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Container meldet: „leere mich!“
Wenn die Dinge sagen, was sie wollen, ist das Digitalisierung in Reinform. Pepperl+Fuchs hat jetzt einen ersten autonomen IoT-Sensor entwickelt, der mobilen Containern die nötige Intelligenz gibt, sich selbst mitzuteilen. Sie melden, wann und wo sie gern abgeholt werden möchten.
 Systemarchitektur einer LoRaWAN Infrastruktur
Systemarchitektur einer LoRaWAN InfrastrukturBild: Pepperl+Fuchs SE

Das Internet bietet uns den Komfort Informationen völlig unabhängig von Raum und Zeit bereitzustellen. Wird nun diese omnipräsente Informationsquelle mit den technischen Dingen verknüpft, die uns umgeben, so entsteht das Internet der Dinge (Internet of Things oder IoT).

 Der IoT-Füllstandsensor Wilsen.sonic.level. Eingesetzt werden können IoT-Füllstandsensoren in mobilen Containern, Tanks oder Silos.
Der IoT-Füllstandsensor Wilsen.sonic.level. Eingesetzt werden können IoT-Füllstandsensoren in mobilen Containern, Tanks oder Silos.Bild: Pepperl+Fuchs SE

Die neue Dimension der Digitalisierung

In diesem technischen Netz kommunizieren die Dinge dann selbständig mit anderen Maschinen und Prozessen, was zu einer ganz neuen Dimension der Digitalisierung führt. Dabei können viele Arbeitsschritte, die bis dato noch menschlicher Kontrolle bedurften, automatisch vollzogen werden. Ein wichtiger Vorteil solcher automatisierten Prozesse ist, dass sie aus er der Fern überwacht und gesteuert werden können. Das steigert nicht nur die Produktivität sondern bewährt sich auch im Falle eines Virus bedingten Log-Downs, bei dem die menschliche Bewegungsfreiheit eingeschränkt werden muss. Funk ist der Schlüssel zum Internet der Dinge

 Wilsen.sonic.level  ist ein  batteriebetriebener Füllstandsensor, der mit Hilfe eines integrierten Ultraschallmoduls die Distanz zum Füllgut misst und daraus den Füllstand des Containers kalkuliert.
Wilsen.sonic.level ist ein batteriebetriebener Füllstandsensor, der mit Hilfe eines integrierten Ultraschallmoduls die Distanz zum Füllgut misst und daraus den Füllstand des Containers kalkuliert.Bild: Pepperl+Fuchs SE

Ein wichtiger Schlüssel dafür, dass eine große Anzahl technischer Geräte mit dem Internet verbunden werden können, sind Funktechnologien. Sie vermeiden teuren Verkabelungsaufwand und ermöglichen eine deutlich flexible Anbindung technischer Geräte an das Internet. Dabei ist die Wahl der passenden Funktechnologie essentiell für den Erfolg und die Wirtschaftlichkeit der gesamten IoT-Lösung. Für sehr kurzer Funkreichweiten stehen Technologien wie NFC oder Bluetooth zur Verfügung. Sollen die Daten hingegen über viele 100 Meter oder gar Kilometer übertragen werden, muss in der Regel auf öffentliche Mobilfunkstandards zurückgegriffen werden. So bieten die verschiedenen Netzgenerationen von GSM über UMST und LTE bis hin zu 5G deutlich steigende Bandbreiten für die Datenübertragung. Der Vorteil hoher Datenraten geht in der Regel aber zu Lasten des Energieverbrauchs der zumeist Batterie betriebenen IoT-Geräte. Aus diesem Grund haben sich in den letzten Jahren mit den sogenannten Low-Power-Funktechnologien (LPWAN) Alternative zu den klassischen Mobilfunktechnologien etabliert. Diese bieten sind im Vergleich zum Mobilfunk zwar deutlich niedrigere aber dennoch ausreichende Datenraten, um die geringen Mengen an Zustandsdaten aus den technischen Produkten und Maschinen in das Internet übertragen und gewährleisten dabei Batterielaufzeiten von vielen Jahren. LoRaWAN als Alternative zum Mobilfunk LoRaWAN (Long-Range Wide-Area-Network) ist die derzeit führende LPWAN-Technologie. Sie arbeitet im Sub-Gigahetz-Band und erzielt damit Reichweiten von 2km in stadtnahen, bebauten Arealen und über 15km auf freiem Feld. Daneben bietet sie eine gute Durchdringung von Gebäudewänden oder aus Kellerräumen heraus, weshalb sie vorzugsweise auch von Energieversorgern zur Übertragung von Gas- oder Wasserzählerständen eingesetzt wird. Durch die Nutzung des lizenzfreien ISM-Bands kommt die Technologie ganz ohne SIM-Karten und damit auch ohne Kosten für die reine Datenübertragung aus. Neben der wirtschaftlichen Attraktivität bietet das LoRaWAN Protokoll auch ein hohes Maß an Datensicherheit. So werden die übertragenen Daten mit Hilfe des etablierten AES128 Verfahren verschlüsselt. Diese Verschlüsselung wird in einem 2-stufigen Verfahren realisiert, was eine echte Ende-zu-Ende Verschlüsselung – vom funkenden IoT-Gerät in Feld bis zum Datennutzer im Internet entspricht. Die spezifische LoRa-Architektur ermöglicht es gleichermaßen öffentliche Netze für Städte und Gemeinden aufzubauen sowie ein geschütztes und völlig privates Campusnetz auf dem eigenen Werksgelände zu betreiben. Das standardisierte LoRaWAN-Protokoll wird von einer offenen Gemeinschaft internationaler Unternehmen entwickelt und weltweit vermarket. Sie liefert mit Ihren über 500 Mitgliedern die technologische Basis, auf der sich schon ein breites Angebot an Komponenten und Produkten am Markt etabliert hat.

Der Intelligente Container

Mit dem Wilsen.sonic.level stellt Pepperl+Fuchs seinen ersten LoRaWAN Sensor vor. Bei diesem Sensor handelt es sich um einen batteriebetriebenen Füllstandsensor, der mit Hilfe eines integrierten Ultraschallmoduls die Distanz zum Füllgut misst und daraus den Füllstand des Containers kalkuliert. Neben dieser Füllstandbestimmung ist das Gerät auch mit einem Temperatursensor und einem GPS-Empfänger ausgestattet. Letzterer ermöglich es die aktuelle Geoposition des mobilen Containers zu bestimmen, in dem der Sensor eingebaut ist. Der industrietaugliche IoT-Sensor ist nicht nur robust gegenüber Erschütterungen, sondern gleichzeitig auch in hoher IP-Schutzart ausgeführt, was den ungeschützten Betrieb im Außenbereich ermöglicht. Das integrierte Ultraschallmodul lässt sich individuell an die konkrete Füllstandanwendung anpassen. So können zum Beispiel Hindernisse innerhalb des Tanks oder Silos durch Änderung der Schallparameter bereits physikalisch ausblenden. Die Parametrierung des IoT-Sensors erfolgt über einer App, die es dem Bediener ermöglicht sich mit seinem Mobilgerät per Bluetooth zum Sensor zu verbinden. Dieser Fernzugriff ist immer dann von Vorteil, wenn sich der Sensor an schwer zugängigen Stellen innerhalb eines geschlossenen Containers oder unter einer Brücke befindet. Viele Einsatzmöglichkeiten für funkende Füllstandsensoren

Der Wilsen-Füllstandsensor wurde für das intelligente Entsorgungsmanagement in smarten Städten und Gemeinden konzipiert. Mit seiner filigranen Anpassungsfähigkeit stellt er die optimale Lösung für Altglas- oder Altkleidercontainer dar. Auf Grund des guten Durchdringungsvermögens der LoRaWAN-Technologie kann der Sensor auch in Container eingesetzt werden, die sich teilweise oder ganz unter der Erde befinden.

Neben dem Entsorgungsbereich ist die Füllstandüberwachung auch in der Nachschublogistik von großem Nutzen. Werden zum Beispiel Vorprodukte oder Reinigungsmittel in Umlaufbehältern wie IBC versendet, ist für den Logistiker der aktuelle Füllstand des Containers Ausschlag gebend dafür, ob und wann der leere Container am Einsatzort ersetzt werden muss. Dabei hilft die Positionsinformation aus dem Sensor, den mobilen Container leichter aufzuspüren zu können. Neben Tanks für Flüssigkeiten ist auch der Füllstand für Schüttgüter in Silos von Interesse. Damit kommt der Sensor zum Beispiel in Futtersilos der Landwirtschaft zu Einsatz, die einer vergleichbaren Nachschublogistik unterliegen.

Ein ganz anderer aber ebenso wichtiger Einsatzbereich stellt die Umwelttechnik dar. Hier kann mit Hilfe solcher Sensoren der Pegelstand von Flüssen und Seen oder von Flutungsbecken überwacht werden, was den aktiven Hochwasserschutz unterstützt.

Die Einsatzmöglichkeiten von IoT-Sensoren wie Wilsen.sonic.level sind vielfältig. Sie machen die Dinge wie Container, Tanks oder Silos in die sie eingebaut sind ein ganzes Stück smarter. Dabei melden sie uns, wann die Behälter leer sind und getauscht werden müssen um den Materialnachschub nicht zu gefährden. Oder sie teilen uns mit, wann die Behälter voll sind und an welcher Stelle sie abgeholt werden müssen. Der omnipräsente Zugriff auf diese wichtigen Informationen, bietet uns die Möglichkeit von Zeit gesteuerte auf Bedarfs gesteuerte Logistikprozesse zu wechseln. Das spart nicht nur wertvolle Ressourcen sondern entlastet darüber hinaus auch noch die Umwelt.

www.pepperl-fuchs.de

Pepperl+Fuchs SE
http://www.pepperl-fuchs.com

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