Der Sensor als Grundlage des Internet of Things

Beispiele aus der Praxis, die zeigen, wie ein IoT-Prozess gelöst werden kann

  • Brückenlager mit eingebautem Elastomerkissen, Fettschicht und Drucksensor Brückenlager mit eingebautem Elastomerkissen, Fettschicht und Drucksensor

Am Anfang des 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“. Wie das in der Praxis aussieht, zeigen vier konkrete Beispiele. 

IoT ist 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. 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 vier Beispiele zeigen auf, wie ein IoT-Prozess gelöst werden kann:

Beispiel 1: Automatisierte Sturzflutwarnung für schnelle Gefahrensicherung
Sturzfluten kommen plötzlich und unvorhersehbar. Wetterdienste warnen in der Regel vor Unwettern, doch sind die betroffenen Siedlungen meist nicht auf Sturzfluten vorbereitet – obwohl für die meisten Regionen Deutschlands detaillierte Spezialkarten existieren, in denen die Gefahrenzonen 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 können auch mit diesen Karten nicht alle Probleme gelöst werden.
Somit wird eine IoT-Lösung benötigt, die Gefahren frühzeitig erkennt und zuverlässig rund um die Uhr auf bevorstehende Fluten aufmerksam macht. Auf diese Weise werden in Sekundenbruchteilen die nötigen Stellen (bspw. Katastrophenschutz) automatisch alarmiert, was die zeitnahe Auslösung entsprechender Maßnahmen ermöglicht. Die Fernübertragungseinheit GSM-2 von Keller ist ein Teil eines solchen Warnsystems. Das GSM-2 ist eine Vereinigung eines autonomen Datenloggers mit 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.

Beispiel 2: Vernetzte Biertanks
Eine Pegelmessung mit Fernübertragungseinheit ist nicht nur für die Gefahrenerkennung sinnvoll, sondern auch für andere Pegel- oder Füllstandanwendungen. Beispielsweise in einer Gastwirtschaft, wo ein leer werdender Biertank sozusagen 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 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.

Beispiel 3: 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.

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 Füllstandüberwachung 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 verhindert auf diese Weise die Entstehung eines Funkens.

Beispiel 4: Veränderungen der Brückenlast überwachen
Nach zahlreichen Füllstandsüberwachungen ist die Kraftmessung an Bauwerken ein weiteres Gebiet, das mittels Sensoren smart beobachtet werden kann. Ein Beispiel ist das Aufzeichnen der Lastverteilung von Brücken. Der Verkehr auf der Straße ist keine konstante Größe und speziell der wachsende Anteil an 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 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 dahin 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. 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.

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Keller AG f. Druckmess-
St. Gallerstr. 119
8404 Winterthur
Schweiz
Telefon: 0041/52/2352525
Telefax: 0041/52/2352500

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