Erschienen am: 11.08.2017, Ausgabe SPS-MAGAZIN 8 2017

Das Internet der Dinge beginnt mit einem Sensor

Brückenlastüberwachung

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 Gegenstände ohne menschliche Hilfe intelligent.


LoRa Alliance

Das Long Range Wide Area Network (LoRa) verbindet Objekte via Funk und bietet eine sichere, bidirektionale Kommunikation im IoT. LoRaWAN basiert auf dem offenen Industrie-Standard LoRa und wird von der Non-Profit Organisation LoRa Alliance spezifiziert, in der auch Keller Mitglied ist . Die Technik bietet hohe Reichweiten und einen niedrigen Energieverbrauch, der sich insbesondere für batteriebetriebene Anwendungen anbietet. LoRa bietet dazu den Vorteil selber ein Gateway zu installieren. Firmen und Privatpersonen haben damit die Möglichkeit, kostengünstig eine weitere Funkzelle in ihrem Netzwerk zu eröffnen, um sich unabhängig von einem Netzbetreiber zu verbinden.

Um die Veränderungen von Brückenlasten per Fernwartung zu überwachen, wurde eine vernetzte Druckmesslösung im Brückenlager integriert.
Bild: Keller AG, Brücke Hebag

Unabhängig vom Einsatzgebiet ist ein Sensor der wichtigste Datenlieferant und somit das Herzstück jeden 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. Keller hat zusammen mit internationalen Unternehmen bereits viele smarte, kundenspezifische Gesamtlösungen in diversen Branchen und Anwendungsgebieten entwickelt.

Smarte Öltankverwaltung

Die Fernüberwachung der Füllstände bei Heizöl-, Diesel- und Benzintanks ist für Mineralölkonzerne wie auch für Tankstellenbesitzer und Immobilienverwalter eine große Hilfe. Keller entwickelte dazu in Zusammenarbeit mit einem Schweizer Mineralöllieferanten das Fernüberwachungssystem EasyOil. Der Druck bzw. Ölstand wird an der untersten Stelle eines Tanks gemessen, entsprechend der Tankform der aktuelle Inhalt in Liter berechnet und die Daten via GSM übermittelt. Eine Besonderheit der 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.

Überwachung der Chemiedistribution

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. 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 mit zwei Drucksensoren gemessen. Da das Fass unter Druck steht, wird der Differenzdruck zwischen Fassdeckel und -boden ermittelt, womit der Pegel berechnet werden kann. Dazu wurden im Innenbereich des Fasses zwei Druckaufnehmer der Serie 7 LD eingebaut. Die digitalen Sensoren bieten zusätzliche Temperaturinformationen, die für die Überwachung von Chemikalien hilfreich ist. Schließlich übermittelt eine Fernübertragungseinheit die aufgezeichneten Daten. Mit einer IoT-Anbindung können zusätzlich weitere Informationen zugänglich gemacht werden, wie z.B. der Standort des Fasses.

Veränderungen der Brückenlast

Die Kraftmessung an Bauwerken ist ein weiteres Gebiet, das mittels Sensoren smart beobachtet werden kann. Ein Beispiel ist hier 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. 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. Bisher wurde die Brückenlast bei den Brückenlagern mit einem mechanischen Indikator dargestellt. Dieser musste vor Ort abgelesen werden. Daher wurde 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. 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 IoT lassen sich so zuverlässig Brücken überwachen und notfalls sofort sperren, sollte sich die Lastverteilung gefährlich verändern.