Deutsch (Deutschland)
Telefon +49 (0)6227 7325-10

Donnerstag, 17. August 2017

IIoT verschafft Beregnungssteuerung einen Effizienzschub

Eagle Eye-System von Conestoga Energy verwendet InduSoft Web Studio für effizientere Wassernutzung bei der Feldberegnung in der Ethanolproduktion


  • Die Schnittstelle Eagle Eye von Conestoga Energy ist ein IIoT-Beregnungssystem, mit dem landwirtschaftliche Betriebe Beregnungsanlagen starten und stoppen und die Feuchtigkeitsniveaus per Internet über Satellit und GPS überprüfen können.

  • Die Eagle Eye-Lösung bietet eine Dashboard-Umgebung, die den Status jeder einzelnen Kreisberegnungsmaschine an einem Standort anzeigt. Das System übermittelt außerdem wichtige Informationen, wie Bewässerungsmuster und Wasserdruck.

  • Dadurch kann der Stärke- und Wassergehalt beim Umschlag der Ernte gewährleistet werden. Erzeuger erhalten so eine bessere Kontrolle über die Bewässerung, wodurch sich immens Wasserkosten einsparen und Ernteverluste aufgrund falscher Wasserstände verhindern lassen



Das Industrial Internet of Things (IIoT) und das Agricultural Internet of Things (AIoT) spielen in der Agrarindustrie eine wichtige Rolle, da das IoT die Echtzeit-Datenerfassung bei dezentralen Komponenten, die zentrale Datenspeicherung, die Datenanalyse und den Zugriff auf Daten von jedem beliebigen, mit dem Internet verbundenen Gerät aus ermöglicht. 

Die IIoT-Architektur ist definiert als ein System, das einst „dumme“ Geräte internetfähig macht und an einem zentralen Standort zur Analyse und Abstimmung mit anderen Systemen zusammenführt. Das Erfassen und Korrelieren der Daten ermöglicht es Betrieben, mit Anwendern sowie anderen Geräten zu kommunizieren und intelligente Entscheidungen zu treffen. 

Die Revolution des IIoT beschränkt sich nicht auf Steuerungen. Deutschland investiert massiv in Industrie 4.0, auch die vierte industrielle Revolution genannt. Chinas Strategie für IIoT heißt „Made in China 2025“. Die meisten Industrienationen und viele Entwicklungsländer nutzen die Möglichkeiten verbundener intelligenter Systeme. Das Marktforschungsunternehmen Gartner schätzt, dass es bis 2020 etwa 26 Milliarden verbundene Geräte geben wird.

Die US-amerikanische Agrarindustrie steht vor Herausforderungen, die eine erhöhte Effizienz notwendig machen, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Die Wassernutzung und -regelung spielt besonders in von Dürre betroffenen Gegenden mit einem zunehmenden Wasserbedarf und -verbrauch eine wichtige Rolle. Die Landwirtschaft greift bereits in vielen Bereichen auf IoT zurück, von der Wassernutzung und der Ethanolproduktion bis hin zu automatisierten Traktoren und Wetteranalysen. 

Selbst robuste Feldfrüchte, wie Mais, können durch zu viel oder zu wenig Wasser oder durch Bodensättigung Schaden erleiden. Mit der Integration von Kartierungsdiensten und Sensor Observation Services bietet das Agricultural Internet of Things eine Lösung für die landwirtschaftliche Wasserbewirtschaftung. Das Agricultural Internet of Things analysiert auf intelligente Weise den Wasserbedarf von Nutzpflanzen und nutzt die knappen Wasserressourcen so effizient wie möglich, um Wasserverschwendung zu vermeiden. 

Die patentierte Schnittstelle Eagle Eye von Conestoga Energy ist ein satellitenbetriebenes System, mit dem landwirtschaftliche Betriebe Bewässerungsanlagen starten und stoppen und die Feuchtigkeitsniveaus überprüfen können. Ziel des Systems ist es, das Getreide, das zu Conestoga kommt, so manipulieren und die Feuchtigkeitsniveaus so automatisieren zu können, dass die Effizienz der Ethanolproduktion maximiert wird. Da es in der Gegend häufig zu Dürren kommt, ist es wichtig, Wasser wo es geht zu sparen. Die Automatisierung hilft, Wasser effizienter zu nutzen, da sie sicherstellt, dass kein Wasser verschwendet wird, wenn der Boden es gerade nicht braucht.

Erzeuger können außerdem Mais analysieren, um eine gute Schätzung der Ethanolausbeute zu erhalten. Dieser Automatisierungsgrad ist für den Betrieb wichtig, damit die Informationen, die die Landwirte erhalten, mit der Cloud von Conestoga verbunden sind. Conestoga hat seine eigene Cloud und stellt Internetanbindungen in ländlichen Gebieten bereit, um Daten an landwirtschaftliche Betriebe senden und von ihnen empfangen zu können. Davon profitieren sowohl die Agrarunternehmen, da sie Zugang zu effizienzsteigernden Technologien erhalten, als auch das Unternehmen Conestoga, das so die Qualität der Maisernten für die Ethanolproduktion sicherstellen kann. Selbst der US-Bundesstaat Kansas kann die Wasserverbräuche einsehen und Betriebe können Mais direkt an Feedlots liefern. Viele Systeme sind eng miteinander verbunden, um Abfall zu verringern und eine erstklassige Qualität des Endprodukts zu gewährleisten.




Die Herausforderung

Zur Bereitstellung einer IIoT-Lösung wird eine relativ große Infrastruktur benötigt. Nicht jedes Agrarunternehmen kann als Internetdienstanbieter agieren und eine exklusive Cloud bereitstellen. Firmen wie Amazon und Microsoft bieten jedoch mittlerweile Cloud-Dienste für Unternehmen an, die die Infrastruktur für eine halbprivate Cloud benötigen, ohne notwendigerweise in die gesamte Ausrüstung zu investieren. 

Für das Eagle Eye-System brauchte Conestoga Energy mehr als eine Cloud-Infrastruktur. Zusätzlich wurde eine SCADA/HMI-Software benötigt, mit der die aus verschiedenen Quellen stammenden Daten dezentraler Standorte in einer Oberfläche verknüpft und dort analysiert werden konnten. Außerdem musste die Ausrüstung ferngesteuert werden können. 

Die größte Anforderung an das Projekt war eine ausreichend flexible Plattform, die für die große Anzahl an für die IIoT-Infrastruktur benötigten Geräten skalierbar war und mit den großen Datenmengen für das Projekt umgehen konnte. Neue Geräte konnten jederzeit hinzugefügt werden, und die über 250 in InduSoft Web Studio enthaltenen nativen Kommunikationsprotokolle ermöglichten die Anpassung an jede nötige Größe sowie die Einbindung neuer Hardware. 

Ein weiterer Faktor bei der Auswahl der SCADA-Plattform war die Gewährleistung der Sicherheit des Eagle Eye-Systems. Conestoga Energy verlangte Sicherheitsmerkmale wie Verschlüsselung, Schutz des geistigen Eigentums sowie Gruppen- und Benutzerauthentifizierung. 

Weitere Faktoren, die die endgültige Entscheidung beeinflussten, waren die Verfügbarkeit von Thin Clients, Fernalarmmeldungen und eine plattformunabhängige Architektur, mit der die Anwendung auf einer Reihe von Betriebssystemen laufen konnte. Auch die einfache Entwicklung und Konfiguration spielte eine entscheidende Rolle. Da InduSoft Web Studio eine intuitive und benutzerfreundliche Entwicklungsumgebung bietet, konnte ein System erstellt werden, das mit minimalem Schulungsaufwand angewendet werden konnte. 

Nachdem Conestoga Energy mehrere Softwarelösungen getestet hatte, entschied sich das Unternehmen für InduSoft Web Studio – die einzige SCADA/HMI-Software, die alle benötigten Funktionen enthielt und die Flexibilität und Skalierbarkeit aufwies, um neue Funktionen und Geräte bei Bedarf hinzufügen zu können.  

 

Die Lösung

Die Eagle Eye-Lösung bietet eine Dashboard-Umgebung, die es Erzeugern ermöglicht, den Status jeder einzelnen Kreisberegnungsmaschine an einem Standort zu sehen. Das System übermittelt außerdem wichtige Informationen wie Bewässerungsmuster und Wasserdruck sowie entscheidende Informationen für jede Kreisberegnungsmaschine. 


Auf der Ebene der einzelnen Kreisberegnungsmaschinen können die Anwender auf detailliertere Informationen wie Starts und Stopps zugreifen. Außerdem können sie die Drehrichtung der Kreisberegnungsmaschine steuern oder Benachrichtigungen senden, wenn eine Kreisberegnungsmaschine ihre Ausgangs-/Zielposition erreicht bzw. eine Drehung vollendet hat.

Das Netzwerk aus Wassersonden informiert Landwirte darüber, wie viel Wasser sie dem Boden zuführen und wie gut das Wasser vom Boden aufgenommen wird. Diese können dadurch feststellen, ob die Wasserstände für das Wurzelsystem geeignet und die Beregnungshöhen ausreichend sind. Das System hilft, eine Überberegnung zu vermeiden und ermöglicht landwirtschaftlichen Betrieben die effiziente Nutzung von Wasser in zunehmend von Dürre betroffenen Regionen.

Das Eagle Eye-System überwacht darüber hinaus die Zähler und Pumpen in den Beregnungsanlagen. Alle Geräte werden von demselben System überwacht, sodass Landwirte die Gesamtwerte auf einen Blick erfassen und die Folgen der Beregnung beurteilen können. In der Zähleransicht können sie die tabellarisch aufgeführten Wasserstände überprüfen. Im Kontext wird der umgekehrte Zusammenhang zwischen den Wasserständen und der Beregnungsmenge deutlich. Das System überwacht darüber hinaus die Niederschlagsmengen. Diese Daten können weiter analysiert werden, um zu erfahren, in welchem Umfang die Grundwasservorräte für die künftige Bewässerung durch Niederschläge wieder aufgefüllt werden. 

Das System enthält außerdem eine interaktive Karte mit einer Übersicht über alle Kreisberegnungsmaschinen, die einzeln angeklickt werden können, um weitere individuelle Informationen zu erhalten. Darüber hinaus können Erzeuger ihre Anlageneinstellungen direkt über ein Smartphone oder ein mit dem Internet verbundenes Gerät konfigurieren. 

Das Eagle Eye-System basiert auf einer InduSoft Web Studio SCADA-Plattform und nutzt das Studio Toolkit für zusätzliche Funktionen. Das System verwendet IIS (ASP .Net) und kommuniziert mit einem Microsoft-SQL-Server sowie der urheberrechtlich geschützten Eagle Eye-Software. 

Jede Kreisberegnungsmaschine kommuniziert über Mobilfunknetze mit einem OPC-Server. Der OPC-Server übermittelt die Informationen an das InduSoft Web Studio SCADA-System, das Kontrolldaten austauscht und danach Alarme, Ereignisse, Trenddaten und weitere Informationen in der SQL-Datenbank speichert und aufzeichnet.

Die ASP-Anwendung fragt Live-Tag-Daten aus der InduSoft Web Studio-Anwendung ab und verwendet in der SQL-Datenbank gespeicherte Daten. Die Endgeräte verbinden sich über HTTP direkt mit der ASP-Anwendung. Dies ermöglicht ein wirklich plattformübergreifendes System. Eagle Eye kann sich mit jedem JavaScript-fähigen Webbrowser verbinden. InduSoft Web Studio steuert die Kommunikation zu Remote-Geräten über OPC, erfasst Prozessdaten und kommuniziert mittels patentierter SQL-Datenbanktechnologie mit dem SQL-Server. Außerdem steuert InduSoft Web Studio die Operationslogik und die Bedienungselemente für die Kreisberegnungsmaschinen sowie die Alarm- und Ereignisbenachrichtigungen per E-Mail. 



Das Ergebnis

Die Erträge aus dem System sind sowohl für die Erzeuger als auch für Conestoga Energy enorm. Für Conestoga Energy liegt der größte Nutzen in der qualitativ hochwertigen Kontrolle des Getreides. Der Stärke- und Wassergehalt kann beim Umschlag der Ernte gewährleistet werden. Erzeuger erhalten eine bessere Kontrolle über die Bewässerung, wodurch sich immens Wasserkosten einsparen und Ernteverluste aufgrund falscher Wasserstände verhindern lassen. 

Dank staatlicher Beihilfen wird jeder Brunnen in Kansas mit Wasserzählern ausgestattet. Conestoga Energy hofft, das Eagle Eye-System um weitere Analysen, wie Wetterinformationen und Motordrehzahlen von Kreisberegnungsmaschinen in Abhängigkeit des Wasserdrucks erweitern zu können. Zu den zukünftigen Erweiterungen zählen Alarme, die an die Regierung gesendet werden können, wenn der Wasserverbrauch das zulässige Maß überschreitet. Darüber hinaus wird Conestoga Energy Funktionen zur Messung des Einflusses eines Brunnens auf andere stromabwärts gelegene Brunnen sowie zur Bewertung der Folgen von Niederschlägen hinzufügen. 

Conestoga Energy hofft, das Eagle Eye-System bald um Ferntelemetrie für Ölquellen erweitern zu können. 






Nähere Informationen erhalten Sie über Ihren örtlichen Distributor oder direkt von InduSoft über info@indusoft.com.de.

©2017 Schneider Electric Software. Alle anderen Produkte oder Dienste sind Marken der jeweiligen Inhaber.