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DER KONSTRUKTEUR 6/2019

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SENSORTECHNIK KRÄFTE

SENSORTECHNIK KRÄFTE UNTER KONTROLLE Autor: Patrick Bernauer, Produktmanager für Kraft- und Dehnungssensoren, X-Sensors AG, Diessenhofen, Schweiz Dehnungssensoren und Dehnungsaufnehmer kommen bei statischen sowie dynamischen Anwendungen zum Einsatz und erfassen Prozesskräfte, die auf eine Konstruktion wirken. Eine Übergabe dieser Messdaten aus den Datenloggern per MQTT-Protokoll an eine Cloud ermöglicht vielfältige Anwendungen. stelle zwischen Sensor und Cloud, der MQTT-Messverstärker, wird hierzu per Funk mit dem Internet verbunden. Für diese Funkverbindung steht wahlweise das neue, auf Mobilfunk gestützte Narrowband IoT oder ein klassischer WLAN-Adapter zur Verfügung. Das Narrowband IoT eignet sich hervorragend für die Übertragung von kleinen Datenmengen über große Entfernungen. Dieser speziell für IoT-Applikationen etablierte Standard weist bereits jetzt eine sehr hohe Abdeckung auf, da es auf bestehende Mobilfunknetze aufbaut. Bei einer räumlich abgegrenzten Anwendung innerhalb von Gebäuden bietet sich dagegen eine Datenübertragung mittels des integrierten WLAN-Adapters an. Zwar sind hier die Distanzen deutlich geringer, dafür lassen sich hohe Messraten übertragen. SPECIAL Das Übertragen der Messdaten von Wägezellen und Kraftsensoren direkt in die Cloud ist mit dem MQTT-Messverstärker (Message Queue Telemetry Transport) für DMS- Sensoren von X-Sensors möglich. Betreiber von Tanks und Silos nutzen diese Technik beispielsweise, um den Füllstand immer im Blick zu haben und um die Zeiten und Routen für das Wiederbefüllen optimal zu planen. Hierzu werden Dehnungsaufnehmer auf die Silofüße kraftschlüssig verschraubt. Die Dehnungen, die durch die Gewichtsänderung in der Silostruktur ausgelöst werden, werden erfasst und schließlich in das Inhaltsgewicht oder den Füllstand umgerechnet. Das Messsignal der Dehnungssensoren wird am DMS-Messverstärker für die Weitergabe an eine Cloud aufbereitet. Die Schnitt- FREI WÄHLBARER BROKER Während bislang überwiegend auf abgeschlossene Systeme mit VPN-Übertragungen gesetzt wurden, stehen mit einer MQTT-Übertragung neue Möglichkeiten hinsichtlich der Datenverarbeitung und Visualisierung zur Verfügung. MQTT ist ein sehr schlankes und sicheres Protokoll und eignet sich daher hervorragend für IoT-Anwendungen. Die Kommunikation zwischen Sender und Empfänger läuft dabei immer über einen MQTT-Broker, auch Verteiler genannt, ab: Der DMS-Messverstärker sendet seine Messdaten zu einem bestimmten Topic an den MQTT-Broker. Der Empfänger, auch Client genannt, abonniert das Topic und bekommt anschließend vom Broker die Sensordaten zur Verfügung gestellt. 62 DER KONSTRUKTEUR 6/2019

SENSORTECHNIK ÜBER ALGORITHMEN LASSEN SICH DIE MESSDATEN NACH NEUEN ERKENNTNISSE UND TRENDS DURCHFORSTEN Entscheidend ist, dass jede Kommunikation über den MQTT-Broker abläuft. Damit besteht eine Entkoppelung von Sender und Empfänger, es besteht keine direkte Punkt-zu-Punkt Verbindung. Der MQTT- Messverstärker sendet seine Daten an einen vom Anwender frei wählbaren Broker. Dies kann sowohl ein in der Cloud oder auch lokal betriebener MQTT-Server sein. Jeder Anwender kann selbst entscheiden, welchen MQTT-Broker, bzw. IoT-Plattform er in welcher Form für das Empfangen und damit für die Weiterverarbeitung der Daten verwendet. Mittels einer der gängigen IoT-Plattformen kann sich der Anwender so individuelle, sichere und flexible Einsätze und Dashboards gestalten. Der MQTT-Messumformer ist somit gut geeignet, wenn die Sensordaten in einer individuellen Applikation für eine Visualisierung oder Weiterverarbeitung aufbereitet werden sollen. Anstatt den kompletten Prozess selbst zu programmieren, kann so über die Verwendung von passenden IoT-Plattformen das User-Interface einfach konstruiert und mit weiteren Funktionen und Messdaten ergänzt, bzw. verknüpft werden. Für das Applikationsspektrum eröffnen sich auf diese Weise neue Bereiche: Neben der klassischen Fernwartung bzw. dem einfachen Cloud-Datenlogger lassen sich nun über Algorithmen von IoT-Plattformen die Messdaten mittels künstlicher Intelligenz nach neuen Erkenntnissen und Trends durchforsten. INDIVIDUELLE INTERFACES In der IoT-Plattform können die Messdaten vom DMS-Sensor problemlos mit weiteren Messdaten zusammengeführt werden. Des Weiteren kann eine Logik implementiert werden, sodass auf bestimmte Ereignisse definierte Aktionen ausgelöst werden. Am Bei- EINSATZMÖGLICHKEITEN DES MESSUMFORMERS Mit dem MQTT-Messumformer werden Messwerte von DMS-Sensoren einfach und sicher zu einem MQTT-Server übertragen. Die Möglichkeiten sind vielfältig: Über IoT- Hubs stehen die Türen offen für Front-End Anwendungen, bei welchen beispielsweise die Messwerte visualisiert und zur Prozesskontrolle dargestellt werden können. Über die fortlaufende Dokumentation und mit der Verknüpfung von KI-Algorithmen von IoT-Hubs sind zudem Use-Cases im Predictive Maintenance realisierbar. spiel des Silos wird der Füllstand so überwacht, dass automatisch eine Benachrichtigung per Email für die Wiederbefüllung erfolgt. Auch weitere Alarme zum Anlagenzustand können festgelegt werden, wodurch im besten Fall der Betreiber bereits aktiv werden kann, bevor der Anwender etwas von der Störung bemerkt. Im Vergleich zu anderen Lösungen werden die Userinterfaces, bzw. Dashboards nicht starr vorgegeben, sondern können je nach Applikation durch den Anwender selbst erstellt, angepasst und auch mit weiteren Messgrößen über das MQTT-Protokoll erweitert werden. Der Broker kann sowohl auf einer Cloud als auch lokal in einem Unternehmensnetzwerk eingerichtet werden. Um sensible Daten vor unberechtigtem Zugriff zu schützen, ist für die Authentifizierung beim MQTT-Broker immer ein Benutzername und ein Passwort notwendig. Außerdem kann bei einem über das Internet zugänglichen Broker zusätzlich eine SSL-Verschlüsselung eingerichtet werden. Damit wird vermieden, dass Unberechtigte bei der Übertragung der Messdaten mithören können. Bilder: natali_mis/Fotolia, X-Sensors www.x-sensors.com Der MQTT-Messverstärker bereitet die Sensordaten für eine individuelle Visualisierung oder zur Weiterverarbeitung auf DER KONSTRUKTEUR 6/2019 63

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