- Die Prozessindustrie ist in hohem Maße auf den reibungslosen Betrieb manueller Handventile angewiesen, um den Durchfluss von Flüssigkeiten und Gasen zu steuern.
- Herkömmliche Überwachungsmethoden – beispielsweise manuelle Kontrollen oder verdrahtete Sensorsysteme – erweisen sich aufgrund ihrer Einschränkungen oftmals als unzureichend.
- Mit dem Aufkommen der Lorawan-Technologie zeigen sich batteriebetriebene Sensoren nun als Wegbereiter für die Fernüberwachung manueller Ventile.
Manuelle Handventile, die in der Prozessindustrie häufig zur Regulierung von Flüssigkeitsströmen zum Einsatz kommen, stellen moderne Applikationen vor einige Herausforderungen. Zum einen müssen die Handventile händisch überprüft werden, damit sie in der korrekten Stellung stehen. Diese Arbeit kann sich zeit- und arbeitsintensiv gestalten, was zu Verzögerungen und potenziellen menschlichen Fehlern führt. Zweitens sind die Handventile möglicherweise lediglich begrenzt zugänglich. Zudem befinden sich viele Ventile oft in abgelegenen oder gefährlichen Bereichen. Dies kann die regelmäßige Kontrolle zu einer teuren und unter Umständen gefährlichen Aufgabe machen, welche die Mitarbeitenden persönlich durchführen müssen.
Diese Aspekte lassen sich durch die Nutzung eines elektronischen Überwachungssystems zur Positionsbestimmung entschärfen. Verdrahtete Systeme mit Endlagensensoren können eine gute Lösung für Anlagen darstellen, in denen die Armaturen dicht beieinanderliegen. Befinden sich die Anlagen jedoch in größerer Entfernung zueinander, summieren sich die Kosten für die Verkabelung schnell. Als Lösung für diese Herausforderung bietet sich die Verwendung batteriebetriebener Sensoren an. Allerdings muss in diesem Fall ein Gleichgewicht zwischen der Langlebigkeit und Funktionalität der Sensoren gefunden werden, um die Informationen über die Ventilpositionen stets zuverlässig zur Verfügung zu stellen und die Batterien nicht regelmäßig zu wechseln sind. Eine lorawanbasierte manuelle Ventilüberwachung löst genau diese Anforderungen. Doch worum geht es bei dieser Technologie genau?
Drahtloses Kommunikationsprotokoll mit geringem Energieverbrauch
Beim Long-Range Wide-Area-Network (Lorawan) handelt es sich um ein drahtloses Kommunikationsprotokoll, das für die Datenübertragung zwischen weit voneinander entfernten Geräten entwickelt worden ist und dazu nur wenig Strom verbraucht. Die Technologie besteht aus Sensoren, Gateways sowie Netzwerk- und Anwendungsservern. Die Sensoren lassen sich an öffentliche Lorawan-Netze anschließen. Darüber hinaus kann zum Hosten und Verbinden aller Geräte eine private Infrastruktur eingerichtet werden. Das macht die Technologie skalierbar und kosteneffizient.
Deutliche Reduzierung von Arbeits- und Installationskosten
Der Einsatz von batteriebetriebenen Lorawan-Sensoren bringt zahlreiche Vorteile mit sich, die die Effektivität der manuellen Kontrolle von Handventilen erheblich verbessern. Ein wesentlicher Nutzen liegt in der Bereitstellung von Echtzeit-Überwachungsfunktionen: Im Fall einer Änderung aktualisieren die Sensoren den Ventilstatus sofort, sodass der Bediener schnell auf unerwartete Ereignisse reagieren kann und einen exakten Überblick über den tatsächlichen Zustand der Anlage hat.
Das Konzept des Fernzugangs erweist sich als besonders wichtiger Aspekt von Lorawan-Sensornetzen: Der Anlagenbetreiber kann einfach auf manuelle Ventile zugreifen, die in abgelegenen, weit verstreuten oder gefährlichen Bereichen installiert sind, ohne dass ein Mitarbeitender deren Zustand händisch kontrollieren muss. Das ermöglicht eine hohe Transparenz im Feld bei geringerer Belastung des Personals.
Ein lorawanbasiertes System eröffnet außerdem viele Optionen zur Einsparung von Kosten: Neben den Arbeits- lassen sich die Installationskosten ebenfalls erheblich senken. Bei einer kabelgebundenen Überwachungslösung können die Kosten aufgrund der erforderlichen umfangreichen Verkabelung in die Höhe schnellen. Kosteneffizienz steigert hier die Gesamtkapitalrendite von Unternehmen, die effiziente Ventilüberwachungsansätze implementieren möchten.
Einer der Schlüssel zur optimalen Eignung der Lorawan-Technologie für die beschriebene Anwendung besteht in der langen Batterielebensdauer der Sensoren. Wenn die Batterien seltener ausgetauscht werden müssen, verringert sich der Wartungsaufwand entsprechend. Da die Geräte keine aktive Verbindung aufrechterhalten, lassen sie sich so konfigurieren, dass sie sich lediglich dann melden, wenn sich die Position eines Ventils ändert. Oder die Sensoren sind derart eingestellt, dass sie in regelmäßigen Abständen ihren aktuellen Zustand liefern, um eine ordnungsgemäße Funktion sicherzustellen. Der daraus resultierende geringe Stromverbrauch der Geräte trägt zu längeren Betriebszeiten mit einer einzigen Batterie bei, wodurch die Notwendigkeit häufiger Batteriewechsel minimiert und der Wartungsaufwand gesenkt wird.
Und schließlich ist die einfache Installation der Sensoren nicht hoch genug einzuschätzen. Das Entfallen einer komplexen Verkabelung und die direkt am Handrad montierten Sensoren führen zu minimalen bis keinen Ausfallzeiten oder Prozessunterbrechungen für deren Anbringung. Die Kombination aus einfacher Einrichtung und den zuvor genannten Vorteilen machen batteriebetriebene Lorawan-Sensoren zu einer praktischen Lösung zur Kontrolle von ferngesteuerten Handventilen in der Prozessindustrie.
Direkte Interaktion über eine Benutzeroberfläche
Wie bereits erwähnt, setzt sich ein Lorawan-System aus fünf Bestandteilen zusammen: Sensoren, Gateways, dem Netzwerk- und Anwendungsserver sowie Benutzerschnittstellen. Die Sensoren, die sich batteriebetrieben oder extern speisen lassen, sammeln Daten aus dem Feld, die an ein öffentliches oder privates Lorawan-Netzwerk übertragen werden. Gateways bilden die Sammelpunkte für das Netzwerk, an denen die drahtlosen Sensordaten empfangen und zur weiteren Verarbeitung an zentrale Server übermittelt werden. Der Netzwerkserver erhält die Daten von den Gateways und führt eine erste Verarbeitung durch. Der Anwendungsserver dekodiert die Lora-Pakete und stellt die Daten in einer Datenbank zur Verfügung, die sich von anderen Tools abfragen lässt.
Letztlich fordert die Benutzerschnittstelle Daten vom Anwendungsserver an und baut eine Oberfläche auf, über die ein menschlicher Nutzer direkt interagieren kann, um den Zustand des Systems zu sehen und zu steuern. Alle Teile bilden zusammen die Grundlage für ein robustes Netzwerk von Sensoren, die ihre Daten für die Nutzung durch andere Überwachungs- und Analyseanwendungen zentralisieren.
Einfache Integration weiterer Datenquellen
Zahlreiche dieser Teile des Lorawan-Systems können in einer entfernten Cloud- oder On-Premise-Server-Infrastruktur laufen. Hier bietet sich die Grovez.io-Plattform von Phoenix Contact als zentraler Knotenpunkt an, der den Netzwerk- und Anwendungsserver sowie die themenspezifischen Benutzeroberflächen für die Anwender an einem Ort zusammenfasst. Die Plattform dient als einziges Fenster für die Endnutzer, über das sie mit den Daten ihrer Lora-Geräte sowie mit weiteren Arten von IIoT-Daten interagieren können.
Als Backend für die Benutzerschnittstelle lassen sich abgesehen von den Lorawan-Anwendungsservern auch verschiedene Datenquellen integrieren. MQTT und REST sind bekannte Schnittstellen, die ebenfalls in der gleichen Anwendung unterstützt werden können. Die Plattform eignet sich damit für die Integration von anwendungsspezifischen und allgemeinen Anwendungsfällen in moderne IIoT-Projekte.