Autonome Mess-Systeme
mit Fernübertragung (GSM-2)

von Marcel Gautschi, Dipl. El.-Techniker TS
KELLER AG 07/2009



Das Bedürfnis nach autonom arbeitenden Mess-Systemen besteht schon lange, wurden bis jetzt jedoch nur mit dem Einsatz von lokal auslesbaren Datenloggern realisiert. Die gewonnenen Daten waren zwangsläufig nie aktuell und boten lediglich einen Blick auf die Historie. Eine ständige Funktionsüberwachung der Messgeräte fehlte.

Die Nutzung der Mobilfunknetze und dem Internet erlaubt es heute, weit verstreute Mess-Systeme virtuell an einem Ort zusammenzufügen und die gewonnenen Daten zeitnah zu verwerten.



Moderne Mess-Systeme sind günstiger

Professionelle Messtechnik profitiert in hohem Masse von Komponenten und Technologien, die ursprünglich für die hohen Stückzahlen bei Konsumprodukten entwickelt wurden. Ein aktuelles Beispiel ist die Nutzung der Mobilfunknetze zur Datenübertragung. Die GSM-Empfangsabdeckung ist so weit fortgeschritten und die Preise für Telefonmodule und Gesprächskosten so günstig, dass dies nicht nur für dezentral oder völlig abseits gelegene Messpunkte, sondern auch an gut erreichbaren Orten die billigste und einfachste Lösung der Messwerterfassung ist.
Die Kosten für die Datenübertragung ist ein Bruchteil der Kosten für Personal zur Messwerterfassung. Zudem ist dieses komplette Mess-System mit GSM-Übertragung nur wenig teurer als ein Datenlogger ohne GSM-Übertragung.

Bei der Übertragung von Messdaten per E-Mail fallen derzeitig sehr geringe Kosten an. Wird eine Prepaid-Karte eingesetzt, entfallen sogar die monatlichen Gebühren.

Die Datenübertragung per E-Mail oder SMS sind die in der Praxis am einfachsten umzusetzenden Möglichkeiten, denn auf der Empfangsseite muss nicht viel getan werden. Es reicht ein normales Mobiltelefon, an dem die Messdaten (SMS) via PC ausgelesen werden, oder ein PC mit Internetanschluss, über den die Daten via E-Mail empfangen werden.

Bildliche Darstellung des GSM-2 Mess-Systems




Datenverarbeitung: Der PC ist der Datenlogger

Die benutzerfreundliche und kostenlos erhältliche PC-Software GSM-2-DataManager ist das Herzstück des Mess systems. Sie sammelt die Messdaten, überwacht und steuert die verschiedenen Messstationen (GSM-2) und dient zum Anzeigen oder automatischen Weiterverarbeiten der Messdaten, die in einer MySQL-Datenbank gespeichert sind.

Die von den GSM-2 versendeten Daten (E-Mail/SMS) werden vom Datamanager fortlaufend eingelesen und in der Datenbank abgelegt. Auf einen Blick ist ersichtlich, ob alle Messstationen einwandfrei arbeiten. Bei einem Fehler, z.B. fehlende Messdaten, wird dies am PC-Bildschirm dargestellt oder die zuständige Person wird per SMS oder Mail informiert. Messdaten werden in die am Messort herrschende physikalische Grösse umgerechnet und können graphisch dargestellt werden. Die Positionen der Messstellen werden in einer Karte angezeigt.

Eine Konfigurationsänderung an den einzelnen Messstationen (GSM-2) erfolgt am PC. Per E-Mail wird die neue Konfiguration verschickt und vom betreffenden GSM-2 Modul empfangen.

Anwendungen

Das GSM-2 eignet sich zum Einsatz an Orten, wo keine Stromversorgung zur Verfügung steht oder keine Kabel verwendet werden können. Typische Anwendungen sind: Tanks auf Fahrzeugen oder Baustellen, Grundwasser- und Abwasser-Pegelmessungen.

GSM-2 zur Grundwasserpegelmessung

Die Überwachung von Grundwasserständen oder der Oberflächenpegel an Seen und Flüssen ist eine weit verbreitete Aufgabe. Sie wird von unterschiedlichen staatlichen Einrichtungen aber auch privaten Wasser- bzw. Energieversorgern wahr genommen.

Die Keller AG für Druckmesstechnik hat deshalb für ihre Wasserstandssonden zur Niveaumessung das GSM-2 Modul entwickelt. Die Einsatzorte sind nahezu beliebig. Früher wurden solche Messungen von Hand mit dem Lichtlot durchgeführt. Dafür reichte ein in den Boden eingelassenes Rohr mit einem Durchmesser von 2" völlig aus. Die Messfrequenz hing allerdings stark von der Erreichbarkeit der Messpunkte und den gegebenen Witterungsbedingungen ab. Um die bereits vorhandenen Messstellen mit einem Mess-System ausstatten zu können, ist der Durchmesser des GSM-2 Moduls so gewählt, dass es direkt in die so genannten Peilrohre eingelassen werden kann.

Die meist abgelegenen, irgendwo nach geo- oder hydrografischen Gesichtspunkten platzierten Messstellen haben natürlich keinen Stromanschluss. Also ist ein batteriebetriebenes System mit möglichst grosser Standzeit erforderlich. Die Liste der Anforderungen geht aber noch weiter: die Messeinrichtung muss Beständigkeit gegen Wasser und Feuchtigkeit aufweisen bzw. kurzzeitig überflutbar sein. Sie muss schliesslich gegen Diebstahl und Vandalismus geschützt werden.


Einfache und schnelle Installation

Das gesamte GSM-2 Messmodul mit Pegelsonde wird einfach in das Peilrohr mit 2 Zoll Durchmesser gesetzt und durch die Pegelverschlusskappe gesichert. Eine aufwändige und teure Installation von Antenne mit Mast und Solarpanel entfällt! Die Installation dauert wenige Sekunden.

Nach dem Einbau sendet das GSM-2 seine Konfiguration mit Messtellen-Name und -Position an den DataManager, der dieneue Messstelle ab sofort automatisch verwaltet.



Fakten

• Batteriebetrieb (bis zu 10 Jahre mit einer Batterie)

• Einfache und schnelle Installation

• Diverse Schnittstellen für Sensoren

• Gratis-Software

• Preiswert



Technik im Detail

Die Software DataManager überwacht die Messstellen und verarbeitet die Messdaten
(grafische Darstellung, …)




Elektronik und Batterie des GSM-2-Moduls sind wasserdicht in einem Edelstahl-Gehäuse mit einem äusseren Durchmesser von 48 mm untergebracht.

Im oberen Teil, der zur Befestigung in einer abschliessbaren Pegelrohr-Verschlusskappe mit Antenne für 2"-Rohre ausgelegt ist, befinden sich die Antenne und die Schnittstelle zur Konfiguration des Mess-Systems. Am unteren Ende wird die Niveau-Messsonde angebracht.
Je nach Umgebungsbedingung und Konfiguration lässt sich eine Standzeit des batteriebetriebenen Gerätes von mehr als 10 Jahren erreichen! Das GSM-Modul wird einfach nur dann eingeschaltet, wenn es benötigt wird (d.h., um eingehende Konfigurationen abzurufen oder um die Messdaten oder die Systemkonfiguration zu verschicken).

Mehrere in einem definierten Zeitintervall gemessene und (im GSM-2) gespeicherte Pegelwerte werden in einer einzigen Nachricht (E-Mail/SMS) verschickt.

Gleichzeitig können in einem weiteren Intervall kritische Ereignisse, wie schnelle Pegeländerungen sowie Über- oder Unterschreiten von
Pegeln, detektiert und zusätzliche Meldungen als E-Mail- oder SMS-Alarm versendet werden. Das periodische Senden von Systeminformationen mit aktuellen Pegeln, Batteriekapazität, Antennensignalstärke und weiteren Angaben ist auch gegeben.


Messeingänge für diverse Sensoren und Anwendungen

Nebst der RS485 Schnittstelle, über die mit den Wasserstandsonden von KELLER der Druck bzw. Wasserstand sehr genau ausgelesen wird, ist im Modul selbst ein Luftdruck- und Temperatur-Sensor eingebaut. Dies ermöglicht Wasserstandsmessungen durch die so genannte AA-Messmethode (Absolut-Absolut). Der Vorteil dieser Messmethode ist, dass auf ein feuchtigkeitsanfälliges Kapillar-Rohr im Kabel der Pegelsonde verzichtet werden kann. Dadurch ist die Messstelle sehr robust und für den sicheren Einsatz in feuchter und nasser Umgebung geeignet; auch ein kurzzeitiges Überfluten führt nicht zu einem Ausfall der Messstation.

Die zwei Spannungseingänge (0...2,5 V), die SDI12 Schnittstelle oder die zwei Digitaleingänge ermöglichen dem Kunden Anwendungen mit Sensoren aller Art an das Gerät anzuschliessen. Vom einfachen Schaltkontakt (Digitaleingang) bis zum teuren und anspruchsvollen Wasseranalysegerät mit bis zu 10 Parametern (SDI12-Schnittstelle).

Die angeschlossenen Sensoren werden wahlweise vom GSM-2 mit 12 Volt, 5 Volt oder 3,7 Volt Spannung versorgt.

GSM-2 Messmodul mit Pegelsonde