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Interessante, wegweisende Anwendungsbeispiele für intelligente Sensorlösungen : Ausgabe 04/2018, 01.03.2018

Das Internet der Dinge beginnt mit einem Sensor

Am Anfang von IoT befindet sich immer ein Sensor. Denn nur mit einem Sensor können Dinge Zustände erfassen und Aktionen ausführen. Diese beiden Tätigkeiten sowie die Verbindung zum Netz machen diese Gegenstände ohne menschliche Hilfe «intelligent».

Bilder: Keller

IoT ist bereits ein weit bekannter und teilweise auch umstrittener Begriff. Das Internet der Dinge befindet sich jedoch täglich um uns herum – bewusst oder unbewusst. Wird zum Beispiel die TV-Aufzeichnung oder das Licht zu Hause vom Smartphone gesteuert, sind wir im Bereich von Smart Home. Organisiert sich ein Unternehmen mit automatischen, personenunabhängigen Prozessen ist die Rede von Smart Factory oder Industrie 4.0. Weitere verwandte Begriffe lauten Smart Energy, Smart Mobility oder Smart Health. Unabhängig vom Bereich, überall ist der Sensor der wichtigste Datenlieferant und somit das Herzstück des IoT-Prozesses. Verschiedene Sensoren, angebracht an einem Objekt, werden dazu vernetzt und an lokale und globale Kommunikationsnetze angeschlossen. Der letzte Schritt des Prozesses ist die Analyse der Daten auf vernetzten Computern oder in einer Cloud.

IoT-Prozesse sind sehr individuell und entwickeln sich stetig weiter. Der Sensorspezialist Keller hat zusammen mit internationalen Unternehmen bereits viele smarte, kundenspezifische Gesamtlösungen in diversen Branchen und Anwendungsgebieten entwickelt. Folgende fünf Beispiele zeigen auf, wie ein IoT-Prozess gelöst werden kann:

Automatisierte Sturzflutwarnung für schnellste Gefahrensicherung

Sturzfluten kommen plötzlich und unvorhersehbar. Binnen Minuten schwellen die Fluten in den Bachläufen und auf den Strassen an, reissen Autos mit, verwüsten Häuser und töten im schlimmsten Fall Menschen.

Wetterdienste warnen in der Regel vor Unwettern, nur sind die betroffenen Siedlungen meist nicht auf Sturzfluten vorbereitet. Dies ist erstaunlich, denn für die meisten Regionen Deutschlands existieren detaillierte Spezialkarten, in denen die Gefahrenzonen bewusst markiert sind, damit sich die gefährdeten Orte entsprechend vorbereiten können. Diese Karten befinden sich jedoch selten in Rathäusern, der Feuerwehr oder dem Katastrophenschutz, weshalb proaktive Massnahmen grösstenteils unterlassen werden. Zudem sind die Spezialkarten relativ grob gezeichnet, blockierende Gebäude oder kanalisierende Strassen tauchen teilweise nicht auf. Aus diesem Grund lassen sich auch mit diesen Karten nicht alle Probleme lösen.

Somit benötigt man eine IoT-Lösung, die Gefahren bis in die hinterste Ecke frühzeitig erkennt und zuverlässig rund um die Uhr auf bevorstehende Fluten aufmerksam macht. Auf diese Weise werden in Sekundenbruchteilen die nötigen Stellen, wie Katastrophenschutz oder Feuerwehr, automatisch alarmiert, was die zeitnahe Auslösung entsprechender Massnahmen ermöglicht. Die Fernübertragungseinheit GSM-2 ist ein Teil eines solchen Warnsystems.

Wetterdaten vom US National Weather Service NWS

Das GSM-2 besteht aus einem autonomen Datenlogger und einer Fernübertragungseinheit in einem Gerät. Verbunden mit einem Drucktransmitter oder einer Pegelsonde übermittelt es zuverlässig Wasserstände und Druckdaten über das Mobilfunknetz GSM per SMS, E-Mail oder FTP an Verantwortliche, um rechtzeitig vor Fluten zu warnen. Eine GSM-2-Lösung mit präzisen Pegelsonden, einer Fernübertragungseinheit und einer kundenspezifischen Software, verwendet beispielsweise der nationale Wetterdienst US National Weather Service (NWS). Keller leistet zusätzlich technische Unterstützung bei der Einrichtung, Installation und Programmierung des Systems, über das die zuständigen Gemeindearbeiter bei steigendem Wasserpegel eine SMS-Benachrichtigung erhalten. Nach der Implementierung kann der Betrieb von manuell aufgestellten, mobilen Sperren umgestellt werden auf dauerhaft installierte Schwingtore, die schliessen, wenn Sturzfluten eintreten.

Smarte Öltankverwaltung mit tagesaktuellen Ölpreisen

Neben Wasser und Getränken sind Brennstoffe weitere Flüssigkeiten, die sich ideal für die Verwaltung mit automatisierten, smarten Prozessen eignen. Die Fernüberwachung der Füllstände bei Heizöl-, Diesel- und Benzintanks ist für Mineralölkonzerne wie auch für Tankstellenbesitzer und Immobilienverwalter eine grosse Unterstützung. Keller entwickelte dazu in Zusammenarbeit mit einem Schweizer Mineralöllieferanten das Fernüberwachungssystem EasyOil. Dieses System hat sich auf dem Markt gut etabliert und ist in 80% der Vertragsabschlüsse für Heizöllieferungen das entscheidende Kaufargument bei den Kunden.

Der Bestellprozess entspricht demselben wie beim Biertank: Der Druck bzw. der Ölstand wird an der untersten Stelle des Tanks gemessen, entsprechend der Tankform der aktuelle Inhalt in Liter berechnet und die Daten via GSM übermittelt. Eine Besonderheit dieser Anwendung ist die kundenspezifische Software. Sie enthält neben den gängigen Daten wie Füllstand, Verbrauchs- und Bestellhistorie zusätzlich Ölpreise, die zweimal täglich aktualisiert werden. Diese kombinierten Informationen ermöglichen einen optimierten Bestellprozess, denn so können Vorräte dann angelegt werden, wenn der Ölpreis niedrig oder der Tankwagen gerade in der Nähe ist.

Bei der Füllstandsüberwachung an Tankstellen wird die Fernübertragungseinheit GSM-3 verwendet, die mit einer Box mit eingebauten Sicherheitsbarrieren erweitert wird. An Tankstellen besteht die Gefahr, dass ein elektrischer Funke die gashaltige Atmosphäre explodieren lässt. Der Drucktransmitter, der in einer solchen Umgebung misst, muss deshalb eigensicher sein. Die Sicherheitsbarriere begrenzt die abgegebene elektrische Leistung des Messsystems innerhalb der explosionsgefährdeten Zone (Ex-Zone) und verunmöglicht auf diese Weise die Entstehung eines Funkens.

Vernetzte Biertanks freuen Wirte und Brauereien

Eine Pegelmessung mit Fernübertragungseinheit ist nicht nur für die Gefahrenerkennung sehr sinnvoll, sondern auch für andere Pegel- oder Füllstandsanwendungen. Beispielsweise in einer Gastwirtschaft, wo ein leer werdender Biertank die Gefahrenzone darstellt.

In dieser Anwendung arbeiten im Herzen der Lösung zwei Drucksensoren, die den Flüssigkeitsstand im Tank messen und mit der Fernübertragungseinheit GSM-2, Mobilfunknetz und Internet eine Warnmeldung an die Brauerei per E-Mail senden. Bei der Brauerei wird damit ein automatischer Bestellvorschlag an den Wirt ausgelöst und dieser braucht die Nachbestellung nur noch zu bestätigen. Diese automatisierte, smarte M2M-Lösung (Machine-to-Machine) reduziert den Stress für die Wirte und bewahrt die Brauereifahrer vor unrentablen Notfallfahrten am Wochenende. Fehlerhafte Bestellerfassungen gehören damit der Vergangenheit an, Transporttouren lassen sich optimieren und die Wirte haben jederzeit ausreichend frisches Bier zur Verfügung.

Ganzheitliche Überwachung der Chemiedistribution

Explosionsgefahr ist auch ein wichtiges Thema bei Chemikalien. In den Lagern von Chemie- herstellern und -distributoren befinden sich zahlreiche verschiedene Chemiefässer mit unterschiedlichsten explosiven und gesundheitsschädlichen Inhalten. Der Füllstand von Chemiefässern wird in den meisten Fällen weder gemessen noch ausserhalb des Fasses optisch angezeigt. Es besteht die Möglichkeit, einen medienverträglichen Schwimmer einzubauen, jedoch reicht dieser nicht aus, um einen sicheren Transport zu garantieren und die Tankinhalte währenddessen permanent zu kontrollieren. Eine permanente Kontrolle ist jedoch sehr wichtig, um eine normengerechte Lieferung zu garantieren.

Wird zusätzlich zum Füllstand der Innendruck im Fass gemessen, lässt sich kontrollieren, ob das Fass ordnungsgemäss verschlossen ist oder ob es während des Transportes geöffnet wurde. Zudem zeigt die Aufzeichnung, ob das Fass übermässigen Beschleunigungen ausgesetzt wurde. Der Füllstand wird auch in dieser Anwendung mit zwei Drucksensoren gemessen. Da das Fass unter Druck steht, wird der Differenzdruck zwischen dem Fassdeckel und dem Fassboden ermittelt, womit der Pegel berechnet werden kann. Keller hat eine Lösung mitentwickelt, die den Tank in seiner ursprünglichen Form belässt. Dazu wurden im Innenbereich des Fasses zwei kompakte Druckaufnehmer der Serie 7 LD eingebaut. Diese digitalen Sensoren bieten neben den oben genannten Vorteilen zusätzlich die Temperaturinformation, welche für die Überwachung von Chemikalien ebenfalls sehr hilfreich ist. Schliesslich übermittelt eine Fernübertragungseinheit die aufgezeichneten Daten. Mit der Anbindung an das Internet of Things können zusätzlich noch weitere Informationen zugänglich gemacht werden, wie beispielsweise der Standort des Fasses.

Veränderungen der Brückenlast effizient überwachen

Ein weiteres gutes Beispiel ist das Aufzeichnen der Lastverteilung von Brücken. Speziell der wachsende LKW-Verkehr belastet Brücken immer mehr. Aber auch das Gelände ist kein statisches Element, denn aufgrund von Plattentektonik verändert sich täglich unser Untergrund. Wegen dieser beiden beweglichen Grössen muss man damit rechnen, dass sich die Lastverteilung einer Brücke verändert. Um hier Sicherheit zu gewähren, muss man Veränderungen in der Lastverteilung permanent mit Sensoren überwachen und erkennen.

Bis anhin wurde die Brückenlast bei den Brückenlagern mit einem mechanischen Indikator dargestellt. Dieser musste vor Ort abgelesen werden. An diesem zentralen Kraftpunkt der Brücke hat der Sensorspezialist angesetzt und eine vernetzte Druckmesslösung im Brückenlager integriert. Die Brücke überträgt die Auflast auf ein Elastomerkissen. Zwischen dem Drucksensor und dem Elastomer befindet sich eine Fettschicht, die als Druckübertragungsmedium einen lastabhängigen Innendruck messbar macht. Diese Druckveränderung wird mit einem Drucktransmitter bestimmt, dessen kundenspezifische Bauform sich perfekt ins Brückenlager integriert. Das GSM-Modul liest die Daten direkt über eine digitale Schnittstelle aus und sendet, je nach Messwert, eine Warnmeldung an die Verantwortlichen. Der Einsatz von besonders langlebigen, edelstahlgekapselten Drucksensoren garantiert jahrzehntelange Messstabilität und Funktionssicherheit. Verbunden mit dem Internet of Things lassen sich so zuverlässig und permanent die Brücken überwachen und notfalls sofort sperren, sollte sich die Lastverteilung gefährlich verändern.

IoT macht das Leben sicherer

Das Internet der Dinge bringt smarte Lösungen, die helfen das Leben sicherer und bequemer zu machen, Prozesse zu verbessern und schlanker zu gestalten sowie Informationen zeitnah zu erhalten, die bis anhin nicht verfügbar oder nur schwer zu ermitteln waren. Der Weg dahin ist sehr individuell, aber er beginnt immer bei einem Objekt und einem Sensor. 

Infoservice

Keller AG für Druckmesstechnik
St. Gallerstrasse 119, 8404 Winterthur
Tel. 052 235 25 25, Fax 052 235 25 00
marketing@keller-druck.ch, www.keller-druck.ch



Das GSM-2 übermittelt zuverlässig Wasserstände und Druckdaten über SMS, E-Mail oder FTP an Verantwortliche, um diese rechtzeitig vor den Fluten zu warnen


Füllstandsüberwachung an Tankstellen (von oben nach unten): GSM-3, ATEX-Sicherheitsbarrieren, Drucktransmitter bzw. Pegelsonde

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