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Vom Wasser- bis zum Heiz- und Altöltank : Ausgabe 05/2017, 16.03.2017

Mehrwert durch IoT bei der Füllstandsmessung

Der Füllstand in einfachen, kleinen Behältern wird oft nicht überwacht, weil bisher die Füllstandsmessung unattraktiv, teuer, aufwendig und unzuverlässig war. Mit Ultraschall lassen sich Füllstände in einfachen Anwendungen günstig und zuverlässig überwachen, es gibt aber technische Einschränkungen bei Medien, Temperatur und Druck. Das Messprinzip der geführten Mikrowelle verspricht Abhilfe.

Autor: Michael Krause, Marco Antoni

Bilder: Inno-Tec

Nicht immer stehen Tanks so, dass man eine Füllstandsanzeige einfach oder mit vertretbaren Kosten regelmässig ablesen kann. Zudem verhindert manchmal das Medium selbst eine simple Anzeige. Trotzdem ist es oft notwendig, den Füllstand des Tanks zu kennen. Wer würde mit einem Auto ohne Tankanzeige eine Reise unternehmen? Nicht zuletzt bietet die Füllstandsmessung eine Kostenreduktion und ein grosses Automatisierungspotenzial.

Weniger Aufwand und Kostenersparnis dank M2M-Füllstandsmessung

Im privaten Bereich bietet eine Füllstandsanzeige bei Heizöltanks und Zisternen Vorteile. Vom Einkauf bis hin zum Verbrauch der Medien wird die Planung zuverlässiger. Wer weiss, dass er bald Heizöl braucht, kann frühzeitig nach einem günstigen Preis Ausschau halten. Wenig zeitkritische Wasserverbraucher wie die Waschmaschine können bevorzugt dann eingeschaltet werden, wenn kostenloses Regenwasser zur Verfügung steht. Das Problem: Zisternen sind oft unterirdisch versteckt, Öltanks stehen meist im Keller und beide werden, wenn überhaupt, aufwendig manuell überwacht. Eine Füllstandsüberwachung, die über Funk mit einer Anzeigeeinheit im Haus kommuniziert, erspart das Treppenlaufen, verhindert Unfälle in dunklen Heizkellern, bietet Möglichkeiten zur Verbrauchsüberwachung und -optimierung und schafft somit freie Zeit für wichtigere Dinge.

Schutz vor überlaufenden Altöltanks

Auch und gerade bei Altöltanks, in denen z. B. Werkstätten ihr Altöl sammeln, gibt es grosses Optimierungspotenzial – volle Tanks können überlaufen oder verursachen Mehraufwand, weil stattdessen das Öl in kleinere Gebinde gefüllt werden muss. Auch können sie im Gegenteil beim Abholen halb oder fast leer sein. Eine Füllstandsüberwachung mit M2M-Kommunikation zum Entsorgungsdienstleister bringt hier gleich mehrere Vorteile: kein Altöl läuft mehr über, Mehraufwände bei vollen Tanks entfallen. Der Recycler kann seine Routen optimieren und nicht zuletzt mit der Planungssicherheit den Kunden an sich binden.

Transportiert wird meist per Lkw, was Kosten in Höhe von ca. 2 Franken pro Kilometer verursacht. Eine Optimierung der Lkw-Routen auf die aktuellen Behälterfüllstände bietet daher ein grosses Einsparpotenzial. Man kann das auch andersherum betrachten: wer sich die M2M-Füllstandsüberwachung nicht zu Nutze macht, gibt viel Zeit und Geld für ineffiziente Prozesse aus.

Die richtige Messmethode finden

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Füllstände zu überwachen. Eine davon ist, die Füllhöhe mit einem Drucksensor zu messen. Allerdings ist dieses Verfahren mediumberührend, aufwendig, teuer und gerade bei relativ niedrigen Behältern nicht besonders genau. Dazu kommt, dass Schwankungen in der Dichte des Mediums das Messergebnis verfälschen. Ebenfalls von den Materialeigenschaften abhängig ist eine kapazitive Messung. Die Dielektrizitätszahl kann schon durch kleine Verunreinigungen, insbesondere von Wasser in Öl, grossen Schwankungen unterliegen.

Die berührungslose Messung per Reflexion von frei abgestrahlten Wellen, z. B. Ul­traschall, ist von den Eigenschaften des Mediums unabhängig. Ultraschallsensoren sind zwar günstig, aber ihre Membranen empfindlich gegenüber Temperatur, Druck und Ölschaum. Bereits eine einmalige Überfüllung oder fehlerhafte Montage kann die Messung unzuverlässig machen. Für unkritische Medien wie Heizöl, Wasser und darauf basierende Stoffe oder auch trockene Schüttgüter wie Altglas oder Kleidung ist Ultraschall aufgrund des Preis-Leistungs-Verhältnisses die erste Wahl.

Mikrowellensensoren sind sehr robust und zuverlässig

Mikrowellensensoren bieten viele Vorteile des beschriebenen Ultraschallmessverfahrens, sind jedoch robuster gegenüber Verschmutzung, Veränderungen der Eigenschaften des Mediums sowie Druck- und Temperatureinflüssen. In der Praxis wird ein Mikrowellenpaket auf einen Wellenleiter eingekoppelt, der bis zum Tankboden reicht. Die Mikrowelle folgt dann diesem Leiter und wird wie der Ultraschall an der Medienoberfläche reflektiert. Auch bei Verschmutzung des Leiters durch das Öl funktioniert die Messung zuverlässig.

Mehrwert ergibt sich durch Vernetzung

Erst mit drahtloser Vernetzung und Messwertübertragung auch über grosse Strecken können die Füllstandssensoren ihre wahre Grösse in der Prozess- und Logistikoptimierung ausspielen. Die Kombination bietet Planungssicherheit und macht neue Geschäftsmodelle möglich. Hier kommen die Spezialisten für Automatisierungsinstrumente der deutschen Inno-Tec GmbH ins Spiel. Ihr Angebot umfasst nicht nur Füllstandssensorik, sondern auch Dienstleistungen von der Montage über die Inbetriebnahme bis zur Datenspeicherung und -auswertung. Für den privaten Bereich eignet sich der günstige Ultraschallsensor Proteus. Er kommuniziert über Funk mit einer Anzeigeeinheit, von der die Daten direkt abgelesen oder per USB mit einem PC abgerufen werden können. Der grosse Bruder, der Proteus «EcoCloud», misst ebenfalls per Ultraschall und meldet den Füllstand regelmässig über das Handynetz an einen Server. Die Daten können über ein Webportal von überall aus abgerufen werden.

Füllstandsmesser mit geführten Mikrowellen

Für schwierigere Medien wie Altöl steht der in Kooperation mit der schweizerischen KFA AG entwickelte, modulare Füllstandsmesser KFA2 mit geführten Mikrowellen zur Verfügung. Der zum Tank passende Wellenleiter wird am Messgerät eingeschraubt. Das Komplettsystem enthält ein Datenkommunikationsgerät, das ebenfalls über das Handynetz in wählbaren zeitlichen Abständen regelmässig den Füllstand übermittelt und ebenfalls ein Webportal bietet, über das der aktuelle Stand von überall ausgelesen werden kann.

So lassen sich die Werte zentral überwachen oder bei einem bestimmten Füllstand automatisch ein Signal «in X Tagen voll» oder «in Y Tagen leer» absetzen. Übervolle Tanks oder eine Unterversorgung mit zwischengelagerten Stoffen gehören damit der Vergangenheit an. Über die Kosteneinsparungen bezahlen sich die Füllstandsmessgeräte in wenigen Monaten selbst. 

Infoservice

Inno-Tec GmbH
Waldstrasse 19, DE-76297 Stutensee
info@inno-tec.eu, www.inno-tec.eu

KFA AG
Weggisgasse 40, 6004 Luzern
info@kfa.ag, www.kfa.ag



Der Sensor (links) misst den Füllstand auch in schwierigen Medien, die per Kabel angebundene Elektronik versendet die Messwerte über das Handynetz


Füllstandsmessung mit Funk und USB spart Laufwege im Haushalt


Altöltanks werden oft überfüllt oder halb leer abgeholt


Füllstandsmessung per Ultraschall auch über grosse Distanzen dank Handynetzanbindung

Autoren

Michael Krause, Geschäftsführer der Inno-Tec GmbH, Dipl. Phys. Marco Antoni, Redaktions­büro Stutensee

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