demonstrationsmodell einer
automatisierbaren Brauanlage aufgebaut. Die Grundstruktur dieser Anlage ist in Bild
2.2 wiedergegeben.
Whirlpool
(WP)
Vorratsbehälter
(Malz)
Läuterbottich
(LB)
Hopfendosierer
Senkboden
Trübstoffeinsatz
V4
Mühle
Rührmotor
Spülmittelspender
Schauglas
V7
P
Sensor
Füllstand LB
Regelventil
V1
V9 Bypass
Waage
Kühler
Abluftventilator
V13
Kühlwasser
Maische- und
Würzepfanne
(MWP)
Vorlaufgefäß
(VG)
Kühlwasser-
rücklauf
H oben
Heizung
H unten
T
Sensor
Temperatur MWP
Sensor T
Temperatur
Kühler
V5
P
Sensor
Füllstand MWP
Schauglas
V6
P
Sensor
Füllstand VG
Hand
ventil
V10
V10
V2
V8
Zulauf
V12
V3
Ablauf
V11
Pumpe
Bild 2.2: Fließbild der Sudanlage

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2.5. Prozessablauf in der Sudanlage
Eine Zusammenstellung der nacheinander abfolgenden Schritte kann der Tabelle
2.1 entnommen werden. Die Schritte sind im einzelnen beschrieben und können sollen
die Basis für die Entwicklung des Steuerungsprogramms bilden. Außerdem zu
berücksichtigende Randbedingungen sind im Abschnitt 2.6 erläutert. Im SPS-
Programm ist meist noch weitere Untergliederung der Schritte notwendig!
Nr. Unterschritt Zustand
0.1.1 Aus Ruhezustand
1. Einmaischen
1.1.1 Wasser vorlegen MWP mit 13 l Frischwasser füllen
1.1.2 Heizen auf 50°C
1.2.1 Senkboden des LB füllen 3 l aus der MWP in den Senkboden des LB füllen
1.3.1 Schroten Zugabe von 4kg Malz Schrot in MWP (in 400g-Schritten)
1.4.1 Maischen Lineare Temperaturerhöhung mit 1° pro Minute auf 54°C
1.4.2 Eiweißrast 15min. Rast bei 54°C
1.4.3 Lineare Temperaturerhöhung mit 1° pro Minute auf 61°C
1.4.4 Maltoserast 40min. Rast bei 61°C
1.4.5 Lineare Temperaturerhöhung mit 1° pro Minute auf 72°C
1.4.6 Verzuckerungsrast 30min. Rast bei 72°C
1.4.7 Lineare Temperaturerhöhung mit 1° pro Minute auf 78°C
1.4.8 Maischerast 20min. Rast bei 78°C
1.5.1 Abmaischen MWP umpumpen in den LB
1.5.2 Maischeruhe 5min. Maischeruhe
MWP mit 13 l Frischwasser
füllen und auf
2. Abläutern
80° C heizen
2.1.1 Abläutern Aus dem LB mittels Abläuterregler
mit 0,3 l / min in das VG abläutern
2.2.1 Trübwürze aus dem VG in den LB
umpumpen
2.3.1 1.Anschwänzen Mit ca. 6l 80° heißem Wasser aus
der MWP
2.3.2 Abläutern Aus dem LB mittels Abläuterregler
mit 0,3 l / min in das VG abläutern
2.3.3 2.Anschwänzen Mit den restlichen 7l Wasser aus der MWP anschwänzen
2.3.4 Abläutern Aus dem LB mittels Abläuterregler mit 0,3 l / min in das VG
abläutern
2.4.1 MWP spülen Maischereste aus der MWP spülen, MWP entleeren
2.5.1 Umpumpen Umpumpen vom VG in die MWP
3. Kochen
3.1.1 Kochen Heizen auf 100°C
3.1.2 5 min. kochen (>97°C)
3.2.1 1. Hopfengabe aus Hopfenspender hinzugeben (40%)

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Nr. Unterschritt Zustand
3.2.2 25 min. kochen
3.3.1 2. Hopfengabe Aus Hopfenspender hinzugeben (40%)
3.3.2 25 min. kochen
3.4.1 3. Hopfengabe aus Hopfenspender hinzugeben (20%)
3.4.2 5 min. kochen
4. Klärung
4.1.1 Ausschlagen MWP in den WP umpumpen
4.1.2 Whirlpoolrast Rast 10 min.
5. Kühlen
5.1.1 Ablassen Ablassen vom WP in den Kühler
5.1.2 Kühlen Kühlen bis 20°C erreicht sind
Tabelle 2.1: Tabellarische Zusammenfassung der Abläufe beim Sud
2.6. Verfahrenstechnische Randbedingungen
2.6.1. Maischepumpe
Bei der Maischepumpe handelt es sich um eine Kreiselpumpe, die grundsätzlich nie
trocken laufen darf und nur dann ihre volle Leistung erreicht, wenn sie vollständig
entlüftet ist. Da ihr Ablauf nach oben gerichtet ist, erreicht man das einfach durch
gleichzeitiges Öffnen des Ablaufs des zu entleerenden Behälters (V5 oder V6) und
eines Behälterzulaufs (V2, V8 oder V11) für mindestens 20s.
2.6.2. Maische- und Würzepfanne
Damit sich das Schauglas der Maische- und Würzepfanne beim Maischen nicht mit
Malz zusetzt, wird gleichzeitig mit dem Schließen des Ablaufventils (V5) ein Stopfen
durch die Hohlwelle des Rührers in die Ablauföffnung gesenkt. Die groben Anteile
werden dadurch in der Maische- und Würzepfanne zurückgehalten, die hydrostatische
Verbindung zum Füllstandssensor im Schauglas bleibt erhalten. Die Entlüftung
den Maischepumpe muss vor der Malzzugabe abgeschlossen werden, während gesamten
Maischvorganges muss der Ablauf geschlossen bleiben.
2.6.3. Füllstandsmessung
Die Füllstandsmessung über Drucksensoren ergibt nur bei geschlossenem Ablaufventil
korrekte Werte, bereits das Rühren in der Maisch- und Würzepfanne verfälscht
die Messung merklich. Beim Abpumpen empfiehlt sich daher folgendes Vorgehen:
- Soll ein Behälter nur teilentleert werden, dann bestimmt man die umzupumpende
Flüssigkeitsmenge über den Füllstand des Zielgefäßes.
- Zur vollständigen Entleerung zieht man zusätzlich zum erwarteten Endfüllstand
des Zielgefäßes (-10% Sicherheitsabschlag, damit das Programm nicht hängen
bleibt) die Füllstandsänderung des Zielgefäßes heran, die ebenfalls als Variable
(siehe Tab 4.2) zur Verfügung steht.

Produktionstechnik IV: SPS-Programmierung am Beispiel des Brauprozesses 14
2.6.4. Rühren
Damit der Rührer die verschiedenen Anforderungen beim Heizen, Einmaischen und
Abpumpen optimal erfüllt, können Drehzahl und Drehrichtung über 2 binäre Ausgänge
(Tab 4.1) verändert werden:
- Beim Schroten sollte mit A1.1/“schnellR“ auf die höhere Drehzahl geschaltet werden.
- Vor dem Abpumpen muss der Rührer für ca. 2s ausgeschaltet und dann mit
A3.2/“rückwR“ langsam in umgekehrter Drehrichtung betrieben werden. Die speziell
geformten Flügel befördern dann die festen Bestandteile der Maische zum
Ablauf.
2.6.5. Heizung
Nach schlechten Erfahrungen mit Heizschlangen wird die Heizwärme großflächig
indirekt über die Behälterwand mit 2 Heizbändern von je 10cm Höhe eingebracht.
Um Defekten durch zu geringe Füllstände vorzubeugen, schaltet das Betriebssystem
das untere Heizband erst ab einem Füllstand von 6l, das obere ab 11l aktiv, d.h.
Wassermengen unter 6l können gar nicht erwärmt werden.
2.6.6. Waage
Das Kippen der Waage geschieht mittels eines gedämpften, pneumatischen Drehantriebs,
der ca. 5s für eine Drehung benötigt.
In der Modellanlage wird neuerdings eine Präzisionswaage mit digitaler Datenübertragung
eingesetzt, in den Simulatoren bleiben die analogen Geber. Das entsprechende
Betriebssystem konvertiert die Messwerte aber immer in die gleiche Variable.
2.6.7. Abluft
Ab ca. 40°C entsteht Dampf in der Maische- und Würzepfanne. Damit der nicht an
den darüberliegenden Metallteilen von Waage, Mühle, Rührmotor und Hopfenspender
kondensiert muss der Abluftventilator (->Tab 4.1) aktiviert werden solange sich warme
Flüssigkeit im Gefäß befindet.
3. Die Siemens S7 – 200 Programmierung
3.1. Elemente des Kontaktplans
Das Kontaktplanfenster der „STEP 7-Micro/WIN“ Programmierumgebung stellt eine
Bibliothek von Symbolen zur Verfügung, die dem S7-Standard entspricht [Sie98].
Nachfolgend werden die notwendigen Symbole dargestellt und erklärt.
Jedes Netzwerk beginnt auf der linken Seite mit mindestens einer Eingangsbedingung
(Kontakt oder Vergleichoperation) und endet rechts mit mindestens einem
Ausgangsbefehl (Spule, Zeitgeber, Zähler, Übertragungsfunktion, Rechen- oder Programmsteueroperation).

Produktionstechnik IV: SPS-Programmierung am Beispiel des Brauprozesses 15
Linien
waagrechte Linie zur Verbindung von Funktionsblöcken (auch F8)
senkrechte Linie, um Verzweigungen aufzubauen (auch F7)
Kontakte
n
Schließerkontakt: Signal wird von links nach rechts durchgeschaltet, falls n
aktiv ist
n
Öffnerkontakt: Signal wird von links nach rechts durchgeschaltet, falls n
nicht aktiv ist
NOT
Negation: Signal wird von links nach rechts durchgeschaltet, falls n nicht
aktiv ist
n
P
n
N
Kontakt Steigende Flanke: Wird eine steigende Flanke am Eingang erkannt
(z.B. Schließen eines Schalters) wird ein Impuls ausgegeben.
Kontakt Fallende Flanke: Wird eine fallende Flanke am Eingang erkannt
(z.B. Öffnen eines Schalters) wird ein Impuls ausgegeben.
=
Vergleichsoperationen
VBn
==B
m
VBn
>=B
Schaltet, wenn die Variable VBn gleich dem Byte m ist
Schaltet, wenn die Variable VBn größer oder gleich dem Byte m ist
m
VBn

Produktionstechnik IV: SPS-Programmierung am Beispiel des Brauprozesses 16
VWn
==I
m
VWn
>=I
m
VWn

Produktionstechnik IV: SPS-Programmierung am Beispiel des Brauprozesses 17
0I
Übertragungsfunktion
EN MOV-B
IN OUT
MOV_B
MOV_W
Weist den Wert oder die Variable am Eingang „IN“ dem Ausgang „OUT“ zu,
wenn an „EN“ ein Signal anliegt. „IN“ und „OUT“ sind Bytes.
Funktion entspricht MOV_B, das durchgeschaltete Signal ist ein Wort.
Programmsteuerungsoperationen
END
Programmende, muss am Ende des Hauptprogramms stehen.
n
CALL
Ruft das Unterprogramm mit der Nummer n auf. Die Unterprogramme folgen
nach dem Hauptprogramm.
n
SBR
Start des Unterprogramms mit der Nummer n.
RET
Beendet ein Unterprogramm und springt an die Stelle des Unterprogrammaufrufs
zurück.
Tab. 3.1: Wichtige Elemente des Kontaktplans
3.2. Speicherarten
Alle Signale, die im Kontaktplan der SPS verwendet werden, haben eine ihrer Funktion
entsprechende Syntax. Konstanten können direkt als Zahl verwendet werden,
alle anderen Signalbezeichnung beginnen mit einem Buchstabenkürzel gefolgt von
einer Nummer, die innerhalb des vorgesehenen Wertebereichs liegen muss. Nachfolgende
Tabelle gibt einen Überblick.
Kürzel Funktion Wertebereich Typ
E Binärer Eingang E0.0 – E7.7 Binär (1bit)
A Binärer Ausgang A0.0 – A7.7 Binär (1bit)
AEW Analoger Eingang AEW0 – AEW30 Wort (16bit)
AAW Analoger Ausgang AAW0 – AAW30 Wort (16bit)
M Binärer Merker M0.0 – M31.7 Binär (1bit)
VB Variable VB0 – VB4095 Byte (8bit)

Produktionstechnik IV: SPS-Programmierung am Beispiel des Brauprozesses 18
Kürzel Funktion Wertebereich Typ
VW Variable VW0 – VW4094 Wort (16bit)
T
Timer
mit Zeittakt 1ms
mit Zeittakt 10ms
mit Zeittakt 100ms
T32
T33 – T36
T37 – T63
Wort (16bit, max.
Wert 32 767)
Z Zähler Z0 – Z127 Binär (1bit)
SM
Sondermerker für spezielle Signale (nur
zum Auslesen)
Aktiv nur im 1. Takt nach Systemstart
Takt von 1s (0.5s ein, 0.5s aus)
Konstanter Wert, z.B. „32“, „1000“
Tab 3.2: Übersicht Signaltypen
SM0.1
SM0.5
Binär (1bit)
Byte oder Wort
4. Steuerungselemente der Brauerei-Anlage
4.1. Binäre Ein- und Ausgänge
Bezeichnung Funktion 0 1
A0.0 Heizung der MWP (Nicht verwenden! Wird
über Regler gesteuert, siehe Bytevariable
VB300/“Step)
Aus
Ein
A0.1 Regelventil Abläutern V1 (Nicht verwenden!
Wird über Regler gesteuert, sieheBytevariable
VB300/“Step)
Geschlossen Offen
A0.2/“FÜmwp“ Ventil V2 (Zulauf MWP) Geschlossen Offen
A0.3/“Ablauf“ Ventil V3 (Ablauf) Geschlossen Offen
A0.4/“Lewp“ Ventil V4 (Auslauf Whirlpool) Geschlossen Offen
A0.5“Lemwp“ Ventil V5 (Auslauf MWP) Geschlossen Offen
A0.6/“Levg“ Ventil V6 (Auslauf Vorlaufgefäß) Geschlossen Offen
A0.7/“Lelb“ Ventil V7 (Auslauf Läuterbottich) Geschlossen Offen
A1.0/“Fülb“ Ventil V8 (Zulauf Läuterbottich) Geschlossen Offen
A1.1/“schnellR“ Schnell Rühren Langsam Schnell
A2.0/“Bylb“ Ventil V9 (Bypass Auslauf Läuterbottich) Geschlossen Offen
A2.1/“SPkü“ Ventil V10 (Verbindung Kühler – Pumpe) Geschlossen Offen
A2.2/“Füwp“ Ventil V11 (Zulauf Whirlpool) Geschlossen Offen

Produktionstechnik IV: SPS-Programmierung am Beispiel des Brauprozesses 19
Bezeichnung Funktion 0 1
A2.3/“Wasser“ Ventil V12 (Brauwasserzulauf) Geschlossen Offen
A2.4/“Kühlen“ Ventil V13 (Kühlwasserzulauf) Geschlossen Offen
A2.5/“Mühle“ Mühle für Malz/“Mühle“ aus Ein
A2.6/“Rühren“ Rührmotor der MWP Aus Ein
A2.7/“Hopfen“
Hopfenspender (pro Portion muss ein Impuls
mit Länge 0.5s und mit nachfolgender
Pause von 1.0s gegeben werden)
Warten
Start
A3.0/“Lewaage“ Waage kippen Waagrecht Gekippt
A3.1/“Pumpe“ Maischepumpe Aus Ein
A3.2/“rückwR“ Rückwärts Rühren Aus Ein
A3.3/“obenHeizen“ Oberes Heizband einschalten Aus Ein
A3.4/“BedRuf“ Bediener-Ruf, Dauersignal Aus Ein
A3.5/“Alarm“ Alarmsignal, blinkend Aus Ein
A3.6/“Abluft“ Abluftventilator Aus Ein
A3.7/“sauerSP“ Merker und Anzeiger für sauren Spülgang Aus Ein
M0.0/“Regein“
M0.1/“Ablein“
Tab 4.1: Binäre Ausgänge
4.2. Analoge Eingänge
Merker zum Aktivieren der Temperaturregelung
(Sollwert in VW124)
Merker zum Aktivieren der Druchflussregelung
Abläutern (Sollwert fest 0,3l/min)
Regelung
aus
Regelung
aus
Regelung
ein
Regelung
ein
Die Umsetzung von analogen Sensorsignalen (Ströme, Spannungen, Widerstände,
etc.) in brauchbare Messwerte (Temperaturen, Füllstände, etc.) setzt eine Menge
Hardware-, Messtechnik- und Signalverarbeitungskenntisse, die den Rahmen des
Steuerungstechniklabores sprengen würden. Daher wird ein Rahmenprogramm (Betriebssystem)
vorgegeben, das die benötigten Messwerte in geeignetem Format als
Variablen zur Verfügung stellt:
Bezeichnung Funktion Normierung an. Eingang
VW112/“Fmwp“ Füllstand MWP In ml (AE0)
VW114/“Flb“ Füllstand Läuterbottich In ml (AE2)
VW116/“Fvg“ Füllstand Vorlaufgefäß In ml (AE4)
VW172/“dFmwp“ Füllstandsänderung MWP In ml (AE0)
VW174/“dFlb“ Füllstandsänderung Läuterbottich In ml (AE2)
VW166/“dFvg“ Füllstandsänderung Vorlaufgefäß In ml (AE4)

Produktionstechnik IV: SPS-Programmierung am Beispiel des Brauprozesses 20
VW118/“Tmwp“ Temperatur MWP In 1/10°C (AE8)
VW120/“Tkue“ Temperatur Kühler In 1/10°C (AE10)
VW122/“Waage“ Waageninhalt In g (AE12)
Tab 4.2: Variablen zur Abfrage analoger Eingangswerte
4.3. Regler
Die Temperturregelung der Maische- und Würzepfanne und die Durchflussregelung
beim Abläutern greifen tief in das Betriebssystem ein und sind daher vorgegeben.
Bei zu niedrigem Füllstandswert der Maische- und Würzepfanne wird die Heizung
sicherheitshalber blockiert.
Bezeichnung Funktion Normierung
VW124/“STmwp“ Solltemperaturvorgabe für MWP in 1/10°C
M0.0/“Regein“ Start der Temperaturregelung 0=aus/1=ein
M0.1/“Ablein“ Start der Durchflussregelung (Sollwert fest) In 1/10s
Tab 4.3: Schnittstellen der Regler
4.4. Unterprogramme
Folgende Unterprogramme für mehrfach benutzte Funktionen können benutzt werden.
Alle Unterprogramme enden mit dem Inkrement der Bytevariablen
VB300/“Step“ (s.u. 4.5):
Bezeichnung Funktion Normierung
VW304/“Ende“
SBR 3
Einstellung der Zieltemperatur für die
Lineare Temperaturerhöhung um 1°C pro Minute
VW302/“Time“ Einstellung der Zeit für
SBR 4
Warteprogramm
SBR 5
Abläutern bis Mindestfüllstand Flb=1000ml
Tab 4.3: Schnittstellen der Unterprogramme
In 1/10°C
In 1/10s
4.5. Programmablaufsteuerung
Der Einbau des Sudprogrammes beginnt bei Netzwerk 10.
Zur übersichtlichen Gestaltung, Steuerung und Kontrolle des sequentiellen Ablaufes
dient die Bytevariable VB300/“Step“, die den aktuellen Programmschritt speichert.
Jeder logische Teilschritt beginnt daher mit dem Vergleich auf die jeweilige Programmschrittnummer
und endet mit einem Inkrement von VB300/“Step“
Bei Benutzung der obigen Unterprogramme (Tab 4.3) erfolgt die Weiterschaltung
durch das Unterprogramm.

Produktionstechnik IV: SPS-Programmierung am Beispiel des Brauprozesses 21
5. Durchführung des Laborversuches
5.1. Versuchsaufbau
Jeder Arbeitsgruppe steht einen PC mit der Entwicklungsumgebung und ein interaktives
Prozessschaubild mit einer kompletten S7-200-SPS zur Verfügung. Die Aktoren
der Brauerei werden durch Leuchtdioden an entsprechender Stelle im Schaubild
dargestellt, die von der SPS direkt geschaltet werden. Die analogen Sensoren werden
durch Potentiometer dargestellt, die das elektrische Verhalten der Sensoren genau
simulieren, d.h. die für die SPS besteht kein Unterschied zwischen dem Prozessschaubild
und der realen Anlage.
Zum Test eines Programm(teil)es muss dieses zuerst über die serielle Schnittstelle
in die SPS heruntergeladen und diese dann gestartet werden. Während des Programmlaufes
können Variablenwerte, Ein- und Ausgangszustände, etc. in Tabellen
oder dem animierten Kontaktplan zeitnah mitverfolgt und Eingriffe vorgenommen
werden.
5.2. Vorbereitung des Labors
Machen Sie sich vor dem Labortermin mit den zu automatisierenden Prozess und
mit den Elementen der SPS-Programmierung anhand dieses Umdrucks vertraut!
Der gesamte Brauprozess wird in 4 Teilabschnitte gegliedert. Jede Gruppe programmiert
einen solchen Teilabschnitt und nimmt diesen am Prozessschaubild in
Betrieb. Danach können die 4 Programmteile zusammengefügt werden, um den gesamten
Brauprozess an der realen Anlage zu automatisieren. Die Aufteilung ist
nachfolgender Tabelle zu entnehmen:
Gruppe
zu implementierende Schritte nach
Gruppe 1
von 0.1.1 bis 1.3.1 einschließlich
Gruppe 2
von 1.4.1 bis 2.1.2 einschließlich
Gruppe 3
von 2.2.1 bis 2.4.1 einschließlich
Gruppe 4
von 3.1.1 bis 5.1.2 einschließlich
Tab 5.1: Gruppeneinteilung
Gliedern Sie ihren Abschnitt des Brauprozesses in einzelne Teilschritte mit Eingangsbedingung,
Einzelaktionen und Weiterschaltbedingungen auf und stellen Sie
diese in geeigneter Form dar. Klären Sie die Schnittstellen mit den benachbarten
Gruppen ab. Beginnen Sie Ihr Teilprogramm mit der Aktivierung aller für den Prozesszustand
nötigen Ausgänge und Merker, danach genügt das Hinzuschalten zusätlich
bzw. Abschalten nicht mehr benötigter Signale.

Produktionstechnik IV: SPS-Programmierung am Beispiel des Brauprozesses 22
5.3. Einführende Aufgaben zur SPS-Programmierung
Durch einführende Aufgaben werden Sie mit der Programmierung der S7-200 und
die Entwicklungsumgebung vertraut gemacht. Öffnen Sie ein neues Projekt, realisieren
und testen Sie folgende Teilaufgaben:
1. Bytevariable VB300 bei Programmstart auf 1 setzen (siehe Tab 3.2)
2. Hochzählen der Variablen VB300 mit der Taste „1“ (Schließer E0.0)
3. Rücksetzen der Variablen VB300 mit der Taste „0“ (Öffner E0.1)
4. Aktivierung der Ausgänge A0.0 bis A0.7 nacheinander mit dem Hochzählen der
Variablen VB300 von 1 bis 8
5. Handbetrieb der Malzzugabe:
5.1 Bei VB300=10 Mühle einschalten
5.2 Bei VB300=11 Mühle aus und Waage 5s lang kippen
5.3 danach Waage zurückkippen und nach weiteren 5s zurück zu 5.1/VB300=10)
5.4. Implementierung eines Teils des Brauprozesses
Laden Sie das Projekt „spslabor“ und speichern Sie es unter neuem Namen (entsprechend
der Gruppennumer).
Implementieren Sie einen Abschnitt des Brauprozesses (entsprechend Tab. 5.1) im
Kontaktplan ab Netzwerk 10 und verifizieren Sie das Programm am Prozessschaubild.
Stellen Sie dabei zuerst den Prozesszustand her, der sich normalerweise im
vorhergehenden Prozessschritt ergibt.

Produktionstechnik IV: SPS-Programmierung am Beispiel des Brauprozesses 23
6. Literatur
[Kas97] St. Kast: Die Bierbrauerei - Eine Anleitung zu Technologie, Anlage und
Software Stephan Kast, Studienarbeit an der Universität Ulm, 1997.
[Hor99] F. Horn: Entwicklung eines Steuerungskonzeptes zur Prozessführung in
einer Modell-Brauerei-Anlage, Studienarbeit im FG Mess-, Steuerungs- und
Regelungstechnik an der Universität Bremen, 1999.
[Nar92] L. Narziss: Die Bierbrauerei, Band 2: Die Technologie der Würzebereitung.
F. Henke Verlag, Stuttgart, 7. Auflage, 1992.
[Saw95] O. Sawodny: Automatisierung des Bierbrauprozesses mit einem Prozessleitsystem.
Universität Ulm, 1995
[Sie98] Siemens AG: Automatisierungssystem S7-200 Systemhandbuch, 1998.

Fachbereich 4
Produktionstechnik
Fachgebiet 08:
Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik
Protokoll des Laborversuchs
SPS-Programmierung am Beispiel des Brauprozesses
Produktionstechnik IV – Steuerungstechnik
SS 2004
Name, Vorname
Matrikelnummer
Gruppe
Bewertung
Bemerkung