Brauprozessautomatisierung - Hobbybrauer Wiki

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====== Brauprozessautomatisierung ======

=====Einleitung=====

Brauprozessautomatisierung behandelt die computergestützte Steuerung des Brauprozesses. Als [[#Steuerung|Steuerungssystem]] kann sowohl ein normaler PC mit entsprechender [[#Software|Software]] oder eine spezieller Automat dienen. Das Steuerungssystem greift auf [[#Sensoren|Sensoren]] (z.B. [[#Temperatursensoren|Temperaturfühler]]) zurück, um den aktuellen Zustand des Brauprozesses zu ermitteln, und steuert entsprechend den Brauprozess über [[#Aktoren| Aktoren]] (z.B. Relais für das Ein/Aus-Schalten einer Heizplatte). Zur Kommunikation mit den Sensoren und Aktoren benötigt die Steuerung ein Kommunikationsprotokoll, mittels dessen die Sensoren ausgelesen und die Aktoren angesteuert werden können.

Im Folgenden finden sich sowohl Informationen zu einzelnen Hardware- und Software-Komponenten für die Brauprozessautomatisierung als auch Beschreibungen für das Aufsetzen von Komplettlösungen anhand von Beispielen. 
 
=====Hardware=====

Die für die Brauprozessautomatisierung benötigte Hardware unterteilt sich im wesentlichen in Sensoren, Aktoren und Steuerung. Es gibt unterschiedliche Kommunikationsprotokolle zur Ansteuerung der Sensoren und Aktoren seitens der Steuerung. Da die Protokolle stark an die verwendete Hardware gebunden sind, werden diese ebenfalls in diesem Abschnitt behandelt. 

====Sensoren====
===Temperatursensoren===
  * Dallas DS1820 (1-Wire):
    *[[http://lena.franken.de/hardware/temperaturmessung.html|Temperaturmessung mit Linux mit Lena-Franken-Schaltung]]
    *[[http://www.digitemp.com/|Digital Temperature Sensors for Linux]]
    *Die Digitemp-Software ist Anfang 2007 in neuer Version 3.5.0, auch für Windows, erschienen.
    *[[http://owfs.org/|One Wire File System]] - Open Source Software zum ansprechen von [[https://de.wikipedia.org/wiki/1-Wire|1-Wire]] Komponenten in Form eines Dateisystems. Der Zugriff funktioniert auch über das Netzwerk, sodass ein kleiner Server die Sensoren und Aktoren verwaltet und über das Netzwerk an Client-Rechner bereitstellt. Dies erlaubt auch eine entfernte Brauüberwachung. OWFS ist u.a. für Linux, Windows und Mac OS X verfügbar.  
  * PT100 \\ In Industriesteuerungen weit verbreitetes Kaltleiter-Widerstandsthermometer mit einem Nennwiderstand von 100 &Omega; bei 0 °C. \\ Analog auch als Pt500 und Pt1000 mit 500 Ohm bzw. 1 KOhm Nennwiderstand verfügbar. \\  Zwischen 0 und 100 °C ist die Widerstandskennlinie linear mit 0,385 Ohm/°C (Pt100). \\ Konfektioniert als Temperaturfühler mit Zwei-, Drei- oder Vierleiteranschluß erhältlich.
    *Ausführlicher Artikel zu Pt100 bei [[http://de.wikipedia.org/wiki/Pt100|Wikipedia]]
  * [[http://w1.siemens.ch/web/bt_ch/SiteCollectionDocuments/bt_internet_ch/support/E_4_Fuehlertabelle_20Ni1000_1000000041142.pdf|NI1000]]

====Aktoren====
  * Relaisplatinen
    * [[http://www.franksteinberg.de/erel.htm|Einfach-Relaisplatine zum Selbstbau]]
    * [[http://www.pollin.de/shop/dt/NzcyOTgyOTk-/Bausaetze_Module/Bausaetze/Bausatz_PC_Relaiskarte_K8IO.html|Preiswerte Relaiskarte für den Parallelport von Pollin (Bausatz) ]]
    * [[http://www.pollin.de/shop/dt/NTU5OTgxOTk-/Bausaetze_Module/Bausaetze/Bausatz_Relaiskarte_K1.html|Einfachrelaiskarte von Pollin (Bausatz)]]

====Steuerung====
  * Industriesteuerungen (SPS)
    * [[http://www.automation.siemens.com/logo|Siemens Logo]]
    * [[http://www.moeller.net/de/industry/switchgear/switch_control/easy|Moeller Easy]]
  * Einchip-Mikroprozessor-Systeme
    * [[https://de.wikipedia.org/wiki/Arduino_%28Plattform%29|Arduino Plattform]]
    * [[http://www.atmel.com/products/avr|Atmel AVR]]
    * Preiswertes Atmel Evaluation Board bei [[http://www.pollin.de/shop/dt/MTY5OTgxOTk-/Bausaetze/Diverse/ATMEL_Evaluations_Board_Version_2_0_1_Bausatz.html|Pollin]]
  * Das USB-Messlabor von Meilhaus
    * [[http://www.meilhaus.de/usbmobil/index.htm|ME-Redlab 1008]]

====Kommunikationsprotokolle====
Die Kommunikationsprotokolle lesen die Meßwerte von den Sensoren oder senden Kommandos an die Aktoren. Da jeder Sensor/Aktor nur ein bestimmtes Protokoll versteht, müssen oftmals unterschiedliche Protokolle gleichzeitig verwendet werden. Installiert werden die Protokolle zumeist über so genannte Treiber, die ihrerseits über eine [[http://de.wikipedia.org/wiki/Serielle_Schnittstelle||Serielle Schnittstelle]] (RS-232, USB, etc.) mit den Sensoren/Aktoren kommunizieren.  

=== 1-Wire ===
  * [[http://de.wikipedia.org/wiki/1-Wire|1-Wire auf wikipedia.de]]

=====Software=====

==== BierBot Bricks ====
  * [[https://bricks.bierbot.com/]] Steuerungssoftware von menecken zur Steuerung des Sudwerks bzw. der Gärung Fermentation.
    * Kernidee: Einfach Integration mehrerer WiFi-Relais um deren Fähigkeiten (Relais + Temperatursensor) frei auf Geräte zuordnen zu können.
      - Zugriff von überall auf eure Brauerei.
      - Flexible Sudwerkkonfigurierung.
      - Importmöglichkeit von Rezepten im BeerXML Format.
      - Autotuning des PID controllers.
      - Detaillierte Brauberichte: Aufzeichnung von Temperaturverläufen + Lognachrichten.
      - Rezeptverwaltung: Inkl. Zutaten und Rasten.

==== FreeMash ====
  * [[http://freemash.sourceforge.net|FreeMash]] - ughi's open-source Brausoftware. Noch nicht fertig, bisher im Beta-Stadium. - Webseite outdated... Bei Interesse PM an ughi!
==== Mash It ====
  * [[Mash It]] - Dunkelbrauers Brausoftware mit diversen Hardware-Treibern

==== Web 2.0 Mash ====
  * [[http://www.fangobräu.de/web20mash.shtml|Web 2.0 Mash]] Die Bierbrausteuerungssoftware von Fangobräu.de zur Steuerung des Maischeprozesses über Webbrowser

==== CraftBeerPI ====
  * [[http://http://craftbeerpi.com/]] Steuerungssoftware von Manuel83 auf Basis des RaspberryPI zur Steuerung des gesamten Brauprozesses (v.a. Heizung und Rührwerk) über Webbrowser oder im Kioskmodus
    * Features:
      - Flexible Sudwerkkonfigurierung
      - Importmöglichkeit von Rezepten des "Kleinen Brauhelfer"
      - verschiedene Regleroptionen (PID, Overshoot)
      - Aufzeichnung von Temperaturverläufen

==== Arduino All in One (AiO) ====
  * Brausteuerung von Franz (fg100) und weiterentwickelt von Lothar (Bitter) und Sebastian (Borsti84). Mittlerweile existieren Versionen für NANO, UNO und MEGA. Alle Versionen beherrschen die manuelle und vollautomatische Maischesteuerung, Nachgussbereitung und Sudkochen incl. Hopfengaben. Die Version für den MEGA importiert Rezepte aus dem "Kleinen Brauhelfer" und das JSON-Format aus MMuM über WLAN (UDP-Protokoll) oder Bluetooth. Die Version für die AiO-Mega beherrscht auch die automatische Gärführung über fünf Gärrasten. Alle Versionen können den Temperaturverlauf visualisieren (verschiedene Loggingoptionen). Auf der Basis des Arduino-NANO/UNO gibt es eine Funk- und eine Relaisversion, während der Arduino-MEGA beides beinhalten kann.

==== Brauerei ====
  * [[http://www.schopfschoppe.de/Brauerei.html]] Steuerungssoftware von emilio für Windows zur Steuerung des gesamten Brauprozesses (v.a. Heizung und Rührwerk) 
    * Die Maische- so wie die Gärführung kann mit dem Programm automatisiert werden. Der Temperaturverlauf wird visualisiert. Rezepte können direkt aus dem kleinen Brauhelfer importiert werden.
    * Es kann eine ganze Reihe unterschiedlicher Hardware verwendet werden. Für jeden was dabei, Plug and Play oder Elektrobastler. 
    * Für die Temperaturmessung diverse USB- und COM-Port-Anbindungen des DS18B20 Sensors, ebenfalls ist die Messung über eine WEMOS oder Arduino per USB, LAN oder WLAN möglich.
    * Geschaltet kann über LPT-Port- und USB-Port-Relaiskarten oder WIFI-Steckdosen werden. Auch hier kann ein WEMOS oder Arduino per USB, LAN oder WLAN angebunden verwendet werden.
    * Import der Rezepte aus dem kleinen Brauhelfer
    
==== BrausteuerungV3 ====
   * Brausteuerung von [[http://mikroSikaru.de]]
   * OpenSource: Komplette Software, PlatinenLayout und Zusammenbauanleitung [[https://zwieselbrau.wordpress.com/2017/06/15/mikrosikaru-brausteuerung-v3-open-source/]]
   * alternativ kommerziell fertig erhältlich [[http://Brausteuerung.com]]
   * Eigenschaften:
      * Batteriebetrieben: keine direkten elektrischen Verbindungen und Kabelgewirr notwendig
      * Rezept und Einstellungen über Bluetooth mit App für Android ab 4.2 [[https://play.google.com/store/apps/details?id=de.mikrosikaru.brausteuerungapp]]
      * Ansteuerung der Heizung mit 3,6KW Funksteckdose
      * mehrere Rezept können verwaltet werden
      * bis zu 16 Rasten (Maischen/ Hopfengaben wahlweise)
      * unterstützt Import von KleinerBrauhelfer (Exportdatei Version 9) und BeerXML
      * loggen aller Braudaten und spätere Anaylse in Tabellenkalkulation
      * Brauruf sowohl über Mobilgerät als auch Steuergerät
      * präzise Regelung (Gradientenrückkoppelung oder PID)
      * Sicherheit: Überhitzungsschutz
      * startet ab letztem Brauschritt nach Stromverlust
      * Steuerung arbeitet autark von der Mobilanwendung
      * auch als Kühlsteuerung einsetzbar
      * Webserver in der Android Applikation ermöglicht Kontrolle über beliebigen Webbrowser
      * offenes Protokoll für eigene Anwendungen möglich. Kann auch auf einem PC benutzt werden.

=====Komplettlösungen anhand von Beispielen=====

  * [[Brauen mit Mac, Mash It und 1-Wire]] -> Lösung zum Brauen mittels der Software [[#Mash It|Mash It]] in kombination mit [[#1-Wire|1-Wire]] Sensoren und Aktoren auf einem Mac (Mac OS X 10.6). 
  * [[Brauen mit Linux, Mash It und 1-Wire]] -> Lösung zum Brauen mittels der Software [[#Mash It|Mash It]] in Kombination mit [[#1&#8315;Wire|1-Wire]] Sensoren und Aktoren auf einem Linux-PC (Ubuntu 9.10).
  * [[Brauen mit Windows, Samba und Bier und 1-Wire]] -> Lösung zum Brauen mittels der Software [[http://www.bierseidla.de/cms/content/category/4/55/88|Samba und Bier]] in Kombination mit dem [[http://www.pcsensor.com/index.php?_a=viewProd&productId=13|1 wire miniLAN thermometer]] und einer [[http://www.beispiel.de|LPT-]] [http://www.beispiel.de Relaiskarte] auf einem Windows-PC.
  * [[Brauen mit Linux, web20mash und 1-Wire]] -> Lösung mit Fangobräus web20mash Software und 1-wire Sensoren und Aktoren.
  * [[Brauen mit CraftBeerPI]] -> Lösung zum Brauen mittels der Software [[#CraftBeerPI|CraftBeerPI]] mit verschiedenen Konfigurierungsmöglichkeiten wie [[#1-Wire|1-Wire]] Sensoren (GPIO), [[#USB-Gembirdleiste|USB-Gembirdleiste]], [[#PiFace|PiFace]] auf Windows, Android oder iOS (Benutzeroberfläche Webbrowser).
  * [[Brauen mit Arduino All in One (AiO)]] -> Lösungen zum Brauen mit den Arduino-Brausteuerungen. Die Gemeinsamkeiten der Versionen NANO, UNO und MEGA werden aufgezeigt. WLAN (UDP)/ Bluetooth- Anbindung der Version MEGA an einen Windows-PC (KBH2AiO). Anbindung von 433-MHz-Funksteckdosen an die Versionen für den UNO und den MEGA.
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