Ausgangslage

Bis anhin waren die Speichersilos des Werkhofs der Stadt Rapperswil mit Laser-Füllstands-Sensoren ausgestattet, um mittels 2G Mobilfunknetz die Füllstände der Salzreserven regelmässig zu übermitteln. Damit hatte der Einkauf stets den Überblick über die vorhandenen Reserven und konnte bei Bedarf frühzeitig Salz nachbestellen, und somit die Bewirtschaftung der Strassen im Winter sicherstellen.

Mit der Einstellung der 2G Netzinfrastruktur durch die Swisscom wurde die vorhandene Lösung unbrauchbar. In Zusammenarbeit mit der CRA AG aus Jona hat adnexo eine Nachfolgelösung konzipiert.

Unser Ziel dabei war es, eine kosteneffiziente Lösung in Form eines Retrofits umzusetzen. Das heisst die vorhandene Infrastruktur & Sensorik weiterhin zu nutzen und nur die nötigen Teile zu erneuern.

Speichersilo des Werkhofs der Stadt Rapperswil Jona

Wahl der Funktechnologie

Um die veraltete 2G Funktechnologie zu ersetzen, stellte sich zuerst die Wahl der Alternative. Zur Auswahl stehen die nächsten Generationen der Mobilfunknetzte wie 3G, 4G oder 5G oder LPWAN Technologien wie z.B LoRaWAN. Für die klassischen Mobilfunknetzwerken bedarf es einer SIM-Karte und somit grundsätzlich ein klassisches Mobil-Abo, das in der Regel mehrere Dutzend Franken kostet. Hohe Kosten für die Übermittlung ein paar Sensorwerte. Dem gegenüber steht das LPN LoRaWAN Netzwerk der Swisscom welches genau für diese Art der Datenübertragung konzipiert wurde: Geringe Bandbreite, geringer Stromverbraucht, dafür aber einiges günstiger.

Da aufgrund vorhandener Netzspannung keine Anforderungen an den Stromverbrauch gestellt wurde. Sind die Verbindungskosten von entscheidender Natur. Die geringen Kosten, rund einen Zehntel einer SIM-Karte mit Abo, sprechen also ganz klar für die neue LoRaWan-Technologie. Nach erfolgreichen Empfangstest vor Ort, stand die Wahl der LPN Funk-Technologie fest.

Umsetzung

Wir lösten also das 2G Modem mit einem LoRaWAN Transmitter ab und integrierten die Sensor Messungen in unsere ax-track Plattform. Die Datenübertragung migrierten wir so vom obsoleten 2G GSM hin zum modernen LoRaWAN Funkstandard des Swisscom LPN Netzwerkes. Ursprünglich wurden die Daten in einer Fat-Client Desktop Applikation verwaltet, welche bereits etwas in die Jahre gekommen war. Durch den Umzug zu unserer ax-track Plattform, haben die Stadtwerke nun jederzeit auch von mobilen Geräten Zugriff auf die Daten. Zudem haben wir Benachrichtigungen so konfiguriert, dass automatisch Alarmierungen ausgelöst werden, sollte der Bestand knapp werden und eine Nachbestellung fällig werden.

Übersicht System Füllstandsmessung

Füllstandberechnung & Alarmierung

Sensor

Der vorhandene Sensor misst mittels Laserstrahl die Distanz vom Deckel des Silos bis zur Oberfläche des Inhalts und gibt diese in Form eines 4-20mA Signals weiter. Den Sensor an sich konnten wir so weiterverwenden, in dem wir das Signal des Sensors mit einem LoRaWAN Transmitter abgreifen und dann an unsere IoT Plattform ax-track weiterleiten.

Berechnung

Bei der Füllstandberechnung mussten wir einige Sachen bedenken. Zum einen haben die Silos keine einfache geometrische Form, also sind kein einfacher Quader oder Zylinder, sondern eine Kombination aus mehreren Formen. Im oberen Teil eher zylindrisch und dann im unteren Teil ein Kegel. Zudem verteilt sich das Salz nicht eben im Silo, sondern es bilden sich Täler oder Berge, abhängig vom Füllstand.  Diese Faktoren machen die Füllstandberechnung etwas aufwändiger. Anhand der vorhandenen Baupläne und Masse haben wir uns für eine Mehrpunkt Linearisierung entscheiden und diese für jedes Silo einzeln vorgenommen und damit eine gute Näherung für die Füllstände berechnet. Zusätzlich haben wir auf Kundenwunsch auch die Masse und das Volumen des vorhandenen Salzes berechnet.

Messung und Berechnung des Füllstandes

Visualisierung auf ax-track Plattform

ax-track Füllstand

Die Füllstände werden einfach und übersichtlich auf der ax-track-Plattform visualisiert. Veränderungen des Füllstandes können über verschiedene Zeiträume aufgezeigt werden. Mit der Verknüpfung von Wetterdaten wäre es nun auch möglich den Verbrauch zu überwachen und den Salzbedarf für die Zukunft besser zu planen.

Mit der Funktion „Regeln“ können eigenständig Regeln definiert werden, welche beim Eintreffen einer bestimmten Aktion eine Reaktion auslöst. Automatisierte Nachrichten über den Füllstand, automatisierte Bestellungen von Salz oder Informationen über die aktuell bezogene Menge sind nur einige Anwendungsbeispiele.

ax-track Regeln