Energie-Management für Industrie 4.0 So wird LoRa dynamisch

Holger Heidenblut, EPS ENERGY

»Wir ersetzen die ModBus-Kabel durch Funk, ohne dass der Nutzer überhaupt etwas von LoRa wissen, geschweige denn, sich auf die Ebene der Nullen und Einser begeben muss.«
Holger Heidenblut, EPS ENERGY »Wir ersetzen die ModBus-Kabel durch Funk, ohne dass der Nutzer überhaupt etwas von LoRa wissen, geschweige denn, sich auf die Ebene der Nullen und Einser begeben muss.«

LoRa eignet sich nicht für die Kommunikation im Energie-Management – so die landläufige Meinung. Wie es doch funktioniert, zeigt die EPS ENERGY zusammen mit der krumedia.

Tatsächlich eignet sich das LoRaWAN-Protokoll nicht immer für den Einsatz in Energie-Management-Systemen, weil es relativ statisch ist. EPS ENERGY und krumedia haben in Kooperation mit ihrem Hardware-Partner comtac jetzt ein System entwickelt, das mit höheren Datenraten zurechtkommt und den Weg zu privaten Netzen öffnet – ganz ohne WANs.

Dazu zunächst ein Blick auf die Energie-Management-Systeme: Sie sparen längst nicht nur mehr Energie – das dürfte sich in der Zwischenzeit herumgesprochen haben. Auf Basis der Daten, die sie sammeln, können Condition Monitoring und vorausschauende Wartung in der Industrie und in Gebäuden durchgeführt werden. Diese Systeme können sogar ganz neue Aufgaben im Umfeld von Smart Cities übernehmen und öffnen damit den Weg zu Industrie 4.0 und IoT. Nicht nur Sensoren, sondern auch Aktoren lassen sich einbinden, um auf Umweltbedingungen reagieren zu können. Aktoren öffnen und schließen beispielsweise in Gebäuden Fenster oder in Maschinen Ventilklappen.

Theoretisch klingt das sehr schön, in der Praxis tauchen aber viele Hindernisse auf. So ist es beispielsweise aus technischen und wirtschaftlichen Gründen schwierig bis unmöglich, die erforderlichen Sensoren und Aktoren in bestehenden Gebäuden nachträglich zu verkabeln.

Doch kann dies im Zeitalter allgegenwärtiger Funkverbindungen überhaupt ein Problem sein? Ein Blick auf die Möglichkeiten, die die drahtlose Kommunikation bietet, ist ernüchternd, denn traditionelle Funksysteme wie WiFi, ZigBee und Bluetooth scheiden häufig aus, weil die Sensoren und Funkknoten oft an Stellen untergebracht werden müssen, die unzugänglich sind. Batterien ständig tauschen zu müssen, wäre kaum möglich, also kommt es auf eine möglichst lange Batterielebensdauer an. Die genannten Systeme sind aber relativ energiehungrig, die Batterien halten nicht lange. Zudem müssen oft weite Distanzen überwunden werden, und die drahtlosen Sensorknoten befinden sich oft innerhalb von Gebäuden oder in Parkhäusern, in denen Funksysteme auf Basis von 2,4 GHz Probleme mit der Durchdringung bekommen. Deshalb hat EPS ENERGY zusammen mit krumedia die LoRa-Technik untersucht. Sie gehört zur LPWAN-Familie, die im unlizenzierten Spektrum im Sub-GHz-Frequenzbereich arbeitet, weite Distanzen abdeckt und selbst zu Geräten in Kellern verlässliche Funkverbindungen herstellen kann. Außerdem arbeitet LoRa sehr energiesparend, und es lassen sich kostengünstige Endgeräte bauen. Damit erfüllt LoRa viele Bedingungen, die heute an IoT-Systeme in Gebäuden, in der Industrie und im Smart-City-Umfeld gestellt werden. Allerdings ist diese Technik nur für die Übertragung kleiner Datenmengen ausgelegt.

Das muss kein Nachteil sein, weil in vielen Fällen keine größeren Datenmengen übertragen werden müssen. Für den Einsatz in Energie-Management-Systemen kann das allerdings problematisch werden. Einen Zähler alle 15  Minuten auszulesen, stellt dabei noch keine Schwierigkeit dar. »Dagegen ist die Analyse von Lastgängen und Maschinenanläufen damit nicht möglich«, sagt Holger Heidenblut, Leiter Produkt- und Projektmanagement von EPS ENERGY.