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Beregnungstechnik

Funkbasierte Bewässerungssteuerung: So funktioniert das System

Dieser Artikel ist zuerst in der Agrartechnik erschienen.

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Prof. Dr. Sebastian Peisl/Dr. Michel Beck/Georg Baumgartner/Dr. Harald Hackl/agrartechnik/Krenn
am
10.05.2016

In den letzten Jahren arbeiteten Agraringenieure an der Entwicklung einer funkbasierten Bewässerungssteuerung, die dieses Jahr auf den Markt kommen soll.

Die Wasserentnahme für die Bewässerung von Agrarflächen steht mittlerweile im Fokus der Öffentlichkeit. Neue, wasserrechtliche Genehmigungen werden nur noch zögerlich erstellt. Altverträge werden teilweise nur mit hohen Auflagen verlängert. Teilweise werden sogar bestimmte Beregnungszeitfenster vorgeschrieben.

Die Agrarbetriebe sind gefordert, einen effizienten Wassereinsatz sicherzustellen. Eine neu entwickelte funkbasierte Bewässerungssteuerung kann einen wesentlichen Beitrag dazu leisten.

Die 'Hardware'

Die zentrale Intelligenz eines Funknetzwerkes zur Steuerung einer Bewässerungsanlage ist in der Basisstation integriert. Diese wird am Feldrand oder bei arrondierten Flächen an der Hofstelle positioniert. Sie kann je nach Standort von mehreren Betrieben gemeinsam genutzt werden.

Sie besteht aus

  • einem Windows basierten Platinen-Computer,
  • einem GSM/LTE Modem und
  • einem 868 MHz Funkmodem.

Für den Betrieb der Basisstation ist lediglich die SIM Karte eines beliebigen Mobilfunkanbieters mit Datenübertragungstarif erforderlich.

So arbeitet das System

Nach erfolgter Inbetriebnahme nimmt die Basisstation über eine GPRS/UMTS/LTE Verbindung mit dem an der HSWT eingerichteten Datenbankserver Kontakt auf. Notwendige Firmware-Updates werden bei jeder Anmeldung automatisch ausgeführt und anschließend alle notwendigen Kalibrier- und Konfigurationsparameter sowie die anstehenden Bewässerungsaufträge für den jeweiligen Standort geladen und Protokolle mit den Messdaten an den Server übermittelt. Diese Daten werden regelmäßig, in dem vom Anwender definierten Zeitintervall, aktualisiert.

250 Funkknoten

Eine Basisstation kann über das integrierte 868 MHz Funkmodem bis zu 250 Funkknoten verwalten. Die Basisstation erteilt diesen dezentralen Funkknoten die Mess- und Schaltaufträge. Um Abstände über 200 m zu ermöglichen ist es notwendig, Relaisstationen mit Reichweiten bis zu 2 km zwischenzuschalten. Innerhalb der Nahfunkstrecke können 250 Netzwerke, jeweils bestehend aus einer Basisstation und maximal 250 Knoten, parallel betrieben werden.

Die Funkknoten werden dort platziert, wo vom Betrieb aus die Messung und Schaltung gewünscht wird. Sie verfügen über maximal zwei bistabile Schaltausgänge 9-12 V und 4 Eingangskanäle für Sensoren, davon ein digitaler Zählereingang. Die Analogeingänge können individuell bestückt werden.

Die Bodenfeuchtesensoren 10HS, SMT100, VH400, Watermark mit Voltadapter, Tensiometer-CVR wurden mit Erfolg getestet. Zur Leckagen- und Funktionsüberwachung werden Drucksensoren und Wasserzähler mit Impulsausgang eingesetzt.

Energieversorgung und Ferndiagnose

Die Spannungsversorgung der Funkknoten ist auf 12 V ausgelegt und kann entweder über Batterien oder über solargeladene LiFePo-Akkus durchgeführt werden. Diese wird, wie auch die Feldstärke der Funksignale, im Protokoll der Telemetriedaten erfasst, der Basisstation übermittelt und bei Bedarf ein Alarm ausgegeben.

Neben den zahlreichen Funktionen der Eigendiagnose, z.B. der Akkuspannung und der Feldstärke, besteht die Möglichkeit einer Ferndiagnose durch den Hersteller. Dieser kann bei Problemen jederzeit und kurzfristig, über die Verbindung Server zu Basisstation, eingreifen.

Modularer und flexibler Aufbau

Ziel des Gesamtkonzeptes ist ein modularer und flexibler Aufbau, so dass bereits vorhandene hydraulische Komponenten, Ventile und Sensoren weiter genutzt werden können und das System je nach Bedarf stufenweise erweitert werden kann. Die Dateneingabe und Visualisierung erfolgt über internetfähige Dateneingabegeräte wie Smartphone‘s, Tablet‘s und PC‘s.

Der Anwender kann für jeden Bewässerungskreis frei wählbar eine zeitgesteuerte, bodenfeuchtebasierte und zukünftig auch modellbasierte Steuerungsvariante einstellen. Eine Funktions- und Leckageüberwachung der Bewässerungsvorgänge ist durch die eingebauten Drucksensoren und Wasserzähler gewährleistet.

Die Vorteile im Überlick

  • Das System kann den Anwender bezüglich der Dokumentationspflichten wesentlich entlasten.
  • Neben der einzelbetrieblichen Optimierung wird eine überbetriebliche Vernetzung bis hin zur Koordination eines gesamten Beregnungs- und Bewässerungsverbandes angestrebt
  • In einem größeren Anbaugebiet können vorhandenen Ressourcen optimal genutzt werden.
  • Die einzelnen Bewässerungskreise können jederzeit und an jedem Ort bedient und kontrolliert werden.
  • Im Störfall meldet sich das System automatisch beim Nutzer.

Dieser Text ist zuerst in der Aprilausgabe der Agrartechik erschienen.

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