IoT mérőrendszer a nyomásmérésben

Teljes sebességgel robog a világ az átfogó digitalizáció felé. Hogyan juthatunk előre ezen az úton és egyáltalán: mi a helyes irány a cégünk számára? A KELLER AG für Druckmesstechnik több mint 45 éves tapasztalattal rendelkezik az adatok rögzítésében és feldolgozásában. A vállalat a nyomásérzékelőktől a kész webalkalmazásig terjedő portfóliója segít megtalálni a saját utat egy testreszabott IoT-megoldás felé.

Az Ipar 4.0 és a Smart City koncepciók a nyomásérzékelő és -mérő megoldások digitalizálásának mozgatórugóinak számítanak. A digitalizálás középpontjában a folyamatok hatékonyabbá tételének szándéka és szükségessége áll.

A digitalizáció felé vezető út az adatok – többnyire érzékelőkkel végzett – rögzítésével kezdődik. A nyomásérzékelők a mért értékeket is rögzítik. Gépek, tartályok és töltöttségi szintek esetében ez állapotmérés formájában történik. A tavak, folyók és a talajvíz esetében a szinteket mérik. A mért objektumok az Internethez csatlakoznak, az adatokat a felhőbe mentik le és rendszerint vezeték nélküli eljárással, rádiójelek formájában továbbítják. A folyamatban a legújabb technológiákat, például a LoRaWAN-t, vagy a mobil kommunikációt (NB-IoT, LTE-M) is használják. Az adatok végül minden lehetséges végberendezésen – például számítógépeken, tableteken és mobiltelefonokon – lekérdezhetők. A tárgyak és objektumoknak ezen internetes környezetét a Dolgok Internetének (röviden IoT) hívjuk.

Átfogó IoT szolgáltatási csomag

A KELLER AG für Druckmesstechnik a leírt módon kínál átfogó megoldást a legújabb technológiákon alapuló IoT mérőrendszerre. Ez a fajta mérési megoldás lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy különösebb erőfeszítés nélkül és alacsony beruházási igénnyel induljon el a digitalizáció irányába:

• Nincs szükség szoftveres megoldások és hardverek létrehozására,
• Egy működő és kipróbált rendszer a mérési adatok rögzítéséhez,
• Nincs szükség külön képzésre a technológiák használatához.

A KELLER mérőrendszert úgy alakították ki, hogy a mérőlánc minden eleme egyedi interfészt kapjon. A nyílt és jól dokumentált felhő API-nak (Application Programming Interface) köszönhetően a felhasználó beépítheti a mérési adatfeldolgozó rendszert a saját információs rendszerébe, így pontosan onnan indulhat ki, ahol a digitalizáció legnagyobb előnyei mutatkoznak. A KELLER az összes egyedi interfészt elérhetővé teszi, hogy a felhasználók szabadon választhassanak a megvalósítás szempontjából, hogy a teljes rendszert, vagy csak annak részeit kívánják-e beállítani.

Az, hogy ez a vertikális integráció milyen mélyen valósul meg, az adott alkalmazástól függ, és magában foglalja a költségek, valamint az előnyök mérlegelését. A legalacsonyabb integrációs szint alatt a nyomásérzékelő jelének a meghatározását értjük. Az alábbi grafikon az egyes integrációs szinteket mutatja a 9L nyomásérzékelő szériától a KOLIBRI Cloud webalkalmazásig:

Tesztelje a Keller IoT mérőrendszert:

• KOLIBRI Cloud webalkalmazás: kolibricloud.ch
• Költséghatékony vízkezelési alkalmazások: keller-druck.com/en/industries/water-and-environment

Digitalizálás lépésről lépésre (KELLER példákkal és termékekkel)

1. Az adatrögzítési / mérési pontok megadása a POC (koncepció igazolása) számára Rendelkezésre álló szintmérő pont
2. Egy megfelelő nyomástávadó megadása olyan követelmények alapján, mint a pontosság, a közegek kompatibilitása stb. 36XW szintérzékelő sorozat a talajvízszintekhez
3. A LoRaWAN vagy a mobil kommunikáció átviteli technológia kiválasztása ADT1-Tube távoli adatátviteli egység LoRaWAN-hoz vagy ARC1-Tube mobil kommunikációhoz Megjegyzés: Ellenőrizze, hogy milyen hálózati lefedettség áll rendelkezésre a kiválasztott technológia mérési pontján. A kiválasztott mérési pontoknak a lehető legközelebb kell lenniük a rendszerért felelős személyhez, így hiba esetén az eltérés a helyszínen megtalálható és orvosolható. A rögzített mért értékek ellenőrzését a mérési helyen történő működés közben is el kell végezni.
4. A mérési pontok egy grafikus ábrázolás segítségével a felhőben néhány hétig történő működtetése és felügyelete KOLIBRI Cloud
5. Bővítse a mérőrendszert (POC) további, esetleg technikailag kritikus mérési pontokkal és az esetleges eltérések szoros figyelemmel kísérésével Szintmérő pontok rossz vételi lehetőségekkel vagy műszaki mérési problémákkal Status quo: E kibővített koncepció szerint a teljes rendszert az alapoktól kezdve ki kell értékelni és fel kell mérni, hogy az eredmények megfelelnek-e az elvárásoknak. Egészen eddig a szakaszig a KELLER IoT mérőrendszere csekély befektetés mellett használható. Most azt kell felmérni, hogy a rendszer a jelenlegi állapotában is megfelel-e, vagyis lezárult-e a digitalizációs projekt, vagy kívánatos-e a rendszer mélyebb integrálása a vállalati szoftverbe.
6. Automatikus adatszinkronizálás a mérőrendszer és a vállalat saját felhője között API szoftver interfész Megjegyzés: A vállalat saját szoftverének szolgáltatói gyakran nem ismerik az IoT mérési adatok előállításának folyamatát. A KELLER sokéves tapasztalata segít abban, hogy a külső rendszerben rögzített mérési adatokra egyértelmű és konkrét funkcionális követelmények fogalmazzunk meg.
7. Teljes vertikális integráció Nyomásérzékelő vagy -távadó, távoli adatátviteli egység, KOLIBRI Cloud

Nyitott interfészek a teljes mérési lánc minden eleméhez

A nyomásérzékelő jelének digitalizálása

A nyomásérzékelő jeleit elektronikus áramkör segítségével dolgozzák fel és digitalizálják. Ez azt jelenti, hogy számokká (nyomássá) alakítják át, amely egy interfészen keresztül kérhető le. A nyomásérzékelőről a nyomás és a hőmérséklet mellett további hasznos információkat is le lehet kérdezni.

Sok esetben a folyamat elején túl kevés figyelmet fordítanak arra, hogy pontos, stabil és megbízható érzékelőt válasszanak ki. Az adatokat rögzítő érzékelő a rendszer egyik legfontosabb része, mivel ezen adatok alapján születnek a döntések és az intézkedések:

• A gép kikapcsolása,
• A tartály feltöltése,
• Túl alacsony a talajvízszint = jelzés, hogy nincs ivóvízellátás!
• Túl magas a talajvízszint = figyelmeztetés áradásra!

A teljes mérési lánc elején található szenzor tehát legnagyobb mértékben befolyásolja az adatok minőségét, ezért a mérőrendszer követelményeinek megfelelően kell kiválasztani vagy megtervezni.

A KELLER kifejezetten az adott alkalmazáshoz és követelményhez kifejlesztett és tesztelt nyomásérzékelőket kínál. A felhasználó saját hardverével használt nyomástávadókkal végzett adattovábbításhoz a KELLER az RS485 vagy I2C interfészek kommunikációs protokolljait ajánlja. Azoknál az alkalmazásoknál, amelyek szabványos kimeneti jel nélküli nyomásérzékelőt kell használni, a kalibrációs adatok az érzékelőhöz kerülnek.

Távoli átvitel

A digitalizálás másik fontos része a rögzített adatok továbbítása. Az érzékelők gyakran olyan helyeken helyezkednek el, amelyek messze vannak a központi gyűjtő- és kiértékelő ponttól, vagy az érzékelők nem csatlakoztathatók a helyi kommunikációs hálózathoz.

A Dolgok Internete (IoT) egy globális hálózat, amely lehetővé teszi az adatok az interneten keresztül végzett cseréjét. Ez többek között azt jelenti, hogy világ különböző pontjain keletkező szenzoradatok egyetlen rendszerben (felhőben) egyesíthetők. A funkció előfeltétele, hogy a készülék, a gép vagy az érzékelő hozzáférjen az internethez. A KELLER mérési megoldásához autonóm, akkumulátorral működtetett IoT eszközöket használunk, amelyek különféle rádióinterfészeken keresztül továbbítják az adatokat.

Az egyszerű telepítés egyik előnye, hogy nincs szükség kábelezésre, és a mérőeszközöket nem kell beépíteni a vállalati kommunikációs hálózatba. Annak érdekében, hogy az eszközök és akkumulátoraik több éves élettartammal rendelkezzenek, az intelligens, energiatakarékos, valamint hosszú, 15 km-nél is nagyobb átviteli hatósugarú elektronikai rendszer mellett szabványosított rádiótechnológiákat (LoRaWAN, valamint 2G, 3G, 4G, NB-IoT, LTE-M mobil kommunikáció) használnak. A LoRaWan vagy a mobil kommunikáció használata az adatrögzítés követelményeitől vagy a helyszínen elérhető rádió lefedettség típusától függ.

Az adatok mindkét rádiórendszerben kétirányúan cserélhetők. Ez nem csak azt jelenti, hogy a mért értékeket a mérési pontról a központi gyűjtőpontra (felhő) lehet küldeni, hanem a központi gyűjtőpontról is lehet kommunikálni az egyes mérési pontok felé. Az eszközzel folytatott kommunikáció konfigurációs értesítésekre használható, például távolról is megváltoztatható a mérési intervallum. A KELLER eszközök LoRaWAN (ADT1), valamint mobil kommunikációs eszköz (ARC1) kommunikációs felülete jól dokumentált, és egy szoftver mintakód integrálható a vállalat saját alkalmazásába.

Minden eszközt úgy alakítottak ki, hogy eszközökre szoftverfrissítést lehet telepíteni. Ez rendkívül hasznos a rádiós technológiák kiterjesztése vagy a vezeték nélküli protokollok módosítása kapcsán. Az adatátvitelre szolgáló ARC1 mobil kommunikációs eszköz elektronikája moduláris felépítésű, és a jövőbeli technológiai változások esetén lehetővé teszi a rádió modul cseréjét, így az átviteli eszköz kis beavatkozással, az egész készülék cseréje nélkül is alkalmazható a legújabb mobil kommunikációs generációhoz.

A LoRaWAN átvitel jellemzői

• Az adatokat az interneten a hálózati szerverhez kapcsolt átjárókon (antennákon) keresztül cserélik. A mérési adatokat a hálózati szerverről a KOLIBRI Cloud szolgáltatásba továbbítják, vagy az alkalmazás a hálózati szerverről fér hozzá az adatokhoz. Az egyes mért értékeket a lehető legrövidebb időközönként, körülbelül 10 percenként továbbítják.
• Az átvitel általában annak megerősítése nélkül történik, hogy sikeres volt-e.
• A LoRaWAN révén a rádiós továbbítás nyilvános (gyakran a mobilkommunikációs szolgáltatókhoz tartozó) hálózatokon, magánhálózatokon (egy város saját hálózatán), vagy nyitott hálózaton, például a The Things Network (TTN) keresztül történik.
• A terep adottságaitól függően legfeljebb 15 km átviteli távolság.
• A SIM-kártya / átviteli eszköz nélküli működést regisztrálni kell a hálózatban.
• Ingyenes rádiófrekvencián keresztüli küldés. Mindenki létrehozhatja saját rádiórendszerét.
• Továbbra sincs globális rádióhálózat.

A mobilkommunikációs adatátvitel (2G 3G 4G / NB-IoT LTE-M) jellemzői

• Az adatok cseréje a KOLIBRI Cloud szolgáltatással szabványosított folyamatok, például FTP vagy e-mail útján történik; nem számít, hogy melyik technológiát használják (2G 3G 4G / NB-IoT LTE-M).
• Rengeteg mért érték rögzíthető rövid (1 perces) időközönként. Az adatokat rendszerint olyan adatcsomagban továbbítják, amelyek több mért értéket tartalmaznak.
• Az adatokat mindig az átvétel visszaigazolásával továbbítják. Az adó így látja, hogy az átvitel sikeres volt-e.
• A rádióadás csak a mobilkommunikációs szolgáltatók hálózatait használja.
• A terep adottságaitól függően 15 km vagy annál nagyobb átviteli hatótáv.
• SIM-kártyával működik.
• Engedélyezett rádiófrekvenciákon keresztül küldik. Ezeket a rádióhálózatokat csak mobilkommunikációs szolgáltatók üzemeltethetik.
• Világméretű kommunikációs rendszer.

Biztonság

Az adatokat titkosított formában továbbítják LoRaWAN és mobil kommunikációval a mérési ponttól a felhőig. Ennek során az elérhető kriptográfiai folyamatokat használják. A titkosítás nagyobb adatátviteli sebesség és a rendelkezésre álló titkosítási típusok miatt a mobilkommunikációban erősebb lehet.

A KELLER KOLIBRI Cloud lehetővé teszi a mérési adatok egyszerű és kényelmes elérését saját személyes bejelentkezéssel és SSL titkosítással. A KOLIBRI Cloud webalkalmazással az adatok anélkül állnak rendelkezésre, hogy adatbázist kellene létrehozni és fenntartani. A mért adatok pillanatok alatt megjeleníthetők grafikus formában, az exportálás pedig lehetővé teszi az adatok Excel vagy CSV fájlként történő letöltését. A mérési pontok az integrált riasztórendszerrel egyszerűen és hatékonyan felügyelhetők. Figyelmeztetésként például e-mail küldhető, ha emelkedik a vízszint vagy lemerül az akkumulátor.

A felhőszoftver interfész (API) lehetővé teszi egy másik szoftverrendszer mért értékeinek standardizált JSON formátumban történő előhívását HTTPS-en keresztül. Így az adatok folyamatosan átvihetők a vállalat saját szoftverrendszerébe, hatékonyabbá téve ezáltal a folyamatokat, ami végső soron az IoT-vel való digitalizálás célja.

A KELLER a szoftverfejlesztőknek átfogó dokumentációt biztosít az alkalmazásprogramozási interfészről.

Keller AG
A cikk a NEW technology magazin 6. számában jelent meg eredetileg.