Mobile Behälter drahtlos überwachen

Was ist die Problemstellung bei IBCs?

Der standardisierte 1000-Liter-IBC dient als Transport-, Lager- und Auffangbehälter für unterschiedlichste flüssige Prozessmedien. Sein Füllstand ist in vielen Anwendungen eine wichtige Größe, doch als mobile Einheit lässt er sich nicht in fest verkabelte Überwachungssysteme einbinden. Hier kommt unser autonomer Funksensor ins Spiel: Sein 2-Zoll-Außengewinde passt in die Standardöffnung im IBC-Deckel. Da sein Messbereich für diese Anwendung voreingestellt ist, ist eine Parametrierung nicht nötig. Zusätzlich verfügt der ‚Wilsen‘ über ein eingebautes GPS-Modul und ist so bei Bedarf auch in der Lage, die Geo-Position von mobil genutzten IBCs zu bestimmen.

Wie wird die Messgenauigkeit der Ultraschallsensorik in unterschiedlichen Umgebungsbedingungengewährleistet?

Der Sensor selbst kompensiert den größten Einfluss auf die Messung, der durch Veränderungen der Temperatur einhergeht, hier tatsächlich auf fast Null. Luftfeuchtigkeit und Luftdruck haben physikalisch nahezu keinen Einfluss auf die Messgüte. Physikalisch gesehen hat Ultraschall den Vorteil, dass es in Bezug auf das zu detektierende Material nahezu egal ist, was es genau ist, ob es also eine Flüssigkeit ist, ein Pulver, ein Granulat, ein grobes Granulat oder größere Objekte. Auch die Objektfarbe, die optischen Reflexionseigenschaften, die Oberflächengeometrie und ähnliches spielen hier überhaupt keine Rolle. Dadurch wird die Messung mittels Ultraschall sehr robust und zuverlässig. Unser robuster Sensor liefert zuverlässig millimetergenaue Messwerte, die über die integrierte LoRaWAN-Funkschnittstelle weitergegeben werden. Je nach Häufigkeit der Abfrage kann die Lebenszeit der austauschbaren Batterie bis zu zehn Jahre betragen.

Wie wird die Datenübertragung über LoRaWAN gegen Paketverluste, Signalstörungen und unbefugten Zugriff abgesichert?

LoRaWAN unterliegt einem weltweit definierten Standard. Die Datenübertragung selbst ist Ende-zu-Ende verschlüsselt, das heißt, vom ‚Wilsen‘ bis in den LoRa-Netzwerk- beziehungsweise Applikationsserver hinein. Paketverluste können bei LoRaWAN grundsätzlich wie bei jeder Drahtlos-Übertragung vorkommen. Entweder kann man diese im Fall der Fälle tatsächlich akzeptieren, da die Übertragungsintervalle passend gesetzt sind und der Wegfall eines einzelnen Pakets sporadisch nicht schlimm ist. Oder man kann die Übertragung als ‚bestätigte Übertragung‘ durchführen. Hier muss dann das Gateway den Empfang bestätigen. Bekommt der Sensor keine Bestätigung, wiederholt er die Nachricht.

Der autonome IoT-Funksensor ‚Wilsen.sonic‘ von Pepperl+Fuchs © Pepperl+Fuchs

Darüber hinaus kann man bei LoRaWAN einstellen, dass zum Beispiel die für die Übertragung der Daten eingestellte Signalstärke an die örtlichen Gegebenheiten, auch laufend, angepasst wird. So merken das LoRa-System beziehungsweise Sensor und/oder Gateway, wenn die Verbindung aufgrund von Störungen, schlechten Empfangssignalwerten oder ähnlichem beeinflusst wird, und kann entsprechend hochregeln. Umgekehrt wird bei zu guten oder extrem guten Signalstärken die Sendestärke heruntergeregelt auf das passende, ausreichende Maß, um die Batterie bestmöglich zu schonen.

Welche Strategien nutzt der Sensor, um die lange Batterielebensdauer zu erreichen?

Bereits bei der Entwicklung wurde Wert auf energiesparende Komponenten gelegt. Ansonsten können Regel-Sendeintervalle passend zu den Bedürfnissen in der Applikation eingestellt werden. Ziel ist, über den Tag verteilt immer mal wieder den aktuellen Zustand des Assets gemeldet zu bekommen, beispielsweise drei- bis viermal am Tag. Zusätzlich kann ein Event-basierter Trigger eingeschaltet werden. Dabei wird in deutlich kürzeren Intervallen gemessen, aber beispielsweise nur bei Unterschreitung eines definierten Füllstands eine Nachricht abgesetzt.

Abseits der beiden genannten Intervalle schlafen alle eingebauten Komponenten und werden nur zur Messdatenerfassung und -übertragung kurz aufgeweckt.

Wie werden die über LoRaWAN übertragenen Messdaten in bestehende industrielle IoT-Plattformen eingebunden?

Die LoRaWAN-Gateways, die die Daten von Geräten wie dem ‚Wilsen‘ empfangen, setzen diese Infos direkt in ein Ethernet-fähiges Protokoll um und leiten diese somit über das Internet direkt an die IoT-Plattform weiter.

Pepperl+Fuchs auf der SPS 2025: Halle 7A Stand 330