Ардуино в пивоварении

Проектирование пивоварни с возможностью будущего апгрейда до системы HERMS.

Большинство домашних пивоварен в США построены по системе HERMS (Heat Exchanged Recirculating Mash System — ТеплоОбменно-Рециркуляционно Затирочная Система — ТОРЗС или ТОРЗ, для тех, кому лень переключать раскладку). Ценник у них высокий, как и на все хорошие вещи в США (да и вообще, как на всё в США, кто был, тот знает). С первого взгляда на систему, становится понятно, что стоимость можно снизить, в несколько раз точно, без потери качества конечного продукта и внешнего лоска. В русскоязычном интернете не нашел подробного описания компонентов, данную тему создал, в попытке это сделать. Также попытаюсь разобрать возможность постройки системы с нуля, таким образом, чтобы можно было использовать уже купленные, на начальном этапе, компоненты для варки пива, и возможностью улучшиться до HERMS в перспективе.
План такой:
1. Краткое описание системы и её компонентов в том виде, в котором оно существует в США, со стоимостью элементов. Буду писать только про крупные узлы, мелочь типа кранов и прокладок пока учитывать не буду.
2. Как выглядит варка пива на полном комплекте.
3. Выбор начального набора компонентов
4. Порядок покупки компонентов, в случае, если возникнет желание построить полноценную систему.
5. Вопросы, много вопросов, поиск советов, в общем скандалы-интриги-расследования.
Описание системы(в скобках цена):
Состоит из трех емкостей, в рассмотренном примере — это котлы Blichmann на 76 литров/20 галлонов каждый(420$*3=1260$):

Слева — направо: варочный бак(Boil Kettle), заторно-фильтровальный бак(Mash/Lauter Tun), нагревательный бак(Hot Liquor Tank).
Нагревательные элементы установлены в двух из них — в варочном баке и в нагревательном баке. Используются нагреватели Camco #02963 5500W 240VAC(30$*2=60$)

Два насоса из нержавейки March Pump 815(170$*2=340$)
Противоточный чиллер(Counterflow Chiller) — конкретную модель выяснить не удалось(~180$)
Дополнительно к бакам понадобятся:
Фальшдно Blichmann — 1шт. (120$)

Фильтр для хмеля Blichmann — 1шт. (70$)

Теплообменник из нержавейки — 1шт. (160$)

Система управления — настенный блок выключателей, термостатов и индикации (полный комплект для самостоятельной сборки с пошаговой инструкцией 1495$):

Полную стоимость подсчитать возможно, но лень, очень много мелочи, скажу одно — видел на форуме в разделе «Куплю/продам» объявление о продаже точно такого же комплекта, в полностью собранном состоянии, после 5-10 варок, по цене в 5000$ с торгом — продался практически сразу.
Варка пива.
Данная система сводит к минимуму «физическую деятельность» пивовара. Всё управление сводится к задаче температур на панели управления, включению-выключению насосов, коммутации нужных шлангов на баках и открытию-закрытию кранов.
Поэтапно:
0. Исходя из объема сусла, которое необходимо получить на выходе, по формулам рассчитывается необходимый объем воды, которую нужно нагреть.
1. Наливается вода в нагревательный бак.

2. Закольцовывается вход и выход нагревательного бака, включается «водяной» насос, выставляется «целевая температура» на термостате — вода нагревается до «целевой температуры» — раздается звуковой сигнал.

3. Отключается нагрев, отключается «водяной» насос, закрываются краны, выход нагревательного бака подключается ко входу «водяного» насоса, выход водяного насоса подключается ко входу заторно-фильтровального бака, открываются краны, вода «целевой температуры» перекачивается в заторно-фильтровальный бак, выключается «водяной» насос.

4. За время перекачки воды, она немного охладится, нужно вернуть ей прежнюю температуру. Выход заторно-фильтровального бака подключается ко входу «сусло» насоса, выход «сусло» насоса подключается ко входу теплообменника, установленного в нагревательном баке, выход теплообменника подключается ко входу заторно-фильтровального бака, открываются краны, включается «сусло» насос.

5. Как только достигается «целевая температура», засыпается солод, размешивается, начинается процесс затирания. Выставляется таймер с сигнализацией.
6. По сигналу таймера, повышается температура до температуры окончания затирания, так называемый мэш-аут, 5-10 минут сусло циркулирует при данной температуре.
7. Выход нагревательного бака подключается ко входу «водяного» насоса, выход «водяного» насоса подключается ко входу теплообменника, выход теплообменника подключается ко входу заторно-фильтровального бака, выход заторно-фильтровального бака подключается ко входу «сусло» насоса, выход «сусло» насоса подключается ко входу варочного бака. Делается это, чтобы перелить сусло в варочный бак, промыть дробину, промыть внутреннюю часть теплообменника от сусла, довести объем сусла в варочном баке до необходимого значения, которое было рассчитано в начале варки.

8. Устанавливается таймер, начинается варка сусла и закладка хмеля. В это время можно заняться очисткой заторно-фильтровального бака.

9. По окончанию варки выход варочного бака подключается ко входу «сусло» насоса, выход «сусло» насоса подключается ко входу проточного чиллера, выход проточного чиллера подключается ко входу емкости для ферментирования, сусло охлаждается и переливается в ферментер — результат достигнут, Вы великолепны!

Итак, в чем же идея? Идея в том, чтобы на начальном этапе купить минимальный набор компонентов, позволяющих варить пиво, но при желании иметь возможность достроить полную систему.
Вижу три этапа:
Первый этап:
Необходимо, определиться с внешним видом системы. Бюджетных вариантов вижу два:
1. Кеги 50л (4000-6000руб. в зависимости от новизны и состояния)
2. Котлы Luxstahl (в зависимости от объема, в данный момент котел на 50 л. стоит 5500 руб.)
С кегами необходимы дополнительные манипуляции — вырезать, аккуратно, круглое отверстие для доступа внутрь, подобрать крышку, заполировать. Также нужно учесть эстетику, желательно, чтобы все кеги в будущем выглядели одинаково, для этого,скорее всего, придется покупать три одинаковых кега сразу. Плюсы кега — бОльшая толщина металла, плюсы котлов от Luxstahl — возможность в любой момент купить еще один котел, внешний вид будет таким же, как у первого.
Далее, необходимо фальшдно — 3000-4000 руб. будет стоить изготовление, придется прибегнуть к услугам лазерной резки.
Чиллер — используется 15 метровый противоточный чиллер, две медных трубки, разного диаметра, вставленных друг в друга, и разъемы для подсоединения — цены не знаю, если подскажете, буду благодарен. Думается, что за цену в пределах 5000-6000 руб. можно изготовить сей девайс.
Также нужно будет врезать в котел кран, установить указатель уровня (по желанию), врезать штуцер под термометр — 1000-1500 руб.
Дополнительно понадобится пластиковый ферментер, в него же переливается сусло при фильтрации — 500 руб.
Итого, в самом бюджетном варианте получаем пивоварню под внешний нагрев, позволяющую варить пиво. Пивоварню несложно будет продать, в случае, если пивоварение не придется по душе, немного потеряв в цене. Общий бюджет постройки ~15000 руб.
Второй этап:
Докупаем еще один котел — варочный бак(5500 руб.)
В него понадобится Hop stopper, он же фильтр для хмеля — устройство простое, изготовление будет стоить не более 2000-2500 руб.
Нагревательный элемент — за ориентир цены можно взять ТЭН от Camco — 2000 руб.
Кран, уровень, штуцер термометра — 1000-1500 руб.
На данном этапе, при небольшом объеме баков, можно обойтись без насоса — использовать гравитацию и силушку богатырскую. При использовании внешнего нагрева, можно обойтись и без ТЭНа.
Третий этап:
Докупаем третий котел — нагревательный бак(5500 руб.)
ТЭН — 2000 руб.
В него понадобится теплообменник, беру цену с сайта — 160$ или 10000 руб. (можно найти более бюджетный вариант)
Краны, уровень, штуцер термометра — 2000-3000 руб. (т. к. кранов больше)
Насос, цена с сайта — 10000 руб. (можно найти более бюджетный вариант)
По правильному, нужен еще один насос, но можно обойтись и одним, для этого придется поднять нагревательный бак над уровнем остальных, и, возможно, сделать герметичной крышку заторно-фильтровального бака (чтобы на этапе промывки создалось небольшое разряжение и вода из нагревательного бака попала в варочный бак)
Итого: 15000 руб. + 12000 руб. + 30000 руб = 57000 руб. или 1000$ за систему HERMS с ручным управлением процессами. С приличным внешним видом, которую не стыдно установить на кухне на постоянной основе, если размеры кухни позволяют.
В дальнейшем, можно докупить второй насос, заняться обустройством блока управления, купить клапана, сделать процесс пивоварения максимально автоматизированным и т. д.
Теперь вопросы, которые возникли, во время изучения информации по данным системам:
1. Теплообменник — можно ли заменить на медь?
2. Насос — какой более бюджетный вариант можно использовать.
3. ТЭНы — 5.5кВт это хорошо, конечно, но не везде есть возможность работать на таких мощностях — нужен совет по выбору ТЭНа для варки, думаю, 3-3.5кВт будет достаточно.
4. Если где наврал, неправильно понял суть процесса, неправильно перевел — прошу указать, исправлю.
Ссылки на некоторые товары из данной темы:
Магазин с нержавеющей арматурой — краны, фитинги, фланцы
Скрытый текст

Автоматика для пивоварни до 4 кВт / автоматика своими руками / подробная сборка

Автоматика для пивоварни на arduino
Всем доброго дня, сегодня тема будет просвещенна любителям настоящего ПИВА, а именно я хочу Вам рассказать как можно самому сделать неплохую автоматику для пивоварни, как сделать саму пивоварню, смотрите ссылочку под видео, как просто сделал я.



Вот готовая автоматика которую я сделал на заказ, кому будет интересно как ее сделать самому, читайте статью до конца, я постараюсь наглядно Вам все показать и рассказать, если кто-то захочет заказать готовую, пишите в комментариях.
Подробно как выставлять параметры рецепта, а также как производить варку на данной автоматике, я расскажу и покажу в конце этой статьи.
Необходимые компоненты для сборки
Сейчас поговорим о том какие компоненты для сборки автоматики нам понадобятся:

  • Корпус, я использовал пластиковый «КОРПУС Z3» светло-серый с размером: длина 110 мм, ширина 150 мм, высота 70 мм, заказывал с отверстиями для вентиляции. Ссылки могут видеть только зарегистрированные пользователи. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь для просмотра ссылок!
  • Для оформления передней и задней панели, нам понадобится: скотч, малярный двух сторонний скотч, фото бумага. Бесплатная программа Ссылки могут видеть только зарегистрированные пользователи. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь для просмотра ссылок! ( программа предназначена для рисования лицевых панелей корпусов), Ссылки могут видеть только зарегистрированные пользователи. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь для просмотра ссылок!

    magtop.biz​
  • Разъемы GX12-4 две штуки и GX20-4 также два. Один GX12-4 для подключения температурного датчика, второй для подключения насоса. Разъем GX12-4 один для подключения сети 220в, второй для подключения ТЭНА. Ссылки могут видеть только зарегистрированные пользователи. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь для просмотра ссылок!
  • Выключатель, можно взять любой, но можно по меньше.
  • Два светодиода, для индикации включения насоса и тэна.
  • Вентилятор с решеткой для обдува и охлаждения твердотельного реле, я использовал 50х50х10мм Yoc 50 мм x 50 мм x 10 мм DC 12 В 0.1A 2Pin, и четыре болтика с гайкой на 3мм.
  • Сердцем нашей автоматики является Arduino MEGA 2560 R3 с 3.2 TFT – дисплеем touch, а также шилд, переходная плата между Arduino и дисплеем. Лучше купить сразу нужный комплект в сборе, который заточен под мою прошивку, в ином случае просто запустить автоматику может не получится, это касается самого монитора. КУПИТЬ МОЖНО ТУТ
  • Блок питания, я использовал на 9в 0,5А, более мощный блок питания нет смысла использовать, та и цена будет дороже. КУПИТЬ МОЖНО ТУТ
  • Твердотельное реле с радиатором, SSR 40A 3-32 В DC/90-480, будьте внимательны при покупке, цепь на управление нужно чтобы была от 3-32В, а то есть варианты с более высоким напряжением для цепей управления. КУПИТЬ МОЖНО ТУТ
  • Модуль реле 5в на управление и 250в для силовой коммутации.КУПИТЬ МОЖНО ТУТ РЕЛЕ 5V
  • Часы реального времени, советую использовать DS3231 AT24C32 IIC КУПИТЬ МОЖНО ТУТ
  • Пассивный зуммер модуль.КУПИТЬ МОЖНО ТУТ
  • Датчик ds18b20, лучше использовать с кабелем и колбой из нержавейки.КУПИТЬ МОЖНО ТУТ
  • Также дополнительно понадобится термоклей, двухсторонний скотч 3М, монтажный провод, кабель, вилка, припой. Ну наверное и все что нам будет нужно, ну и конечно немного терпения.

Подготовка корпуса
Начнем с корпуса, необходимо напечатать на принтере лицевую и заднюю этикетку нашего блока автоматики, готовый чертеж можно Ссылки могут видеть только зарегистрированные пользователи. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь для просмотра ссылок!.
Распечатать можно сразу на простой бумаге, для отметки центров окружности бедующих отверстий нашей панели. После того как все отверстия перенесены на панель, придется немного постараться и все аккуратно вырезать, я с этим справился очень быстро используя мини дрель Dremel с насадками.
После того как Мы просверлим и обработаем все отверстия, приступим к печати лицевой и задней панели на фото бумаге. Далее вырезаем нашу панельку, оклеиваем двухсторонним скотчем, на задней части, и оклеиваем лицевую сторону простым скотчем, по желания можно использовать ламинатор, после приклеиваем к панельке корпуса.
Монтируем все разъемы на панель, выключатель, диоды, GX разъемы и вентилятор. Пол дела сделано.
Программирование контроллера
Следующим делом будем программировать наши плату ардуино. Вот здесь можете скачать все что вам понадобится, а именно программа 1.0.6, более ранние версии могут не принять скетч. В том же файле найдете все необходимые библиотеки. Как это делается, кто не знает я сейчас расскажу.
Устанавливаем программу 1.0.6, находим папку Libreris, и меняем ее на ту что скачали с программой.
Далее подключаем ардуину, устанавливаем драйвер для загрузчика, скачать можно ТУТ.
В программе 1.0.6 устанавливаем контроллер мега, и ком порт к которому она подключена, запускаем скачанную прошивку, и заливаем в контроллер.
После загрузки на экране появится кнопка ПУСК, жмем и наслаждаемся, наш контроллер готов к работе, осталось подключить оставшиеся модули, и в перед готовить пиво.
Подключение модулей
Первое с чего я начинал, это сборку передней панели, вставляем плату контроллера в сборе в переднюю панель, возле выключателя приклеиваю блок питания, один провод ‘’-» подпаиваю к ‘’-» ардуино, второй ‘’+» через выключатель к ‘’+» ардуино, сетевые провода блока питания подключаем к сетевому разъему или кабелю. На задней плате ардуино на термоклей приклеиваю часы реального времени, зуммер.
На двухсторонний скотч клею управляющее реле насоса, для изоляции силовой части. Впаиваем подтягивающий резистор на 4,7 кОм от +5в до 12 пина. Припаиваем провода вентилятора к блоку питания, через выключатель. Крепить твердотельное реле к корпусу, так чтобы обеспечить хороший обдув ребер радиатора реле.
Далее все провода подключаю согласно схемы, скачать ТУТ.
И так наша автоматика готова к работе.
Настройка рецепта
(Важно перед включением проверьте, чтобы ТЭН, НАСОС, датчик температуры были подключены – на силовых разъемах имеется высокое напряжение)
Подключаем питание, включаем тумблер.
На экране отобразится надпись «ГОТОВИМ ПИВО» и «ПУСК», прозвучит звуковой сигнал.
Режим затирание
Жмем кнопку «ПУСК», переходим в меню «ЗАТИРАНИЕ», в первой графе выбираем необходимую пауз, выставляем согласно рецепта, температуру и время. Самая нижняя строка, «МЕШАУТ», по умолчанию стоит 78 градусов и время «0», при необходимости меняем значения, если оставить время «0» функция «МЕШАУТ» не задействуется.
Режим кипячение
Жмем «ДАЛЕЕ». Переходим в режим «КИПЯЧЕНИЕ» в первой строке кипячение, задаем нужный параметр согласно рецепта.
В второй строке «ВИРПУЛ» устанавливаем только температуру при охлаждении сусла (25-30 градусов)
Ниже строки внесения хмеля, задаем по рецепту. ГЛАВНОЕ при варке в установленное время внесения хмеля будет звучать сигнал, не пропустите.
Рецепт.
Жмем «ДАЛЕЕ». Откроется таблица Вашего заданного рецепта пива, смотрим если все верно, все паузы согласно рецепта. Жмем «ДАЛЕЕ».
Начало варки.
На экране видим действительную температуру воды, и кнопку «СТАРТ», жмем «СТАРТ», насос начнет прокачку с паузами, для удаления пузырьков воздуха из системы прокачки, после чего включится в работу, если температура воды для внесения солода мала, включится тэн.
После набора температуры, до заданной, для внесения солода, прозвучит звуковой сигнал, отключится насос и тэн. После чего производим засып солода, и жмем «СТАРТ».
Далее автоматика произведет все температурные паузы, согласно установленного рецепта. По завершению режима затирания прозвучит звуковой сигнал, насос и тэн отключится. Удаляем дробину и переходим в режим кипячения.
Кипячение
На автоматике жмем «СТАРТ», пойдет набор температуры (по умолчанию установлено 96 градусов, при этой температуре сусло активно кипит), в случае если Вам нужно снизить активность кипения, делаем это с помощью стрелок PID регулятора вверх или в низ (уменьшаем или увеличиваем мощность тэна). Сигнал о внесении хмеля прозвучит согласно установленного рецепта.
Вирпул
После окончания варки, автоматика перейдет в режим «ВИРПУЛ», охлаждаем сусло, на экране видим реальную температуру сусла.
ПОДРОБНЕЕ В ВИДЕО Wudux, AlexMagnitka70, VladBat и 5 другим нравится это.