Das Internet der Dinge beginnt mit einem Sensor

Am Anfang von IoT (Internet of Things) steht 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“. Die KELLER AG für Druckmesstechnik ist Europas führender Hersteller von Drucksensoren und damit ein wichtiger Partner für die Realisierung von IoT-Lösungen.

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, Personen-unabhängigen 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. KELLER hat zusammen mit internationalen Unternehmen bereits viele „smarte‟, kundenspezifische Gesamtlösungen in diversen Branchen und Anwendungsgebieten entwickelt. Folgende sechs Beispiele zeigen auf, wie ein IoT-Prozess gelöst werden kann:

„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.

Ganzheitliche Überwachung der Chemiedistribution

Explosionsgefahr ist auch ein wichtiges Thema bei Chemikalien. In den Lagern von Chemieherstellern 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 entwickelt, 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

Nach zahlreichen Füllstandsüberwachungen ist die Kraftmessung an Bauwerken ein weiteres Gebiet, das mittels Sensoren „smart‟ beobachtet werden kann. Ein gutes Beispiel ist das Aufzeichnen der Lastverteilung von Brücken.
 Der Verkehr auf der Strasse ist keine konstante Grösse und speziell der wachsende Anteil der LKWs belastet Brücken immer mehr. Aber auch das Gelände ist kein statisches Element, denn aufgrund von Plattentektonik bewegt sich so ziemlich alles auf unserer Erde und verändert täglich unseren Untergrund. Durch diese beiden beweglichen Einheiten muss damit gerechnet werden, dass sich die Lastverteilung einer Brücke verändert. Um hier Sicherheit zu gewährleisten, ist es notwendig, dass Veränderungen in der Lastverteilung permanent mit Sensoren überwacht und erkannt werden.

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 KELLER angesetzt und eine vernetzte Druckmesslösung im Brückenlager integriert. Die Brücke überträgt die Auflast auf ein Elastomerkissen (1). Zwischen dem Drucksensor (2) und dem Elastomer befindet sich eine Fettschicht (3), 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 (4) 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.

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.

Wir beraten Sie gerne zu Ihren kundenspezifischen IoT-Anforderungen – info@keller-druck.com.

Das Long Range Wide Area Network ‚LoRaTM‛ verbindet Objekte via Funk und bietet eine sichere, bidirektionale Kommunikation im Internet der Dinge. LoRaWAN basiert auf dem offenen Industrie-Standard LoRa und wird von der non-profit Organisation LoRa Alliance spezifiziert, in der die KELLER AG für Druckmesstechnik Mitglied ist. Diese Technik bietet hohe Reichweiten und einen niedrigen Energieverbrauch, der sich insbesondere für batteriebetriebene Anwendungen anbietet.

LoRa bietet dazu den Vorteil selber ein Gateway (Vermittlungsgerät zwischen LoRa und Internet) zu installieren. Firmen und Privatpersonen haben damit die Möglichkeit, einfach und kostengünstig eine weitere Funkzelle in ihrem Netzwerk zu eröffnen, um sich unabhängig von einem Netzbetreiber zu verbinden.