Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung eines Systems zur automatisierten und kontinuierlichen Überwachung von Schüttgutlagerstätten unter Anwendung zukunftsweisender Konzepte wie „Internet der Dinge“, „Industrie 4.0“ und „Edge Computing“

Im Bereich der Materialflusstechnik gibt es zwei Arten von Fördergütern: Stückgüter und Schüttgüter. In den letzten Jahrzehnten beschränkte sich der Fokus der Forschung hauptsächlich auf den Bereich Stückgut. Stückgüter verändern sich bei der Förderung, Lagerung und Handhabung nur selten, Schüttgüter hingegen in erheblichem Umfang, bedingt durch Veränderung von Feuchte, Temperatur, Körnung, etc.

Ziel des vorliegenden Projektes ist die Konzeptionierung und Entwicklung einer automatisierten und kontinuierlichen Überwachung von Schüttgutlagerstätten. Die Umsetzung dieses Systems für Schüttgutanwendungen wird durch Einsatz des Konzeptes „Internet der Dinge“ durchgeführt. Es wird dabei erstmalig sowohl die eindeutige Rückverfolgbarkeit von Schüttgutchargen als auch die Überwachung von Qualitätskriterien der gelagerten Ware ermöglicht. Entsprechende Qualitätskriterien sind beispielsweise die Temperatur oder die Feuchte der Lagerware. Das System zeichnet sich dadurch aus, dass es durch kontrolliertes Einbringen intelligenter, kompakter Sensormodule in das gelagerte Schüttgut qualitätsrelevante Messdaten der gelagerten Ware erfassen kann. Die genannten Sensormodule werden dazu drahtlos untereinander kommunizieren können und somit einen Einblick in den Zustand im Inneren der Lagerstätte (z. B. Halde, Halle, Silo oder Bunker) erlauben. Die gesammelten Daten werden auf einen Server übertragen, welcher diese auswertet. Anhand der Ergebnisse werden dem Lagerbetreiber ressourceneffiziente Handlungsempfehlungen zum Erhalt der Verkehrsfähigkeit der Ware ausgegeben. In den meisten Fällen sind Lagerbetriebe den KMU zuzuordnen, welche somit als Hauptprofiteure der Erkenntnisse identifiziert werden können. Insbesondere im Agrarsektor könnten sich KMU wie Landhändler, Lagerhäuser oder Landwirte mit Hilfe eines solchen Systems noch besser vor dem Verderb ihrer Waren schützen. Derzeit beträgt in Deutschland der jährliche Verlust von Getreide während der Lagerhaltung knapp 1,5 Mio. Tonnen.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde ein Demonstrator eines Systems entwickelt, welches die automatisierte und kontinuierliche Überwachung von Schüttgutlagerstätten, insbesondere für Getreide, ermöglicht. Das entwickelte Konzept basiert auf der Einbringung von kugelförmigen Sensoreinheiten in das Getreide, die mit Sensoren ausgestattet sind und die ihre gesammelten Daten über eine Drahtlosverbindung zu einem Rechner außerhalb des Schüttguts übertragen.

Während des Projektes wurden zwei einsatzfähige Generationen von Sensoreinheiten entwickelt, die sich in der verwendeten Funkfrequenz und Sensorik unterscheiden. Der abschließende Stand der Sensoreinheit ermöglicht die Messung der Temperatur des Getreides sowie den CO2-Gehalt der Umgebungsluft, weitere Sensoren können durch die Verwendung von standardisierten Kommunikationsschnittstellen in die Sensoreinheit integriert werden.

Die Sensoreinheiten wurden zudem in Getreide erprobt, dabei wurde die Fähigkeit, Messwerte zu erfassen, drahtlos zu übertragen und abzuspeichern, im Feldversuch erprobt und nachgewiesen.

Neben der Entwicklung der Sensoren selbst wurden die Einbringung der Sensoreinheiten in das Getreide sowohl konzeptionell als auch in der technischen Umsetzung intensiv erforscht. Eine geeignete Verteilung von Sensoreinheiten innerhalb der Getreidelagerstätte muss dabei neben finanziellen Aspekten bezüglich der erforderlichen Sensoranzahl auch Anforderungen an die Robustheit der drahtlosen Kommunikation und der messtechnischen Abdeckung des Schüttguts genügen. In Simulationen wurden verschiedene Verteilungen der Sensoreinheiten im Schüttgut ermittelt und deren Performance bezüglich der gestellten Anforderungen verglichen und bewertet.

Die Anwendungsmöglichkeiten des entwickelten Systems sind in der Reduktion von verlorenem Getreide infolge von mikrobiellem Verderb und Schädlingsbefall zu verorten, da Hinweise auf Fäulnis oder Schädlinge frühzeitig messtechnisch erfasst werden können.