Projektanforderungen: An mobilen Durchlaufregalen in der Produktion soll der Füllstand automatisch überwacht werden.
In der Produktionslogistik basiert der Materialnachschub in vielen Unternehmen noch auf etablierten, überwiegend manuellen Prozessen. Zustandsinformationen entlang des Materialflusses – etwa zur Belegung von Stellplätzen, zur Verfügbarkeit von Behältern oder zum Füllstand von Nachschubmaterial – werden häufig durch Sichtprüfung, Laufzettel oder manuelle Eingaben erfasst und weitergegeben. So benötigt beispielsweise ein fahrerloses Transportsystem (FTS/AGV) die Information, ob ein angepeilter Stellplatz belegt oder frei ist, um Material korrekt ein- oder auszulagern. Auch die An- oder Abwesenheit eines Behälters im Lager oder im Bereitstellungsregal stellt eine relevante Information für einen reibungslosen Ablauf dar. Mit zunehmender Automatisierung und flexibleren Logistikkonzepten steigt damit die Bedeutung verlässlicher und zeitnah verfügbarer Zustandsdaten. In bestehenden Anlagenstrukturen mit heterogenen technischen Voraussetzungen ist eine durchgängige Erfassung dieser Informationen jedoch häufig nicht umgesetzt, wodurch Transparenz und Prozesssicherheit im Materialfluss begrenzt sind.
IoT-Partnerlösung : Autark und modular
Mit dem IoT-Funksensorknoten WILSEN gelangt jedoch ein neues Element in die Wirtschaftlichkeitsrechnung. Das Gerät kommt ohne Kabel aus und kann auch als Retrofit installiert werden; es arbeitet autark und bietet eine lange wartungsfreie Betriebszeit. Für die Datenkommunikation nutzt es standardisierte Verfahren, die sich problemlos in eingespielte Prozesse integrieren lassen.
WILSEN ist eine modulare Plattform, die für viele unterschiedliche Messaufgaben eingesetzt werden kann. Ihre Basis bildet die Zentraleinheit mit einer leistungsstarken Lithiumbatterie, die sowohl den angeschlossenen Sensor also auch die komplett autarke Datenkommunikation mit Strom versorgt. Das Gerät nutzt das herstellerunabhängige Long Range Wide Area Network (LoRaWAN), um eine drahtlose Verbindung zur Leitwarte oder einer zugewiesenen IoT-Plattform herzustellen.
Die Zentraleinheit besitzt ein robustes Outdoor-Gehäuse mit der Schutzart IP66/67 und bietet einen Temperaturbereich von ‑25 bis +70 °C. Damit ist sie sowohl für raue industrielle Umgebungen als auch den Außeneinsatz geeignet. Sie ist zudem mit einem integrierten GPS-Empfänger ausgestattet, der die genaue Lokalisierung des Geräts auch an abgelegenen Standorten ermöglicht. Diese Funktion ist vor allem bei der Verwendung an mobilen Einheiten wie Umlaufbehältern oder Baustoffsilos von Bedeutung. Bis zu zwei Sensoren unterschiedlicher Typen lassen sich an die Zentraleinheit anschließen.
Zahlreiche Einsatzoptionen
Die Sensoren können unter anderem für Abstandmessung und Füllstandüberwachung sowie die Lösung weiterer Detektionsaufgaben eingesetzt werden. Bei der Produktvariante WILSEN.sonic ist ein Ultraschallsensor bereits in die Zentraleinheit integriert. Er steht wahlweise mit den Messdistanzen 2,5 m, 4 m sowie 7 m zur Verfügung und kann unter anderem eine Objektanwesenheit (Stellplatz frei/belegt) kontrollieren oder einen Füllstand millimetergenau erfassen. Damit ist das Gerät zum Beispiel für die Füllstandsüberwachung in Umlaufbehältern, isolierten Tanks und Silos sowie von Sammelcontainern etwa für Smart-City-Anwendungen geeignet. Seine Füllstandsdaten liefern die nötige Information, um die Nachschublogistik zu optimieren oder einen unterbrechungsfreien Produktionsprozess zu gewährleisten.
Die Version WILSEN.node ist als universelle Lösung für die Objekterkennung optimiert. Das Gerät erlaubt den Anschluss von zwei Sensoren, die unter mehreren hundert Produkten im umfassenden Portfolio von Pepperl+Fuchs ausgewählt werden können. Da beide Kanäle der Zentraleinheit unabhängig voneinander arbeiten, lassen sich unterschiedliche Sensortypen miteinander kombinieren. So kann man etwa mit einem kapazitiven Gerät nichtmetallische Materialien wie Kunststoffbehälter oder Kartonagen auf einem Bereitstellungswagen detektieren und gleichzeitig mit einem induktiven Sensor die Anwesenheit metallener Objekte beliebiger Größe überwachen. Im Bereich Umwelttechnik/Kommunalbetriebe wird das Gerät auch mit Schwimmer- und Vibrationsgrenzschaltern für die Füllstands- und Pegelmessung kombiniert. Pepperl+Fuchs bietet für WILSEN.node eine breite Palette passender energieoptimierter Sensoren für alle Einsatzarten an.
Eine weitere Produktvariante wurde speziell für die Ventilrückstellungsmeldung von Handventilen entwickelt. WILSEN.valve bietet M12-Anschlüsse für zwei induktive Doppelsensoren (NAMUR- oder 2-Draht-Low-Power-DC-Sensoren), welche die Stellung von zwei 90°-Handventilen erfassen. Dank der standardisierten Anschlüsse können Erstinstallation und Sensortausch sehr schnell durchgeführt werden.
Optimierte Kommunikation mit LoRaWAN
Wo WILSEN-Geräte im Einsatz sind, werden die Zustandsdaten typischerweise in definierten Intervallen detektiert und übermittelt – so häufig wie nötig, so selten wie möglich. Bei den WILSEN-Versionen .valve und .node lässt sich ein zusätzliches Monitoring-Intervall aktivieren, um die Zustände häufiger zu prüfen und jede Änderung sofort nach der Detektion zu melden. Die festen Intervalle werden passend zur Anwendung gewählt, um die Standzeit der Batterie zu maximieren. Sie kann bis zu 10 Jahre erreichen, auch weil LoRaWAN eine äußerst energieeffiziente Datenübermittlung ermöglicht.
LoRaWAN kann Entfernungen von bis zu mehreren Kilometern überbrücken. Neben den Messdaten werden auch Diagnosedaten und Fehlerzustände wie Leitungsbruch oder Kurzschluss, an das übergeordnete System gesendet. WILSEN-Geräte können in jedes LoRaWAN-Netz eingebunden werden. Bei der Nutzung dieses Funktstandards fallen keine laufenden Kosten und Lizenzgebühren an.
Die Netze werden üblicherweise mit reichweitenstarken Gateways in einer Sterntopologie betrieben. Die Daten von den WILSEN-Sensoren werden an diese Gateways geschickt, dann in ein ethernetfähiges Protokoll übersetzt und in konvertierter Form zum LoRa-Netzwerkserver weiterleitet. Dort werden sie entschlüsselt und an einen Applikationsserver zur initialen Verarbeitung übermittelt. Anschließend gelangen die Daten für ihre Auswertung zur vorgesehenen IoT-Plattform. In der Gegenrichtung lassen sich via Fernzugriff durch einen Downlink-Kanal Parametriereinstellungen in den WILSEN-Geräten abfragen oder verändern. Pepperl+Fuchs stellt für diesen Zweck einen kostenfreien Webservice zur Verfügung. Die Inbetriebnahme und Parametrierung vor Ort wird von der intuitiven WILSEN-App unterstützt, die ebenfalls kostenfrei bereitsteht.
Effekte und Nutzen der automatisierten Füllstandsüberwachung
- Batteriebetriebene IoT-Funksensoren in Industriequalität zur Abstandsmessung, Füllstandüberwachung und Lösung verschiedener Detektionsaufgaben
- Breites Sensor-Portfolio mit mehreren hundert Sensoren
- Stromsparender LoRaWAN®-Funkstandard, lizenzfrei und ohne laufende Kosten
- Praktisch wartungsfrei dank hoher Energieeffizienz und langer Batterielebensdauer
- Komplette Funksensoriklösung aus einer Hand, schnell und zuverlässig installiert
Dennis Baden, Account Manager
Mit der modularen IoT-Funksensorplattform WILSEN von Pepperl+Fuchs können die Füllstände und Belegzustände von mobilen Durchlaufregalen vollständig automatisiert und transparent gemacht werden. Die autarken, batteriebetriebenen Sensoren lassen sich als Retrofit ohne Verkabelung in bestehende Anlagen integrieren und liefern über LoRaWAN® zuverlässig Zustandsdaten – genau in den Intervallen, die für Prozesse benötigt werden.
Dank der modularen Varianten wie WILSEN.sonic, WILSEN.node und WILSEN.valve decken wir Füllstand-, Objekt- und Ventilüberwachung mit nur einer Plattform ab. Das sorgt für maximale Flexibilität, eine Batterielaufzeit von bis zu 10 Jahren und eine spürbar höhere Prozesssicherheit im Materialfluss – bei gleichzeitig minimalem Wartungsaufwand und ohne laufende Lizenzkosten.
