In vielen Anlagen der Prozessindustrie sind zahlreiche einfache 90°-Handhebelventile im Einsatz. Sie dienen zum Beispiel als Notablassventile, regeln Umleitungskreise oder die Zuführung des Prozessmediums. Man findet sie in der Chemie, der Lebensmittelindustrie, bei Öl und Gas oder in der Wasseraufbereitung sowie der Gebäudetechnik. Oft sind sie im Außenbereich installiert, nicht selten auch an isolierten Standorten. Außerdem werden sie häufig an Auslässe von mobilen Tanks und Containern (IBC) montiert. Typischerweise werden solche Ventile nur selten betätigt, und sie sind in der Regel nicht mit der Leitwarte verbunden. Auf der Landkarte des jeweiligen Automationssystems bilden sie weiße Flecke, und der Zentrale fehlen hier – möglicherweise wichtige – aktuelle Informationen zum Anlagenzustand und für die Prozessoptimierung. Das kann unter anderem zur Verschwendung von Prozessmedien oder Prozesswärme durch versehentlich geöffnete Ventile führen.
Autonomes System mit großer Reichweite
Ohne Kommunikationsanbindung kann diese Datenlücke nur durch personalintensive Kontrollgänge geschlossen werden. Denn eine Verkabelung wäre bei ausgedehnten Anlagen viel zu aufwendig und bei dezentral verteilten Assets oder mobilen Behältern überhaupt nicht möglich. Mit dem IoT-Funksensorknoten Wilsen.valve von Pepperl+Fuchs wird sie aber gar nicht mehr gebraucht, da er ohne sie auskommt. Die Wilsen-Zentraleinheit erhält den Betriebsstrom aus einer leistungsstarken Lithiumbatterie mit einer Lebensdauer von bis zu zehn Jahren. Sie versorgt neben den angeschlossenen Sensoren und der Technik für die Funkanbindung auch einen integrierten GPS-Empfänger für die Positionsbestimmung. Für die Kommunikation mit der Leitwarte nutzt das Gerät die herstellerunabhängige Funktechnologie des Long Range Wide Area Network (LoRaWAN), das speziell für das IoT entwickelt wurde und global verfügbar ist. Mit seinem lizenzfreien Frequenzband bietet es gute Voraussetzungen für die Anbindung autonomer Einheiten: Bei geringem Energiebedarf für das Senden der Funksignale beträgt die Reichweite im Freifeld bis zu 15km. Zudem ist eine gute Durchdringung von Gebäudewänden und -decken gewährleistet.
Energiesparend und einfach zu montieren
Ein Gerät kann die Stellung von zwei 90°-Handventilen überwachen, da die Zentraleinheit Anschlüsse für zwei induktive Doppelsensoren für die Ventilstellungsrückmeldung bietet. Das können Namur- oder 2-Draht-Low-Power-DC-Sensoren sein, wobei letztere noch weniger Energie verbrauchen. Pepperl+Fuchs bietet in diesem Segment ein breites Portfolio energiereduzierter Sensoren an. Standardisierte M12-Anschlüsse machen die Erstinstallation sowie bei Bedarf den Sensortausch sehr einfach.
Robustes Gehäuse und passendes Zubehör
Außerdem stehen als Zubehör neben passenden Betätigern zahlreiche Montagewinkel und -platten sowie komplette Montagesets gemäß EN/ISO5211 zur Verfügung. Mit diesen Elementen lässt sich die Installation des Systems an vielen gebräuchlichen Handhebelventilen und Armaturen einfach durchführen, die Gesamtlösung kommt aus einer Hand. Das robuste Gehäuse mit der Schutzart IP66/67 ermöglicht den Einsatz unter rauen Bedingungen und im Außenbereich. Dazu trägt auch der große Temperaturbereich von -25 bis +70°C bei. Die Kabellänge zwischen der Zentraleinheit und den angeschlossenen Sensoren kann bis zu 10m betragen.
Diagnose, Fernzugriff und Datensicherheit
Äußere Einflüsse wie Magnetfelder, Vibration und ähnliches können die Erfassung und Übertragung der Messwerte nicht beeinträchtigen. Der Anwender legt fest, wie häufig die Ventilstellung detektiert und gemeldet wird. Regelmäßige Intervalle können zwischen einer Minute und 24 Stunden lang sein. Die Maxime lautet: so oft wie nötig und so selten wie möglich, um eine möglichst lange Lebensdauer der Batterie zu erreichen. Zusätzlich kann man ein Monitoring-Intervall mit deutlich kürzeren Zeitabständen aktivieren. Die Zustände der angeschlossenen Sensoren werden dann in diesem kürzeren Intervall geprüft. Zustandsänderungen werden so unabhängig vom eingestellten Regelintervall sofort nach deren Erkennung gemeldet.
Neben den Messwerten werden Diagnosedaten gesammelt sowie Fehlerzustände wie Kurzschluss oder Leitungsbruch gemeldet. Außerdem erfassen die Geräte auch Temperaturwerte sowie den Batteriezustand als Grundlage für eine effiziente Wartungsplanung. Für die Inbetriebnahme und Konfigurierung der Funksensoren an Ort und Stelle kann man die kostenfreie Wilsen-App via Bluetooth LE nutzen. Der in den Wilsen-Geräten ebenfalls vorhandene LoRaWAN-Downlink-Kanal bietet zudem die Möglichkeit der Parametrierung per Fernzugriff direkt über das Netzwerk. LoRaWAN-typisch bieten die Geräte eine sichere bidirektionale Datenkommunikation. Die verschlüsselten Sensordaten werden über LoRaWAN-Gateways an eine IP-Verbindung zum LoRa-Netzwerkserver sowie zum Applikationsserver der zuständigen IoT-Plattform weitergeleitet. Erst dort finden Entschlüsselung und Weiterverarbeitung statt. Das heißt, die Datensicherheit ist durch Ende-zu-Ende-Verschlüsselung sowie die Authentifizierung der Geräte sicher gewährleistet.
Varianten für Objektdetektion und Füllstandmessung
Neben dem Wilsen.valve umfasst die Produktfamilie der autonomen Sensoren weitere Geräte:
- Wilsen.node kann mit verschiedenen Arten von Zweidraht-Sensoren für die Objektdetektion und zur Grenzfüllstandserfassung gekoppelt werden. Das Gerät ist zudem für die kombinierte Erfassung von zwei unterschiedlichen Größen geeignet. In typischen Anwendungen werden induktive und kapazitive Sensoren verwendet. Es können aber auch Schwimmer- und Vibrationsgrenzschalter sein. Das Gerät ist für Smart-City- und Smart-Farming-Anwendungen prädestiniert, etwa zur Überwachung von Fernwärmeschächten oder Gattertoren.
- Wilsen.sonic arbeitet mit einem Ultraschallsensor und wird häufig für die Überwachung des Füllstands von Wertstoff-Sammelcontainern, Agrarsilos, mobilen Tanks oder Baustoffcontainern eingesetzt, um die Logistik von Leerung und Nachschub zu optimieren. Neben der Füllstandmessung in solchen isolierten Behältern ist das Gerät auch für die Pegelmessung von Gewässern und Regenrückhaltebecken geeignet.
Alle Produktvarianten weisen dieselben Systemvorteile wie der Wilsen.valve auf. Beim Wilsen.sonic ist der Sensor in die Zentraleinheit integriert. Zur Kombination mit dem Wilsen.node bietet Pepperl+Fuchs eine breite Palette passender, ebenfalls energieoptimierter Sensoren an. Mit den Geräten lassen sich also unterschiedliche isolierte Assets mit einem Leitsystem und dem IoT verbinden.
