Smart Farming, Smart Sensorik

Sensorik

Sensoren – In der modernen Landwirtschaft übernehmen Rechner und Satelliten immer mehr das Kommando. Abnehmer der Signale ist eine Vielzahl moderner Sensoren in der Zugmaschine.

27. August 2012

Begriffe wie »Smart Farming« oder »Precision Farming« bringen es auf den Punkt: Der Wandel von der herkömmlichem Landtechnik hin zum modernen Hightech-Maschinenpark ist unaufhaltsam und vollzieht sich mit großer Dynamik. Zugmaschinen und Anbaugeräte werden mit immer mehr Bordrechnern und elektronischen Steuergeräten ausgestattet, die die Maschinen in die Lage versetzen, nahezu jeden landwirtschaftlichen Prozess auf dem Feld zu optimieren.

Möglich ist das nur, wenn Sensoren stets genügend aktuelle Informationen sowohl über die maschineninternen Zustände als auch über die externen Bedingungen auf dem Feld liefern. Die mechanischen und elektrischen Eigenschaften agrartauglicher Sensoren unterscheiden sich dabei allerdings in einigen Punkten deutlich von ihren Pendants in der Fabrikautomation.

Die Konfrontation mit Schmutz, Feuchtigkeit, Kraftstoffen, Hydraulikölen, Salzen oder Dünge- und Spritzmitteln gehört zur Tagesordnung, und die Anforderungen an die chemische Beständigkeit lässt sich vielfach nur durch Edelstahlausführungen erfüllen. Vibrationen und starke Erschütterungen erfordern andererseits extreme Anforderungen an die mechanische Robustheit und Unverwüstlichkeit.

An Schnittstellen sind heute neben analogen Strom- und Spannungsschnittstellen vor allem Standards wie CANopen oder J1939-Protokoll gefragt. Für den Betrieb auf öffentlichen Straßen geht es nicht ohne e1-Zulassung. Auf der elektromechanischen Seite müssen sich die Kabel- und Steckerlösungen flexibel die jeweiligen Standards beziehungsweise Herstellernormen anpassen. Wesentliche Anforderungen für land- und forstwirtschaftliche Maschinen finden sich hingegen in der ISO 14982.

Breites Programm im Einsatz

Die Anforderungen an die eingesetzten Sensoren sind also sehr hoch, zur Lösung der verschiedenen Anwendungen ist ein breites Sensorprogramm erforderlich.

Pepperl+Fuchs aus Mannheim nimmt für sich in Anspruch, alle Schlüsseltechnologien anbieten zu können, die heute erforderlich sind zur Lösung der zahlreichen Detektionsaufgaben in der modernen Landtechnik. Hochdichte, geschützte und mechanisch robuste Gehäusekonstruktionen sollen die Sensoren für den Einsatz unter den rauen Bedingungen im Outdoor-Bereich qualifizieren. Außerdem erfüllen sie mit einer Störfestigkeit von bis zu 100 Voltmetern alle notwendigen EMV-Kriterien deutlich.

Da Landmaschinen immer größer und komplexer werden und der Trend zu Selbstfahrsystemen steigt, ist es immer wichtiger, den Neigungswinkel von Fahrzeugen, Anbaugeräten oder Fahrerkabinen zu überwachen und diese gegebenenfalls zu nivellieren. Die Neigungssensoren der Serie F99 von Pepperl+Fuchs erfassen Neigungswinkel zwischen null und 360 Grad bei Auflösungen von weniger als 0,1 Grad und sind in ein- und zweikanaligen Ausführungen erhältlich. Auf Wunsch werden sie mit einer kundenspezifischen Parametrierung der Messbereiche und Ausgänge ausgeliefert.

Neben Modellen mit Strom-/Spannungsschnittstelle gibt es den F99 jetzt erstmals auch mit J1939-Protokoll, das die Kommunikation auf einem CAN-Bus in Nutzfahrzeugen zur Übermittlung von Diagnosedaten wie Motordrehzahl oder Temperatur sowie von Steuerungsinformationen beschreibt.

Der Sensor erfüllt die hohen Schutzarten IP68 und IP69k und lässt sich über sein intelligentes mechanisches Befestigungskonzept mit robustem Metallhaltewinkel direkt am Fahrzeug montieren. Eng verwandt mit den Neigungssensoren sind die Beschleunigungssensoren aus derselben Baureihe, mit denen sich kurzfristige dynamische Einflüsse und Kräfte auf die Fahrzeuge oder Anbaugeräte detektieren lassen.

Ultraschall erweist sich durch den Schallkegel mit Mittelwertbildung als ideale Technologie, wenn es um die Messung von Abständen oder Beladungszuständen von inhomogenen, nicht glatten Oberflächen geht wie Ackerböden, Flüssigkeiten oder mit Saat- und Erntegut beladene Anhänger, Speicher oder Silos. Bei Spurführungssystemen, die sich am Furchenverlauf orientieren, liefern sie ein präziseres Signal als zum Beispiel GPS.

Anders als die häufig eingesetzten Kamerasysteme sind Ultraschallsensoren unempfindlich gegenüber Verschmutzung. Bei großen Feldspritzen mit weit ausladenden Sprüharmen halten sie die Spritzdüsen ohne mechanische Vorrichtungen in einem konstanten Abstand zum Boden. Der Landwirt kann Düngemittel auf diese Weise optimiert ausbringen, außerdem sind die über mehrere Gelenke mit dem Fahrzeug verbundenen Gestänge gegen Beschädigung geschützt.

Der Metalface UMC3000 ist ein Beispiel aus dem großen Programm an Ultraschallsensoren von Pepperl+Fuchs. Er ist in einem Edelstahlgehäuse untergebracht und ermöglicht tastenden Betrieb ohne separates Empfängermodul. Der Sensor hat einen Durchmesser von 30 Millimetern, an der Frontseite auf dem Wandler befindet sich eine Edelstahlabdeckung.

Sicherheit am Joystick

Nicht nur Computer sind mit Joysticks ausgestattet, auch in Landmaschinen steuert der Fahrer damit Gabel oder Anbaugeräte. Ein unsichtbar in den Joystick integrierter kapazitiver Sensor von Pepperl+Fuchs zeigt der Bordelektronik dabei stets an, ob dieser den Joystick tatsächlich umfasst. Ist dies nicht der Fall, reduziert das System Motordrehzahl und Hydraulikdruck und aktiviert wenn nötig Sicherheitsfunktionen wie Bremsen und Verriegelungen. Das spart Kraftstoff und erhöht die Sicherheit.

Induktiv arbeitende Sensoren sind durch ihre zylindrische Ganzmetallausführung mit M12- oder M18-Gewindeülse sehr unempfindlich, darum können sie laut Hersteller mechanische Schalter sehr gut ersetzen. Sie erfassen die Anwesenheit metallischer Maschinenkomponenten und schließen so auf die Zustände von Klappen, Fördereinrichtungen oder Einheiten zum Roden. Die kontaktlosen Positioniersysteme PMI, F90, F110 und F130 von Pepperl+Fuchs sind ebenfalls mit dem induktiven Wirkprinzip ausgestattet und erfassen zum Beispiel Drehwinkel von Lenkungen oder messen lineare Bewegungen von Hydrauliksystemen.

Auch mit weiteren Sensorsystemen wie RFID-Lösungen, Heavy-Duty- oder Safety-Drehgebern sowie optischen Ganzmetallsensoren kann der Anwender seine Agrartechnik im Sinne von »Precision Farming« rationalisieren sowie Zeit, Kosten und Ressourcen einsparen.

Pepperl+Fuchs liefert sein Sortiment auf Wunsch auch mit kundenspezifisch konfektionierten Crimp- und Steckerlösungen aus, damit Maschinenhersteller die Agrarsensoren möglichst einfach in ihre Produkte integrieren können. Unterstützt werden die Standards aller gängigen Hersteller wie Deutsch Industrial, TE Connectivity, Delphi, JST, Lear, ITT und Molex. Dies macht eine zeitaufwendige separate Auftragsvergabe zur Konfektionierung überflüssig und erlaubt die verzögerungsfreie Inbetriebnahme der Geräte.

Erschienen in Ausgabe: 02/2012