Das Internet der Dinge erreicht den Container

IIoT-Lösung zur Füllstandmessung und Bestandsmanagement von IBC

12.05.2020 Den aktuellen Bestand an Chemikalien in mobilen Containern (IBC) zu erfassen, ist eine der vielversprechenden Anwendungen für Sensoren im Internet der Dinge (IIoT). Ein neues, energieautarkes Radar-Füllstandmessgerät in Kombination mit einer Cloudlösung ermöglicht es nun, stets den Überblick zu behalten.

Als Sensor agiert das 80-GHz-Füllstandsmessgerät Micropilot FWR30, das in einem unscheinbaren, grauen Gehäuse steckt, welches auf den IBCs mithilfe eines Montagekits installiert wird. Intermediate Bulk Container – kurz IBC- sind stapelbare Container, die in vielen Industrien für die Lagerung und den Transport von Flüssigkeiten verwendet werden. Für sie gibt es zahlreiche Anwendungen in der Chemie und in der Lebensmittelindustrie, auch in der Wasser- und Abwasserwirtschaft sind sie weit verbreitet. Gemein ist all diesen Behältnissen, dass sie oft dezentral genutzt und mehr oder weniger häufig transportiert werden, um sie zum Beispiel neu zu befüllen. Beispiele für Medien in IBC sind Reinigungsmittel, Zusatzstoffe, Verflüssiger für Beton oder Fällmittel zur Phosphatfällung in Kläranlagen. Diese Flüssigkeiten sind in manchen Fällen auch verderblich und werden deshalb nur in kleinen Mengen vorgehalten.

Messwerte, wo vorher nur Vermutungen möglich waren

Das Messgerät wird mittels Montagekit auf den IBC installiert. Bild: Endress+Hauser

Das Messgerät wird mittels Montagekit auf den IBC installiert. Bild: Endress+Hauser

Für all diese Anwendungen konnten Betreiber der IBC bisher nur schätzen, wie die Füllstände in den Behältern sind, da sie nicht automatisch ermittelt werden konnten. Dies gilt auch für die Gruppe der Supplier und Distributoren, die die Verfügbarkeit von in IBC gelagerten Medien an Produktionsstandorten sicherstellen sollen. Sollten die Füllstände dennoch bestimmt werden, mussten Mitarbeiter periodisch alle IBC anfahren und die Pegelstände manuell bestimmen – eine sehr zeitintensive Arbeit, die zudem auch keine tages-, stunden- oder gar minutengenauen Daten lieferte. Für die Betreiber ist es jedoch sehr wichtig, Transparenz über die Füllstände oder Bestände zu erlangen. Üblicherweise kommen die IBCs an Orten zum Einsatz, wo keine Kabelverbindungen zum Prozessleitsystem bestehen, hier waren Messungen bisher nicht möglich, bzw. ein Verlegen von Kabeln extra für die Füllstandsmessung nicht wirtschaftlich.

Mit dem Radargerät ist es nun in Verbindung mit dem IIoT-Ökosystem Netilion erstmalig möglich, jederzeit und von überall auf die Füllstände zuzugreifen und zudem zu wissen, wo sich der Behälter befindet. Das kabellose Gerät läuft im Batteriebetrieb mit einer Batterielebensdauer von bis zu 15 Jahren.

Drei Minuten bis zur digitalen Messstelle

Die Einrichtung und Digitalisierung der Messstelle ist durch das Gerätedesign und die Cloud-Anbindung per Mobilfunk denkbar einfach und schnell erledigt – auch im Vergleich mit dem Aufwand zur Inbetriebnahme einer herkömmlichen Füllstandsmessstelle mit Einbindung in ein Prozessleitsystem. Nach ca. dreiminütiger Installations- und Einrichtungsarbeit stehen die Daten visuell aufbereitet zur Verfügung, sind in der Cloud verfügbar und je nach Bedarf in verschiedenen Anwendungen nutzbar. Die Installation geht auch deshalb so schnell vonstatten, weil das Gerät komplett drahtlos arbeitet und keine Verkabelung nötig ist. Bei Bedarf kann das Gerät auch wieder vom IBC demontiert werden, z. B. für den Batteriewechsel. So lässt sich mit wenig Aufwand eine intelligente Bestandsüberwachung von Flüssigkeiten bewerkstelligen.

Für die berührungslose Messung kommt die 80-GHz-Radar-Technologie zum Einsatz. Der Mikrowellenstrahl des Geräts dringt dabei durch die Plastik-Behältnisse und liefert einen sehr zuverlässigen Messwert, auch durch Schaumbildung im Behälter wird der Wert nicht beeinträchtigt. Neben dem Füllstands-Messwert ermittelt das Gerät auch die Position über die Mobilfunkzelle. Dies funktioniert auch dann sehr zuverlässig, wenn viele IBCs übereinandergestapelt werden. Des Weiteren verfügt das Radargerät zusätzlich über einen Temperatursensor zur Messung der Außentemperatur. Auch der Batteriestatus wird in die Cloud übermittelt.

Die Datenübertragung erfolgt über das Mobilfunknetz. Die Messdaten sowie die weiteren erfassten Informationen werden dann in die Cloud gespielt und sind von dort aus mit mobilen Endgeräten oder stationären Desktop-Rechnern jederzeit und von überall abrufbar. Weitere Geräte oder eine separate Verkabelung sind für die Cloudanbindung nicht nötig, die Messlösung funktioniert als „Cloud-only“-Ansatz gänzlich ohne ein Prozessleitsystem.

IIoT-Ökosystem: Software für verschieden Anwendungsfälle

Ein wesentlicher Bestandteil der Lösung zur Füllstandsmessung in mobilen Behältern ist das IIoT-Ökosystem Netilion, das auf die in der Cloud gespeicherten Daten zugreift und diese für verschiedene Anwendungsfälle aufbereitet bzw. sie als Basis für weitergehende Berechnungen verwendet. Bei Netilion werden die Anwendungen in einem „Freemium“-Modell angeboten, bei dem die Einbindung von bis zu 15 Messstellen gratis ist. Erst darüber hinaus fallen für weitere Messstellen Kosten an.
Nutzer können flexibel aus einem breiten Dienstleistungsportfolio, bestehend aus den drei Bausteinen Netilion Value, Netilion Inventory (demnächst verfügbar) und SupplyCare Hosting wählen und die Leistung sukzessive an die eigenen Anforderungen anpassen.

Der einfachste Anwendungsfall ist die Digitalisierung von Füllstandsmessstellen, um eine Übersicht über die Messwerte in verschiedenen IBCs zu erhalten. Diesen Anwendungsfall deckt die erste Ausbaustufe ab. Hier lassen sich Messstellen einfach in Betrieb nehmen, die Daten über die Pegelstände werden übersichtlich visualisiert. Der Funktionsumfang erstreckt sich sowohl über aktuelle als auch über historische Messdaten, sodass sich auch eine Entwicklung der Füllstände ablesen lässt. Außerdem sind Informationen über die Position der Tanks, den Geräte- und Batteriezustand sowie über die Umgebungstemperatur abrufbar. Es lassen sich des Weiteren Alarmpegel einrichten. Wenn diese frei definierbaren Minimal- oder Maximalfüllstände erreicht sind, wird der Anwender darüber informiert. Zusätzliche Messstellen lassen sich mit wenigen Klicks hinzufügen, die Daten sind jeweils sofort nach der Inbetriebnahme einsatzbereit.

Einen im Vergleich erweiterten Funktionsumfang bietet der Inventory-Baustein: Über die einfache Anzeige von Messwerten hinaus ermöglicht dieser auch ein einfaches und übersichtliches Bestandsmanagement. Dieses wird z. B. mit einer Funktion zur Volumenberechnung der IBCs realisiert. Zudem können damit Forecasts zu den Füllständen generiert und die freien Lagerkapazitäten errechnet werden. Somit bietet diese Applikation ein Mehr an Informationen über den Status von Tanks, Silos und Behältern.

Umfassendes Bestandsmanagement

Anwender, die ein Monitoring komplexer Logistikketten anstreben und die Messdaten ggf. auch an Dritte wie Lieferanten, Kunden oder Partnern weitergeben möchten, finden in Supplycare Hosting ein leistungsfähiges Tool. Dieses bietet zusätzlich ein rollenbasiertes Usermanagement und die Anpassung der Zugriffsrechte Dritter. Neben der Anzeige einer Ereignishistorie ermöglicht das Sysstem auch eine Übersicht und Auswertung von Leistungskennzahlen wie dem Durchschnittsbestand, der Effizienz oder der Umschlagshäufigkeit der gelagerten oder transportierten Flüssigkeiten. Für eine Steigerung der Effizienz von Logistikprozessen ermöglicht das Bestandsmanagement-System eine anwenderfreundliche Bedarfsplanung. Ein weiteres Leistungsmerkmerkmal dieser Softwarelösung ist es, dass die Daten mit allen gängigen ERP-Systemen synchronisiert werden können.

Fazit: Die kabellose Lösung zur Digitalisierung von Füllstandsmessstellen mit dem 80-GHz-Radarfüllstandsmessgerät in Verbindung mit dem IIoT-Ökosystem ist denkbar einfach. Speziell für IBC im mobilen Einsatz bietet das gestaffelte Angebot skalierbare Lösungen für verschiedene Anwendungsszenarien.

Heftausgabe: Juni-Juli 2020

Über den Autor

Florian Kraftschik, MarCom Manager Media Relations, Endress+Hauser Messtechnik
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