Das englische Unternehmen Senceive hat zwei Systeme für das Wireless Condition Monitoring von beispielsweise Schieneninfrastruktur im Angebot. Dabei werden verschiedene Sensoren in einem Kommunikationsnetzwerk miteinander kombiniert.
Große Distanz, kleine Übertragungsrate oder kleine Distanz, große Übertragungsrate: Mit den WCM-Systemen GeoWAN (blaue Linien) und FlatMesh (grüne Linien) von Senceive können Anwender selbst entscheiden, welche Frequenz zur Datenübertragung für ihre Aufgaben sinnvoll sind. Foto: Senceive Ltd.
Die WLAN-Technologie ist heutzutage nicht mehr aus unserem Alltag wegzudenken. Kaum ein Haushalt hat keinen WLAN-fähigen Router im Einsatz, der verschiedene internetfähige Geräte miteinander synchronisiert. Welche Mehrwerte dies bringt, wird insbesondere dann deutlich, wenn man sich an die Anfänge der Internettechnologie in den 1990er-Jahren zurückerinnert: Mussten sich die frühen Internetpioniere noch per Kabel in die Telefonleitung schalten, geht das heute mit einem einfachen Klick auf dem PC, Laptop, Tablet oder Smartphone. Auch Haushaltsgeräte wie Fernseher oder sogar Kühlschränke können auf diese Weise mit dem World Wide Web verbunden werden.
Pionierleistung: Wireless Condition Monitoring
Ähnliche Pionierleistungen von kabelgebundenen hin zu kabellosen Verfahren finden sich zuhauf: zum Beispiel bei Fernbedienungen, Staubsaugern oder Telefonen – oder in größerer Dimension beim sogenannten Wireless Condition Monitoring (WCM; Anm. d. Red.: kabellose Zustandsüberwachung), wie es etwa das englische Unternehmen Senceive Ltd. anbietet. „Das WCM hat gegenüber klassischen Methoden der Zustandsüberwachung mit zum Beispiel Tachymetern und Prismen einige Vorteile – angefangen beim geringen Installationsaufwand über die Langlebigkeit des Systems bis hin zur einfachen Instandhaltung“, berichtet Markus Rennen, Business Development Manager für die DACH-Region bei Senceive.
Kompakte 3-Achs-Neigungssensoren mit integrierter Datenübertragung von Senceive. Foto: Senceive Ltd.
Auf diese Weise ermöglicht ein WCM-System das permanente Monitoring von zum Beispiel Bauwerken, Tunneln und Steinbrüchen beziehungsweise Tagebauten. „Das wohl größte Einsatzfeld für Senceive ist jedoch die Gleisanlagen-Überwachung“, betont Rennen und führt aus: „Die Tachymetrie als optisches Verfahren fordert unter anderem eine freie Sicht zu den entsprechenden Prismen ein. Im laufenden Bahnbetrieb ist dies jedoch aufgrund vorbeifahrender Züge oftmals nicht zu gewährleisten. Unsere WCM-Systeme setzen genau hier an – und ermöglichen ein permanentes Monitoring von Anlagen auch unabhängig des Betriebs. Gleichzeitig ist unsere Hardware so konzipiert, dass sie allwettertauglich und sehr robust ist.“
Zwei WCM-Systeme
Wichtig beim Aufbau eines WCM ist die Datenübertragungsfrequenz. „Da gibt es verschiedene Möglichkeiten, von lizenzpflichtigen Frequenzen bis hin zu lizenzfreien“, so der gelernte Vermessungsingenieur Rennen. „Welche Frequenz sinnvoll ist, muss dann im jeweiligen Projektfall entschieden werden. Generell haben wir bei Senceive zwei verschiedene WCM-Systeme im Angebot, die jeweils unterschiedliche Stärken haben: GeoWAN und FlatMesh.“
GeoWAN basiert auf der LoRaWAN-Frequenz von 868 MHz und bietet damit hohe Reichweiten und gute Penetrationseigenschaften, bei nur geringer Datenübertragung. „FlatMesh hingegen nutzt ein sogenanntes vermaschtes Kommunikationssystem. Zwar ist die Übertragungsdistanz dabei lediglich auf bis zu 300 Meter bei freier Sicht eingeschränkt, dieser scheinbare Nachteil wird jedoch über die Möglichkeit abgefangen, die Nodes miteinander zu vermaschen“, berichtet Rennen. „Die Kunden müssen sich also je nach Projektfall entscheiden, welches System für sie gewinnbringend einsetzbar ist.“
Woraus besteht ein WCM-System?
Unabhängig davon, ob Anwender GeoWAN oder FlatMesh nutzen wollen, besteht ein WCM-System aus den Datenknoten (Nodes) mit externen oder integrierten Sensoren sowie einem Gateway, welches die Daten empfängt, zwischenspeichert und über Mobilfunk an einen Cloud-Server oder via Ethernet an einen lokalen Rechner weiterleitet. Hier finden dann Datenverarbeitung, Visualisierung und bei Überschreiten nutzerdefinierter Schwellwerte der Versand von Alarmen statt.
Montierter Überwachungssensor auf einer Gleisanlage. Foto: Senceive Ltd.
„Schließlich müssen sich die Kunden dann noch entscheiden, welche Parameter sie überwachen wollen und welche Sensoren dafür genutzt werden sollen“, so Rennen. „In unsere WCM-Systeme können prinzipiell alle denkbaren Sensoren implementiert werden. Das gilt sowohl für geometrische Sensoren – beispielsweise Neigungs-, Riss- oder Laser-Distanzsensoren – als auch nicht-geometrische Sensoren – etwa solchen zur Bestimmung von Temperatur oder Bodenfeuchtigkeit.“
Soll beispielsweise das Monitoring von Bewegungen in einer Gleisanlage umgesetzt werden, können sogenannte 3-Achs-Neigungssensoren genutzt werden. „Diese Sensoren können gleichzeitig Neigungsänderungen längs und quer zur Schiene identifizieren“, berichtet Rennen. Darüber hinaus können sie sogar mittels Modellbildung repräsentative Setzungen im Längsprofil bestimmen. „Generell gilt dabei: Für unsere WCM-Systeme werden sogenannte MEMS (Micro Electronic Mechanical System)-Sensoren genutzt, die auch in Smartphones zu finden sind.“ Durch die Miniaturisierung der Sensorik sowie die damit einhergehende Reduzierung des Stromverbrauchs, können die batteriebetriebenen, autarken Sensoriken beim Senceive-WCM bei Abtastintervallen von 30 Minuten und kürzer eine Lebensdauer von bis zu 15 Jahren erreichen.
Fazit
Das sorgt in der Folge nicht nur für einen geringen Installationsaufwand – schließlich müssen die verschiedenen Nodes lediglich einzeln montiert und nicht noch zusätzlich miteinander verkabelt werden. Auch Instandhaltungsmaßnahmen am WCM-System von Senceive können mit nur geringem Aufwand durchgeführt werden. „Das reduziert die Kosten, minimiert die Arbeitszeit des Personals im Gleis und trägt somit erheblich zu deren Sicherheit sowie zum störungsfreien Ablauf des Bahnverkehrs bei“, so der Vermessungsingenieur. Darüber hinaus erlaubt der Verzicht auf Verkabelung auch eine einfache, nachträgliche Erweiterung beziehungsweise Ergänzung des Systems – sowohl durch Sensoren des gleichen Typs als auch diversen anderen Datentypen. (jr)