(Quelle: Advantech)

LoRaWAN ist eine Spezifikation, die ein Netzwerkprotokoll mit geringem Stromverbrauch und großer Reichweite („Low Power, Wide Area“, LWPA) definiert, das eine drahtlose Kommunikation mit großer Reichweite zwischen batteriebetriebenen Geräten und Gateways ermöglicht. Dieser Netzwerktyp eignet sich ideal für Anwendungen, die für die Einrichtung eines drahtlosen Industrienetzwerks entweder zu abgelegen, zu gefährlich oder zu kostspielig sind. Die LoRaWAN-Technologie vereinfacht den Zugriff auf Daten aus Produktionsstätten, Gebäuden oder der Umwelt.

Dieses Netzwerkprotokoll basiert auf Sub-Gigahertz-Frequenzen und ermöglicht industrielle Kommunikation mit einer effektiven Reichweite von 5 Kilometern in städtischen Umgebungen und bis zu 15 Kilometern in ländlicheren Umgebungen. LoRaWAN basiert auf einem offenen Standard (IEEE P1451.5.5) und wird von mehr als 500 Unternehmen unterstützt. Die Implementierung von LoRaWAN-kompatiblen Geräten und Gateways ist eine sichere Netzwerkinvestition.

Gateways für große Reichweiten

Das Hochleistungs-Gateway WISE-6610 von Advantech bietet zuverlässige Konnektivität für industrielle Umgebungen. Es unterstützt das LoRaWAN-Protokoll für private und öffentliche Netzwerke sowie andere Protokolle wie Message Queuing Telemetry Support (MQTT). Das Gateway ist hardware- und softwaremäßig äußerst flexibel, sodass Netzwerkadministratoren die Vorteile leistungsstarker Edge-Intelligence-Systeme nutzen können. Zudem kann es über Ethernet oder I/O mit zahlreichen Feldgeräten verbunden werden.

Dieses LoRaWAN-Gateway bietet außerdem VPN-Tunneling-Unterstützung (Virtual Private Network) mit verschiedenen Protokollen für eine sichere Kommunikation. Das Gateway verfügt über einen Netzwerkserver, der die LoRaWAN-Daten analysiert, und bietet redundante Funktionen, um Verbindungsverluste zu vermeiden. Der WISE-6610 ist IP30-zertifiziert, wird mit 9–36 V DC betrieben und verfügt über einen microSD-Kartensteckplatz.

Das System hat einen sehr geringen Stromverbrauch und eignet sich daher für solar- oder batteriebetriebene Anwendungen sowie für die DIN-Schienen- oder Wandmontage.

Feldgeräte

Der WISE-2410 von Advantech ist ein drahtloser LoRaWAN-Vibrationssensor, der Feldgeräte mit dem Netzwerk verbindet. Er verfügt über einen integrierten ARM Cortex-M4-Prozessor, einen Langstrecken-Transceiver (LoRa), einen Drei-Achsen-Beschleunigungssensor und einen Temperatursensor für die Zustandsüberwachung. Dieser Sensor sorgt für einen Ausgleich der Wireless-Bandbreite zwischen dem WISE-2410 und dem Gateway, um die Ausfallraten der Datenübertragung zwischen Edge-Geräten und Gateways zu verringern.

Dieser Sensor unterstützt eine sternförmige Netzwerktopologie. Der WISE-2410 kommuniziert drahtlos zwischen dem Sensor und dem Gateway, wobei die Verbindung zum Gateway über ein IP-basiertes Netzwerk oder das Modbus-Protokoll erfolgt.

Mit dem modernen integrierten Prozessor können die Benutzer noch mehr Funktionen implementieren. Dank der größeren Rechenleistung kann der Sensor komplexere Einzelwerte wie V_RMS, A_RMS, Spitzenwert, Verschiebung, Kurvendarstellung, Scheitelfaktor, Schrägheit und Standardabweichung berechnen.

Der Sensor ist mit zwei 3,6-V-AA-Batterien ausgestattet und kann dank seines geringen Stromverbrauchs eine Batterielebensdauer von bis zu zwei Jahren erreichen, wenn die Daten einmal pro Stunde aktualisiert werden. Der WISE-2410 erfüllt die Schutzart IP66 und ist damit für raue Umgebungen geeignet.

Er wurde für Anwendungen wie Pumpen, HLK-Systeme, Motoren, Anlagenüberwachung usw. entwickelt. Der Sensor lässt sich mit dem WISE Studio Utility von Advantech verbinden und dadurch einfach bedienen und installieren. Advantech bietet außerdem eine Reihe von LoRA-GPIO-Modulen für den Anschluss anderer Sensoren an das LoRA-Netzwerk in den Produktlinien WISE-4610 und BB-WSW.

Für den Einsatz in besonders anspruchsvollen Umgebungen gibt es eine explosionsgeschützte Variante. Der explosionsbeständige Smart-Vibrationssensor WISE-2410X gleicht die Funkbandbreite zwischen sich und dem Gateway aus. Das IP65-Gehäuse und die IECEx Zone 2, Zone 21 und ATEX2-Compliance erweitern die Anwendungsbereiche erheblich.

Vertraut machen mit LoRaWAN

Die Einführung einer neuen Technologie ist nicht einfach. Das LoRaWAN Starter-Kit enthält das WISE-6610 Gateway, den WISE-2410 Vibrationssensor und alles andere, um schnell Proof-of-Concept- oder Pilotprojekte umzusetzen. Dieses Kit ist außerdem leicht skalierbar. Es ermöglicht das Hinzufügen weiterer WISE-Knoten und Sensoren zu einem vorhandenen Gateway, um ein Netzwerk für Hunderte oder Tausende von Verbindungen zwischen einem oder mehreren Standorten zu erweitern.

Das Starter-Kit zeigt, wie einfach es ist, LoRaWAN zu implementieren. Es bietet eine integrierbare, einfach zu installierende Lösung zur Überwachung von Temperatur und Vibration Ihres Motors oder Lagers in schwierigen Installationsumgebungen – und das alles, ohne den laufenden Betrieb zu stören. Sowohl der Sensorknoten als auch der Sensor selbst sind batteriebetrieben und benötigen keine kostspielige oder störende Verkabelung. Das Kit beinhaltet eine Open-Source-Plattform mit Zugang zu Industriestandards wie Node-RED-Benutzermodulen, MQTT- und PLC-Protokollen und Cloud-Diensten wie Azure und AWS.

Fazit

Schwierige Anwendungsumgebungen können den Aufbau leistungsfähiger drahtloser Netzwerke schwierig machen. Bei LoRaWAN ist dies jedoch nicht der Fall. Diese Technologie ist eine kostengünstige Lösung, die einfach einzurichten ist und bestehende Abläufe nicht beeinträchtigt. Sie ermöglicht einen besseren Einblick in die betrieblichen Abläufe und liefert aussagekräftige Erkenntnisse.