Teleservice Anwendung mit Sensorfernauslese
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Teleservice Anwendung mit Sensorfernauslese

Fernauslese von Sensoren

Anbindung von Sensoren über Fernübertragungssysteme an Teleservices

Sensoranbindung für Teleservices

Moderne technische Systeme in der Industrie, in der Infrastruktur, in Gebäuden (z. B. Heizungsanlagen) oder auf Baustellen sind in der Regel mit Sensoren, teilweise auch Aktuatoren ausgestattet, die einen Fernzugriff zu Wartungs- oder Diagnosezwecken über das Internet erlauben. Das hat den großen Vorteil, dass solche Arbeiten mit extrem geringem Personal- und Kostenaufwand durchgeführt werden können. Der Monteur oder Handwerker kann dies im Rahmen eines solchen »Teleservices« von seinem Büroarbeitsplatz durchführen. Dabei nimmt er Cloud-Applikationen z. B. für das Kunden- und Anlagenmanagement in Anspruch. Bei Altanlagen sind solche Teleservices erst dann möglich, wenn sie mit Sensoren und Aktuatoren nachgerüstet werden, die ihrerseits an das Internet angebunden werden können. Auf Grund der Vielfalt von Anlagen und Systemumgebungen gibt es nicht die universelle Lösung, sondern aus jeder konkreten Anwendung ergeben sich dabei unterschiedliche Anforderungen an die Art der Sensoranbindung. Das Fraunhofer IMS mit seiner Sensorik- und Embedded-System-Kompetenz steht Betreibern von Anlagen gerne für die Konzeption und Umsetzung individueller Lösungen zur Sensoranbindung zur Verfügung.

Es gibt Anwendungen, in denen die Sensoranbindung an ein Fernübertragungssystem über Kabelverbindungen akzeptabel ist. Dann ist in der Regel neben der Datenübertragung auch die Energieversorgung der Sensoren über diese Kabelverbindung möglich.

Für andere Anwendungen sind Kabelverbindungen zu jedem einzelnen Sensor störend oder einfach nicht möglich und die Datenkommunikation zwischen Sensoren und Fernübertragungssystem muss über Funk oder optische Schnittstellen stattfinden. Die Sensoren versorgen sich in solchen Fällen aus Batterien oder Akkumulatoren oder beziehen die benötigte elektrische Energie aus der Umgebung, was auch als „Energy Harvesting“ bezeichnet wird. Bei solchen Anwendungen ist neben der Erfassung der eigentlichen Messwerte immer auch die Erfassung und Übertragung des Zustandes der elektrischen Energieversorgung erforderlich, damit der Betreiber der Sensoren rechtzeitig Maßnahmen ergreifen kann, um den Ausfall eines Sensors zu verhindern. Zur Reduktion des Energieverbrauchs eines Sensors kann auch helfen, die Häufigkeit der Erfassung von Messwerten den Notwendigkeiten dynamisch anzupassen. Hierfür wird dann auch ein Datenkanal vom Fernübertragungssystem zum Sensor eingesetzt. Die mögliche Betriebsdauer eines batterieversorgten Sensors ist dabei nur begrenzt durch die Kapazität der Batterie und kann ohne Weiteres Wochen und Monate betragen, wenn energiesparende Technologien beim Hardware- und Software-Design zum Einsatz kommen.

Zur drahtlosen Datenübertragung existieren viele standardisierte Verfahren (RFID) bei unterschiedlichsten Frequenzen, WLAN, Bluetooth® und Narrowband IoT, um nur wenige zu nennen. Diese unterscheiden sich in der Reichweite, im Energieverbrauch und im möglichen Datendurchsatz. Das Fraunhofer IMS besitzt auch viel Erfahrung mit der Entwicklung proprietärer Funklösungen für individuelle Anwendungen, bei denen kein standardisiertes Verfahren geeignet eingesetzt werden kann oder verwendet werden soll.

Es gibt Anwendungen im Bereich der Teleservices, bei denen die Messwerte dort erfasst werden müssen, wo eine drahtlose Datenanbindung über ein Mobilfunknetz nicht möglich oder sehr unzuverlässig wäre. So ist es zum Beispiel auf Baustellen im Kellergeschoss schwierig, Daten direkt über IoT-Dienste des Mobilfunknetzes abzusetzen; im Erd- oder Obergeschoss wäre dies problemlos möglich. In solchen Fällen bietet sich eine zweistufige Datenübertragungslösung an, bei der die von den Sensoren gemessenen Werte zunächst über eine drahtlose Nahbereichskommunikationsstrecke (z. B. WLAN, Bluetooth®) bis zu einem sogenannten Gateway übertragen werden; von dort kann eine sichere und stabile Mobilfunk-Kommunikation (GSM, UMTS oder LTE oder 5G je nach Verfügbarkeit vor Ort) zu einer Cloud-Applikation betrieben werden. So können Handwerker, Bauleiter oder Teleservice-Dienstleister bequem die Prozesse auf der Baustelle überwachen, ohne selbst vor Ort zu sein.

Zusammen mit seinen Auftraggebern entwickelt das Fraunhofer IMS die für die Anwendung geeignete Lösung für die Sensoranbindung. Außer den rein technischen Aspekten werden dabei auch die Kosten sowie die langfristige Verfügbarkeit der verwendeten Komponenten in Betracht gezogen. Neben der technischen Funktionalität ist für eine erfolgreiche Vermarktung selbstverständlich auch die Umsetzung eines für den Anwender akzeptablen Konzepts für die Installation, die Bedienung und den Betrieb eines solchen Sensorsystems erforderlich. Dazu liegen dem IMS aus einer Vielzahl von Entwicklungsprojekten aus den unterschiedlichsten Bereichen Erfahrungen vor.

Anwendungsbeispiel einer Teleservice-Anwendung mit Sensorfernauslese
© Fraunhofer IMS
Anwendungsbeispiel einer Teleservice-Anwendung mit Sensorfernauslese

Unsere Technologien – Innovationen für Ihre Produkte

Sensorvernetzung für das Condition Monitoring

Abhängig von der konkreten Anwendung (Industrie, Gebäude, Infrastruktur) werden Sensoren miteinander vernetzt und deren Daten drahtlos oder kabelgebunden an eine zentrale Auswerteeinheit gesendet.

Unsere Technologiebereiche – Unsere Technologien für Ihre Entwicklung

Kommunikation und Vernetzung

Kommunikationsschnittstellen erlauben den Datenaustausch mit anderen Geräten und die Anbindung an Netzwerke.

User Interfaces

User Interfaces als Schnittstelle zwischen Gerät und Anwender erlauben die Konfiguration und die Bedienung eines Produkts.

Maschinelle Lernverfahren für Embedded-Systems

Künstlicher Intelligenz auf ressourcenbegrenzten Systemen dient zur Gewinnung höherwertiger Informationen aus Sensorrohdaten.

Computer Vision

Computer Vision extrahiert das Maximum an Informationen aus Bilddaten.

 

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