Aktuelles

Ein bereits von SAM entwickelter Sensor zur Überwachung vonSeitenkanalpumpen wurde für den Betrieb an Kreiselpumpen im Projekt IoT.H2O angepasst. Der Sensor besteht aus einem Raspberry PI Zero und einer an der Elektronikwerkstatt der TU Kaiserslautern entwickelten Platine auf der ein Beschleunigungssensor angebracht ist. Gehäuse des Sensors wurde durch 3D-Druck hergestellt.

„Pumpenmonitorig durch Schwingungsmessung“ weiterlesen

Durch die Kontaktbeschränkungen in der COVID19-Pandemie konnten Laborversuche nicht in Präsenz durchgeführt werden. Aus diesem Grund wurden die in IoT.H2O entwickelten Technologien erstmals im Sommersemester 2021 zur Durchführung von virtuellen Laborversuchen verwendet. Dazu erhielten die Studierenden für einen bestimmten Zeitraum Zugriff auf das in der IoT-Platform erstellte Dashboard zur Steuerung der Kreiselpumpe. Somit konnten die Versuche online durchgeführt werden. Um das Risiko einer Fehlbedienung und die Notwendigkeit der Beaufsichtigung des Prüfstandes zu vermeiden, wurde ein digitaler Zwilling der Kreiselpumpe entwickelt, der statt der realen Pumpe über das Dahboard der IoT-Platform bedient wurde. Dieser digitale Zwilling bildet das Betriebsverhalten einer Kreiselpumpe und des Antriebsmotors realistisch ab.

„Digitaler Laborversuch Kreiselpumpe“ weiterlesen

Zusätzlich zu IoT-fähigen Geräten können über die Remote Procedure Calls in Thingsboard beliebige Programme auf an das Internet angeschlossenen Rechnern ausgeführt werden. Thingsboard bietet somit die Möglichkeit Daten aus verschiedenen Systemen auf verteilten Rechnern, wie Messdaten oder Daten von Simulationen, auf eine einfache Art und Weise miteinander zu kombinieren. So sollen im Projekt IoT.H2O zukünftig kontinuierlich Rohrnetzsimulationen basierend auf aktuellen Messdaten durchgeführt werden. Bei einer großen Anzahl an Sensoren im Netzwerk kann so auch das Rohrleitungsnetz durch den Vergleich von Simulation und Messung kontinuierlich überwacht werden. Weiterhin sollen Softwaremodelle für einen virtuellen Pumpenprüfstand und eine virtuelle Trinkwasseranlage am Beispiel der Anlage der EWR Netz AG in Worms entwickelt werden.

Nach den erfolgreichen Versuchen mit der Ansteuerung einer LED über Thingsboard wurde, basierend auf einem ESP32 Microkontroller, ein Gerät für die Ansteuerung eines Drosselventils und eines Frequenzumrichters an einem Pumpenprüfstand des Lehrstuhls für Strömungsmechanik und Strömungsmaschinen der TU Kaiserslautern entwickelt. Dadurch kann der Prüfstand über Thingsboard-Dashboard bedient und Messdaten aufgenommen werden.

„Steuerung eines Drosselventils und eines Frequenzumrichters mit Thingsboard“ weiterlesen

Thingsboard ermöglicht neben der Visualisierung und Analyse von Messdaten auch die Steuerung von Geräten über sogenannten Remote-Procedure Calls. Dadurch können Funktionen auf anderen, mit dem Internet verbundenen, Geräten mit dem MQTT-Protokoll ausgeführt und die Ergebnisse zurück an Thingsboard gesendet werden. Zum Testen der Funktionalität wurden einfache Schaltungen mit einem ESP32 Microkontroller und einer LED aufgebaut. Die LED kann über Thingsboard ein- und ausgeschaltet und bei Verwendung des im EPS32 integrierten Digital-Analog-Wandlers, auch gedimmt werden.

Neben der Erfassung und Visualisierung von Messdaten aus Trinkwasseranlagen müssen einzelne Komponenten wie Pumpen oder Ventile gesteuert werden. Dies mit Grafana nicht möglich. Aus diesem Grund wurde eine Installation der IoT-Plattform Thingsboard in Betrieb genommen. Thingsboard ist ebenfalls frei verfügbar. Die per LoRaWAN übertragenen Messdaten werden mit dem MQTT-Protokoll an den Thingsboardserver gesendet und können in einem Dashboard dargestellt werden.

Zur Visualisierung der von den LoRaWAN Geräten übertragenen Daten wurde das IoT-Dashboard Grafana in Betrieb genommen. Die Daten werden mit einem Node-Red Flow vom LoRaWAN Server in eine InfluxDB Datenbank geschrieben und dann mit Grafana visualisiert. Zu diesem Zweck wurde ein Server eingerichtet, der für alle Projektpartner zugänglich ist. Somit wird die Visualisierung von Messdaten aus den unterschiedlichen Standorten der Projektpartner ermöglicht.

Basierend auf den Ergebnissen des ersten Reichweitentests wurden weitere Antennen getestet. Vier der Antennen sind kommerziell erhältlich. Die beiden anderen Antennen wurden basierend auf einer Vorlage eines Github-Projektes (https://github.com/FabienFerrero/UCA_Board/tree/master/Antenna) auf Leiterplatten gedruckt und können mit einem Kabel mit dem Mikrocontroller der Field-Devices verbunden werden. Der Vorteil der gedruckten Antennen besteht in einer Kosteneinsparung und der Tatsache, dass kein Kabel durch das Gehäuse der Field-Unit verlegt werden muss. Für die Gateways wurde ebenfalls eine neue Antenne getestet.

„LoRaWAN Reichweitentests“ weiterlesen

Für die Verwaltung der Endgeräte und Gateways im LoRaWan Netzwerk wurden verschiedene Server getestet. Der Opensource Server Gotthardp wurde zu Testzwecken auf einem Raspberry PI installiert und in Betrieb genommen. Als finale Version wurde der Netzwerkserver „The Things Stack“ von The Things Network, welcher ebenfalls frei verfügbar ist, für die Nutzung im Projekt ausgewählt. Nach erfolgreicher Umsetzung konnte der Server in Betrieb genommen und bereits erste Gateways und Endgeräte installiert werden.

Für das IoT-System erfolgte eine Weiterentwicklung der Hardware der Field-Devices. Zusätzlich zu Sensoren, die eine Spannung zwischen 0-5 V ausgeben können jetzt Sensoren, die einen Strom im Bereich von 4-20 mA ausgeben, angeschlossen werden. Hierzu wurde in Zusammenarbeit mit der Elektronikwerkstatt der TU Kaiserslautern ein Strom-Spannungswandler entwickelt, der auf einer Modulplatine angebracht ist und auf den BUS der Field-Devices aufgesteckt werden kann (Abbildung 6). Die Geräte mit Strom-Spannungswandler werden zur Messung des Wasserstandes in Trinkwasserbrunnen und zum Anschluss an Ultraschall-Durchflussmesser eingesetzt.

„IoT-Knoten mit Strom-Spannungswandler“ weiterlesen