Automation in Agrar- und Forsttechnik: Herausforderung für den Datenfunk

Datenfunk als Kommunikationsmedium kann überall da seine Vorteile ausspielen, wo bewegte Maschinen oder Maschinenteile in ein Kommunikationsnetz eingebunden werden sollen oder das Verlegen von Kabeln sehr aufwendig und teuer wäre. Zur Datenübertragung per Funk bieten sich verschiedene Varianten an: lizenzfrei, lizenziert oder über das öffentliche Mobilfunknetz. Für die Wahl der richtigen drahtlosen Technologie sind die benötigten Übertragungsgeschwindigkeiten sowie die gewünschten Reichweiten entscheidend. Relevant ist auch, ob die zu verbindenden Komponenten ortsfest oder mobil sind und ob zwischen den einzelnen Teilnehmern Sichtverbindung besteht. Auch die tolerierbare Übertragungsverzögerung und die benötigte Zuverlässigkeit sind wichtige Kriterien für die Auswahl einer Funktechnologie. Welche Kommunikationslösung letztendlich eingesetzt wird, ist von der jeweiligen Anwendung und deren Umgebungsbedingungen abhängig. Ganz gleich, worauf die Wahl fällt: Einfache Integration und Bedienung bei hoher Zuverlässigkeit sind in jedem Fall gefragt. Die Welotec GmbH bietet für viele Herausforderungen eine passende Lösung. Entfernte Anlagen überwachen und steuern Ein klassischer Anwendungsfall für Datenfunk ist das Steuern oder Überwachen entfernter Anlagen oder Anlagenteile. Hierfür finden sich in der Landwirtschaft zahlreiche Einsatzfälle. In Gewächshäusern beispielsweise müssen permanent Temperatur und Luftfeuchtigkeit überwacht werden, um optimale Wachstumsbedingungen zu gewährleisten. Entsprechend der Messwerte werden dann Fenster geöffnet, Beschattungsvorrichtungen ausgefahren, Sprenkleranlagen angeschaltet usw. Für diese Zwecke eignet sich u.a. das Telemetriemodul MT-101 für die Datenübertragung in einem GSM-Netzwerk (Bild 1). Diese programmierbare Klein-SPS vereint mehrere Funktionen wie Datenlogger, Übertragungsprotokollkonverter und drahtlose Kommunikationsschnittstellen. So kann das Telemet-riemodul vor Ort die Prozesssteuerung übernehmen und im Problemfall sofort den Anlagenbetreiber alarmieren, z.B. per SMS. Weitere Einsatzfälle findet es überall da, wo eine unkomplizierte Fernüberwachung, Ferndiagnose, Fernsteuerung und Fernabtastung des Betreibersystems gefragt ist. Auch das Bewässern von Feldern lässt sich mit Datenfunksystemen gut steuern. Hier gilt es oft Distanzen von einigen Kilometern zu überbrücken, ein idealer Einsatzfall für Schmalbandfunk, also z.B. die Datenfunkmodems Satelline-1870 oder Satelline 3AS (Bild 3). Wo ohne Stromanschluss vor Ort Daten gespeichert und bei Bedarf Alarme abgesetzt werden sollen, eignet sich der Datenlogger MT-713 (Bild 4). Eingesetzt wird er beispielsweise bei der Überwachung von Güllesystemen in Kuhställen, lässt sich aber auch nutzen zur Leckageüberwachung, zur Füllstands- und Pegelmessung oder für den Einsatz in Logistikanwendungen zur Überwachung von Kühlketten. Der Stromverbrauch der Datenlogger für das Datenspeichern und -senden ist so gering, dass sie es mit Versorgung über Lithium-Batterien auf Standzeiten von bis zu zehn Jahren bringen. Datenfunk mit hoher Präzision Precision Farming ist ein Schlagwort in der modernen Landwirtschaft: Mithilfe von GPS und einer ortsfesten Basisstation, die ein Korrektursignal aussendet, kann zentimetergenau gepflügt, gesät, gedüngt und geerntet werden. Das spart nicht nur Arbeitszeit, sondern auch Sprit, Düngemittel und Pestizide. Damit schont das Vorgehen die Umwelt und ermöglicht dem Konsumenten letztendlich den Zugang zu gesünderen Lebensmitteln. Weil sich beim Ernten ortsabhängig der Ertrag ermittelt lässt, kann man auch für den nächsten Pflanzzyklus Informationen gewinnen, z.B. berechnen wo mehr oder weniger Dünger ausgebracht werden muss. Gleichzeitig lassen sich rechtliche Vorgaben, etwa wie viel Dünger oder Pestizide wo ausgebracht werden, genau umsetzten und dokumentieren. Für Art und Position der ortsfesten Basisstation sowie der Übertragung des Korrektursignals kommen unterschiedliche Lösungen in Frage. Bewirtschaftet ein Landwirt ein sehr großes Gebiet, ist die Installation der Basisstation an zentraler Stelle gut geeignet. Die Korrekturdaten können dann per Schmalband übertragen werden. Hier haben sich mitunter die 3AS(d) VHF Datenfunkmodems bewährt; sie senden im 160MHz Frequenzbereich mit 6W Sendeleistung an Empfangsgeräte (sogenannte Rover) im 20km Umkreis (Bild 5). Der Vorteil: Eine Basisstation versorgt beliebig viele Rover mit dem Korrektursignal. Für Lohnunternehmer dagegen können portable Basisstationen die Lösung sein. Sie werden auf einem Dreibein neben dem jeweils zu bearbeitenden Feld aufgestellt. Hier können auch lizenzfreie Schmalbanddatenfunkmodems mit niedrigeren Sendeleistungen und kürzeren Übertragungsdistanzen eingesetzt werden. In beiden Fällen ist von Vorteil, dass bei Schmalbanddatenfunk für eine zuverlässige Datenübertragung keine direkte Sichtverbindung zwischen Sender und Empfänger notwendig ist. Alternativ kann man auch auf Korrekturdaten von Dienstleistern zurückgreifen, die flächendeckend GPS-Basisstationen installiert haben und über Mobilfunk die Korrekturdaten zur Verfügung stellen. Für solche Zwecke eignet sich z.B. das GenPro 20e (Bild 6), mit dem sich GSM/GPRS in eine M2M-Applikation integrieren lässt. Selbstverständlich eignen sich die Datenfunk- und GSM/GPRS Modems für diverse Anwendungen, in denen es auf genaue Positionsdaten ankommt. Beispiele finden sich in der Baubranche, beim Straßen- oder Brückenbau und beim Verlegen von Pipelines. Aufgrund robuster Bauweise und weitem Temperaturbereich ist auch der Einsatz in den rauen Umgebungsbedingungen im schweren Fahrzeugbau möglich. Kabelloses Fernsteuern Werden Maschinen oder Vorrichtungen an Fahrzeugen über eine Fernsteuerung bedient, können Kabel im Weg sein oder den Bewegungsraum des Bedieners einschränken. Kabellose Funkfernsteuerungen bringen hier Flexibilität (Bild 7). So kommen Funkfernsteuerungen in der Landwirtschaft beispielsweise bei Güllefässern, Seilwinden, Kippern oder Erntemaschinen zum Einsatz. Ein Hersteller von landwirtschaftlichen Fahrmaschinen nutzt einerseits die Standard-Funkfernsteuerung Serie Orion, andererseits wurde für ihn aber auch auf Basis eines Orion Handsenders eine Sendeeinheit mit digitalen Eingängen anstatt Funktionstasten entwickelt. Die Funkfernsteuerungen der Serie Orion sind robuste industrielle Tastengeräte. Die Handsender werden wahlweise mit 1, 2, 4, 6, 8, 12 oder 16 Tasten angeboten, die sich frei zum Empfängerrelais zuordnen lassen. Mit einer Reichweite im freien Feld von 150m und im industriellen Umfeld bis 50m kann sich der Anwender während des Bedienens frei bewegen und somit die ferngesteuerten Prozesse besser im Blick behalten. Durch Programmierung von Identcodes sowie der Frequenz lassen sich spezielle Sender und Empfänger einander zuordnen. Das bringt in sicherheitskritischen Anwendungsfällen Vorteile. Generell eignen sich die Funkfernsteuerungen der Serie ideal für den Einsatz in landwirtschaftlichen oder auch industriellen Fahrzeugen, z.B. Forstmaschinen, Transport- und Abschleppfahrzeugen, Ladeklappen oder Betonmischmaschinen. SPS/IPC/Drives 2011: Halle 9, Stand 121