Am Anfang steht der Sensor

Das Internet of Things, kurz IoT, ist ein teilweise umstrittener Begriff. Es befindet sich jedoch schon heute täglich um uns herum – bewusst oder unbewusst. Wird die TV-Aufzeichnung oder das Licht zu Hause vom Smartphone gesteuert, befinden wir uns mit hoher Wahrscheinlichkeit in einem Smart Home. Organisiert sich ein Unternehmen mit automatischen, personenunabhängigen Prozessen, ist die Rede von Smart Factory oder Industrie 4.0. Doch unabhängig vom Anwendungsbereich, überall ist der Sensor der wichtigste Datenlieferant und somit auch das Herzstück des IoT-Prozesses. IoT-Prozesse entwickeln sich stetig weiter. Folgende Beispiele sollen zeigen wie ein Prozess des Internet of Things mit Drucksensoren gelöst werden kann.

Neben Wasser und Getränken gehören auch Brennstoffe zu den Flüssigkeiten, die sich sehr gut für die Verwaltung mit automatisierten, smarten Prozessen eignen. Die Fernüberwachung der Füllstände bei Heizöl-, Diesel- und Benzintanks kann für Mineralölkonzerne eine große Unterstützung sein. Aber auch Tankstellenbesitzer und Immobilienverwalter können von der Technik profitieren. Dafür entwickelte das Unternehmen Keller in Zusammenarbeit mit einem Schweizer Mineralöllieferanten das Fernüberwachungssystem Easyoil. Dieses System hat sich, laut Angaben des Drucksensorherstellers, auf dem Markt etabliert und ist in 80 Prozent der Vertragsabschlüsse für Heizöllieferungen das entscheidende Kaufargument. Ob Wasser, Bier oder Öl ist dabei vollkommen unerheblich. Denn der Bestellprozess läuft immer gleich ab, wie auch bei der automatischen Biertank-Nachfüllung (ke NEXT berichtete dazu in Ausgabe 10 und auf ke-NEXT.de).

Der Druck und damit der Ölstand wird an der untersten Stelle des Tanks gemessen. Entsprechend der Tankform wird der aktuelle Inhalt in Liter berechnet und die Daten schließlich über GSM übermittelt. Eine Besonderheit dieser Anwendung ist die kundenspezifische Software. Sie enthält neben den gängigen Angaben zu Füllstand,
Verbrauchs- und Bestellhistorie zusätzlich Ölpreise, die zweimal täglich aktualisiert werden. Das ermöglicht einen besseren Bestellprozess, denn so können Vorräte dann angelegt werden, wenn der Ölpreis niedrig oder der Tankwagen gerade in der Nähe ist.

Bei der Füllstandsüberwachung an Tankstellen wird die Fernübertragungseinheit GSM-3 verwendet. Diese Einheit wird zusätzlich mit einer Box, die Sicherheitsbarrieren enthält, erweitert. Denn 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 dabei die abgegebene elektrische Leistung des Messsystems innerhalb der explosionsgefährdeten Zone (Ex-Zone) und verunmöglicht auf diese Weise die Entstehung eines Funkens.

Explosionsgefahr ist auch ein wichtiges Thema bei Chemikalien. In den Lagern von Chemieherstellern und -distributoren befinden sich zahlreiche verschiedene Chemiefässer, darin lagern die unterschiedlichsten explosiven und gesundheitsschädlichen Inhalte. Der Füllstand von Chemiefässern wird bisher in den meisten Fällen weder gemessen, noch außerhalb des Fasses optisch angezeigt. Es besteht natürlich die Möglichkeit, einen medienverträglichen Schwimmer einzubauen. Jedoch reicht ein solcher Schwimmer nicht aus, um einen sicheren Transport zu garantieren. Denn damit lassen sich die Tankinhalte während des Transports nicht permanent kontrollieren. Genau diese Kontrolle ist jedoch sehr wichtig, damit eine normengerechte Lieferung auch garantiert werden kann.

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 auch in dieser Anwendung mit zwei Drucksensoren gemessen. Da das Fass unter Druck steht, wird der Differenzdruck zwischen dem Fassdeckel und dem Fassboden ermittelt, womit der Pegel berechnet werden kann. Keller hat dafür eine Lösung entwickelt, die den Tank in seiner ursprünglichen Form belässt.

Dazu wurden im Innenbereich des Fasses zwei kompakte Druckaufnehmer der Serie 7 LD eingebaut. Diese digitalen Sensoren bieten neben den oben genannten Vorteilen zusätzlich die Temperaturinformation, welche für die Überwachung von Chemikalien ebenfalls sehr hilfreich ist. Schließlich übermittelt eine Fernübertragungseinheit die aufgezeichneten Daten. Mit der Anbindung an das Internet of Things können weitere Informationen zugänglich gemacht werden, wie beispielsweise der genaue Standort des Fasses.

Neben Füllstandüberwachungen kann auch die Kraftmessung an Bauwerken mittels Sensoren smart beobachtet werden. So auch die Aufzeichnung der Lastverteilung von Brücken. Der Verkehr auf der Straße ist keine konstante Größe und gerade der wachsende Anteil der LKWs belastet Brücken stark. Auch das Gelände ist kein statisches Element. Schließlich bewegt sich wegen der Plattentektonik so ziemlich alles auf unserer Erde und verändert damit den Untergrund. Deshalb muss damit gerechnet werden, dass sich die Lastverteilung einer Brücke verändert. Um hier Sicherheit zu gewährleisten, ist es also notwendig, dass Veränderungen in der Lastverteilung mit Sensoren überwacht und erkannt werden. Bisher wurde die Brückenlast bei den Brückenlagern mit einem mechanischen Indikator dargestellt, der vor Ort abgelesen werden musste.

An diesem zentralen Kraftpunkt der Brücke hat das Unternehmen 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 genau ins Brückenlager integriert.

Das GSM-Modul liest die Daten direkt über eine digitale Schnittstelle aus. Sollten vorher definierte Messwerte überschritten werden, sendet das Gerät eine Warnmeldung an die Verantwortlichen. Der Einsatz von besonders langlebigen, edelstahlgekapselten Drucksensoren soll jahrzehntelange Messstabilität und Funktionssicherheit garantieren. 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.

So bringt das Internet der Dinge smarte Lösungen, die helfen das Leben sicherer zu machen und Prozesse zu verbessern und schlanker zu gestalten. Auch ermöglichen sie es Informationen zeitnah zu erhalten, die bisher nicht verfügbar oder nur schwer zu ermitteln waren. Viele Wege führen zum IoT, aber sie beginnen immer bei einem Objekt und einem Sensor. ssc