LoRa - die komplementäre Technologie
Sensoren im Internet der Dinge
Das Thema IoT hat an greifbarer Relevanz gewonnen und wird immer interessanter, auch für bestehende Systeme und Bestandsanlagen. Sensoren sind dabei die wichtigsten Datengeneratoren des IoT. Sie sind Enabler für neue Prozesse und moderne Businessmodelle - durch sie entsteht eine neue, digital vernetzte Welt. Sensoren registrieren Position, Feuchtigkeit, Temperatur, Helligkeit, Dichte, Bewegung, Beschleunigung, Lautstärke, Abstände, Farben, Muster etc. Doch erst die passende Kommunikationstechnologie ertüchtigt die Sensoren für das IoT. Wir zeigen, welchen Beitrag LoRa dazu leisten kann.
 Ultraschallsensor mit integrierter Lora-Funktechnologie, OEM-Entwicklung von m2m Germany
Ultraschallsensor mit integrierter Lora-Funktechnologie, OEM-Entwicklung von m2m GermanyBild: m2m Germany GmbH

Vielseitig einsetzbar

Kein anderes Messverfahren lässt sich so breit und in so vielen unterschiedlichen Anwendungen erfolgreich einsetzen. Ultraschallsensoren senden hochfrequente, für den Menschen nicht hörbare Schallimpulse zur Messung aus. Diese breiten sich in der Luft keulenförmig aus und werden reflektiert, sobald sie auf eine Oberfläche treffen. Die Sensoren arbeiten nach dem Prinzip der Puls-Laufzeit-Messung. Dabei messen sie die Zeit zwischen dem Aussenden der Schallwellen bis zum Empfang des vom Objekt reflektierten Echos. Auf diese Weise können sowohl Objekte detektiert als auch ihr Abstand zum Sensor (beispielsweise Silo-Füllstände) ermittelt werden. Bislang wurden solche Sensoren kabelgebunden verbaut, um mit Strom versorgt zu werden und die erfassten Messdaten zu übermitteln. An einen komplett drahtlosen Einsatz war somit nicht zu denken. Durch die Implementierung von LoRa kann dies wiederum ermöglicht werden. Somit können Füll- und Pegelstände bestimmt werden bei Containern, Tanks und Silos, aber auch Pegelstände von Flüssen und Seen, können aus der Ferne überwacht werden. Darüber hinaus kann bei zusätzlicher Implementierung von GPS auch die Geoposition eines Behälters via LoRaWAN Verbindung ermittelt werden. Interessant ist dabei, dass LoRa-Sensoren sowohl in einem privaten, als auch in einem öffentlichen betriebenen LowPower-Funknetz betrieben werden können. In zusätzlicher Kombination mit Bluetooth, kann dann auch via App, auf alle gesammelten und im Netz bereitgestellten Sensordaten, jederzeit zugegriffen werden. Überhaupt gilt für die batteriebetriebenen, auf LoRa-basierenden Funksensoren, dass mit ihnen, in Kombination mit entsprechenden LoRa-Gateways, eine einfache Nachrüstung für Bestandsanlagen und Gebäude umgesetzt werden kann. Es gibt LoRa-fähige Gateways die über Modbus Schnittstellen verfügen und via TCP/IP an Scada-Systeme eingebunden werden können, womit Retrofit für Bestandsanlagen und Gebäude im Handumdrehen realisiert werden kann. Ventile regeln oder das Schalten von Prozessen generell, kann via LoRa-Sensorik schnell auf IIoT-Level gebracht werden.

Noch mehr Potenzial – LoRa Sensorik und KI

 Smarter Wartungs-Assistant: LoRa-Sensor mit eingebetteter KI
Smarter Wartungs-Assistant: LoRa-Sensor mit eingebetteter KIBild:Éolane

LoRa Sensorik kann aber noch viel mehr, im Besonderen dann, wenn embedded KI -Edge Computing mit ins Spiel kommt. Dann kann sogar ein Wartungs-Assistent für industrielle Instandhaltung – für eine vorbeugende ‚industrial maintenance‘, ermöglicht werden. Besonders geeignet dafür sind Schwingungsanalysen und Vibrationsmessungen. Sie sind nachweislich ein sehr guter Frühindikator für Maschinenausfälle und Wartungsbedarfe. Daher liegt es nah, auch Schwingungssensoren mit LoRa auszustatten. Es gibt bereits einen solchen LoRa-Schwingungs-Sensor, der eine Plug&Play-Lösung ohne großen Implementierungsaufwand zur Verfügung stellt. Er verfügt über einen 6-Achsen Beschleunigungsmesser, der Schwingungsmessungen im 1 bis 6.4kHz-Bereich, in einstellbaren periodischen Abtastungen, erfasst. Darüber hinaus registriert der Sensor Temperaturwerte mit einer Genauigkeit von ±1°C. Es ist ein batteriebetriebener Sensor, der sofort einsatzbereit ist; die Stromversorgung erfolgt durch eine AA Batterie 2.000mA mit einer Nennbetriebszeit von 2 bis 4 Jahren. Der Sensor erkennt und analysiert die Schwingungen der Maschine/Anlage, die es zu überwachen gilt. Dabei lernt er sich selbstständig auf die Maschine ein (embedded KI) und reagiert nach der Einlern-Phase bei Abweichungen vom Normalzustand mit dem Absetzen von Alarm-Benachrichtigungen. Der persönliche Wartungs-Assistent weist auf Unregelmäßigkeiten hin und erlaubt frühzeitig auf einen möglichen Ausfall zu reagieren. Stillstände und kostspielige Instandhaltungsarbeiten können reduziert werden.

Kein Ende der Möglichkeiten in Sicht

LoRa steht noch am Anfang seiner Möglichkeiten. Noch wird der Schwerpunkt von LoRa eher im IoT-Industriebereich angesiedelt. Doch das Interesse steigt. Immer mehr Städte errichten ihr eigenes LoRaWAN Netz, um vielfältige Szenarien umzusetzen. Von Smart Parking Konzepten, über Monitoring der Fernwärmeleitungen bis hin zu Straßenbeleuchtungskonzepten und Smart Farming Anwendungen. Die Facility-Branche signalisiert ebenfalls ihr Interesse an der kostengünstigen Lösung, lassen sich doch via LoRa-Sensorik sämtliche Verbräuche innerhalb eines Gebäudes monitoren und regeln. Darüber hinaus können Passage-Sensoren helfen, Reinigungspersonal effizienter einzusetzen – so dass dem Nutzungsgrad entsprechend Reinigungsintervalle angepasst werden können. Waste-Management ist auch ein spannender Punkt – sowohl für das Facility-Management, als auch für kommunale Entsorgungsbetriebe. Das Feld für LoRa-Sensoren ist noch bei Weitem nicht ausgeschöpft – allein die Tatsache, dass es aktuell LoRa basierende Lösungen für das Einhalten von Sicherheitsabständen während der Covid-19 Pandemie gibt, zeigt wie flexible diese komplementäre Technologie eingestzt werden kann.

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