Erforderlicher Wissensstand: Basiswissen
Unser Ziel ist es, den Füllstand von Dieseltanks in Pumpenhäusern für Beregnungsanlagen zu messen. Kostengünstig soll ein Überwachungssystem etabliert werden, um den Füllstand aller Tanks zu übermitteln und Benachrichtigungen zu erhalten, wenn Diesel nachgetankt werden muss.
Mithilfe eines im Deckel des Tanks verschraubten Ultraschallsensors wird der Abstand zwischen Tankdeckel und Flüssigkeit (Diesel) gemessen. Diese Daten werden mit der Funktechnologie LoRaWAN in das The Things Network übertragen und anschließend mit Datacake visualisiert. Mit der Datacake-Plattform können dann auch E-Mail- oder Handybenachrichtigungen über geringe Füllstände etc. eingerichtet werden.
Überwachung des Dieselfüllstandes eines Pumpentanks im 15-Minuten-Intervall. Außerdem eine Push-Benachrichtigung auf das Handy bei einem Füllstand unter X %, um nachzutanken. Durch eine weitere Benachrichtigung bei schneller Füllstandsänderung wird ebenfalls gewarnt, um möglichen Diebstahl schnell zu erkennen.
Das Einrichten des Sensors in das LoRaWAN Netzwerk wird bereits in einem Tutorial ausführlich erklärt: TheThingsNetwork
| Als Sensor verwenden wir den DDS75-LB von Dragino. Eine ausführliche Anleitung zusammen mit dem FARMWISSEN Tutorial über TheThingsNetwork liefert einen guten Überblick über die Einrichtung. |
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| Der Sensor sollte so angebracht werden, dass der Kopf senkrecht zum Diesel steht, damit das reflektierte Empfangssignal auch vom Sensor erfasst wird. Um eine professionelle Installation zu ermöglichen, habe ich einen Tankdeckel entworfen, in den der DDS75 eingeschraubt werden kann. Wichtig ist hierbei, auf die Maße des Tanks zu achten, denn der Sensor misst erst ab einem Abstand von 28 cm. Bei einem leeren Tank darf die Distanz zwischen Sensorkopf und Boden 75 cm nicht überschreiten. Außerhalb dieser beiden Werte liefert der Sensor ungültige Messdaten. |
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| Für die drei von mir verwendeten Tanks habe ich den Tankdeckel neu entworfen, sodass der Ultraschallsensor direkt in den Deckel eingeschraubt werden kann. Der Tankdeckel mit 100 mm Durchmesser kann auf der 3D-Dateien-Plattform Printables.com heruntergeladen und nachgedruckt werden. Für den Druck sollte darauf geachtet werden, ein Filament-Material zu verwenden, welches beständig gegenüber Diesel ist. PETG sollte sich dafür eignen (Quelle: BambuLab-Forum). |
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Um den gemessenen Abstand (mm) in einen Füllstand in Litern umzurechnen, benötigt man zwei Referenzmessungen. Am besten ist eine Messung mit leerem Tank. Im laufenden Betrieb ist das aber oft nicht möglich. Für die Messung wird vorausgesetzt, dass der Füllstand in Litern zum Messzeitpunkt bekannt ist. In diesem Fall wird er über die manuelle Anzeige geschätzt. Es braucht zwei stark unterschiedliche Messungen (fast leer / gut gefüllt), um später die lineare Interpolation gut berechnen zu können. |
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Der Decoder, der in der Anleitung des DDS75 steht, muss für die Umrechnung in Litern folgendermaßen angepasst werden:
| Ermittelt, wie viele Millimeter einem Liter entsprechen. Eine Referenzmessung ergab: 111 mm Füllhöhendifferenz entsprechen 100 Litern (Faktor: 1,11 mm/Liter). |
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Berechnet die Sensor-Abstände für den komplett leeren (distLeer) und vollen (distVoll) Tank. Basis: Bei 443 mm Abstand waren noch exakt 775 Liter vorhanden. |
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| Zieht die gemessene Distanz vom Leer-Abstand ab (ergibt die reine Flüssigkeitshöhe) und teilt sie durch den Faktor, um die exakten Liter zu erhalten. |
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| Rechnet die berechneten Liter basierend auf der Gesamtkapazität des 1000 Liter-Tanks in einen Prozentwert um. |
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| Verhindert physikalisch unlogische Werte (z. B. durch temperaturbedingte Tankausdehnung oder Schwappen), indem das Ergebnis streng auf 0 % bis 100 % gedeckelt wird. |
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Den gesamten Decoder kann ich gerne per Mail (unten in den Informationen) bereitstellen.
Abschließend lässt sich ein Dashboard zur Visualisierung erstellen (siehe Bild 5). So können Füllstand und Verbrauch bequem vom Arbeitsplatz aus überwacht werden. Da die Messung auf Distanzwerten in Millimetern beruht, werden hier temperaturbedingte Schwankungen deutlich sichtbar: Durch das Ausdehnen und Zusammenziehen des Stahltanks weicht der reale Messwert erfahrungsgemäß um bis zu 10 % ab.
Ein separates Tutorial zum Umgang mit Datacake folgt.
| Verbesserte Rechtssicherheit: |
nicht bewertbar |
| Entbürokratisierung: |
nicht bewertbar |
| Beitrag zur digitalen Transformation: |
📈📈 |
| Vereinfachtes Datenmanagement: |
📈📈📈 |
| Einsparung Arbeitszeit: |
📈📈 |
| Bessere betriebliche Planungssicherheit: |
📈📈 |
| Mehrertrag/ höhere Leistung: | nicht bewertbar |
| Entscheidungs-Unterstützung: |
📈 |
| Steigerung Ressourceneffizienz: |
📈 |
| Steigerung Biodiversität: |
kein Zusatznutzen |
| Emissionsminderung: |
kein Zusatznutzen |
| Erhöhung Attraktivität des Arbeitsplatzes: |
📈 |
| Arbeitserleichterung: |
📈📈 |
| Beitrag zur Entwicklung des ländlichen Raumes: |
kein Zusatznutzen |
| Verbesserung Arbeitssicherheit: |
kein Zusatznutzen |
| Verbessertes Image: |
nicht bewertbar |
Produktionsbereich:
Produktionsrichtung: Obstbau
Arbeitsbereich: Beregnungsmonitoring
Einsatzhäufigkeit:
Übertragbarkeit:
Anschaffungskosten (Richtwerte):
Laufende Kosten:
Testumgebung:
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Projekt: SAMSON |
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Institution: Fraunhofer Gesellschaft |
Institut: IFAM (Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung) |
| Autor: Florian von Bargen |
Kontakt: florian.von.bargen@ifam.fraunhofer.de |