Mobile Automation Mit einem PC mehr aus dem Feld rausholen

Die Landwirtschaft muss effizienter werden, um den Hunger der wachsenden Weltbevölkerung zu stillen. Hierbei kommen autonome Maschinen zum Einsatz, die Zentimeter genau sowie rund um die Uhr arbeiten können. Ein Automation PC macht es möglich, dass sie miteinander kommunizieren und Daten in die Cloud schicken.

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Der Landwirt und sein Traktor bei der Feldarbeit – ein Bild der traditionellen Landwirtschaft und in vielen Köpfen ein unzertrennbares Duo. Doch auch die Landwirtschaft steht unter starkem Einfluss der digitalen Transformation. „Smart Farming“, eine vernetzte und intelligent gesteuerte Landwirtschaft, ist auf dem Vormarsch. Der Landwirt und sein Traktor, schon allein aus Effizienzgründen ein vielleicht aussterbendes Modell, wie die Ausführungen des VDMA-Geschäftsführers für Landtechnik Dr. Bernd Scherer anlässlich der Agritechnica im letzten Jahr verdeutlichten: „Wer automatisiert lenken lässt, anstatt selbst das Steuer zu übernehmen, spart im Schnitt 10 % Diesel.“ Mit kombinierten Arbeitsprozessen, Digitalisierung, Leichtbau und exaktem Motormanagement würden sich laut Scherer sogar zwischen 35 bis 40 % einsparen lassen. Aber auch die Produktivität in der Landwirtschaft lässt sich mit autonomen Maschinen steigern. Was auch notwendig ist, wenn bis 2050 rund neun Mrd. hungrige Menschen¹ auf der Erde leben. Eine Lösung für diese perspektivische Herausforderung stellen autonomen Maschinen dar. Sie können den Ertrag steigern, obwohl es weniger Anbauflächen geben wird. Denn autonome Maschinen arbeiten Zentimeter genau – rund um die Uhr.

So lassen sich z. B. Ernteverluste bei Kartoffeln bereits bei der Aussaat vermeiden. Damit die Kartoffel richtig anwachsen kann, muss sie exakt in die Mitte eines kleinen Erdhügels gesetzt werden. Eine autonome Maschine kann genau für diesen Pflanzvorgang programmiert werden, und kann dies exakt auf dem ganzen Feld umsetzen. Sie arbeitet schnell und braucht keine Pause. Landwirte profitieren neben der Präzision von autonomen Maschinen auch von deren sparsamem Umgang mit Ressourcen. Dünge- oder Pflanzenschutzmittel werden exakt auf die Pflanze aufgetragen. „So können Landwirte ihre Materialkosten niedrig halten und ihren Ertrag steigern, da jede Pflanze gezielt versorgt wird“, erklärt Stefan Taxer, Produktmanager für Mobile Automation bei B&R. Auch schwierige und zeitaufwändige Arbeiten wie das Pflügen oder das Jäten können Maschinen übernehmen.

PC kommuniziert mit OPC UA und MQTT durchgängig

Damit autonome Maschinen alle diese Vorgänge übernehmen können, benötigen sie Daten, z. B. von unterschiedlichen Sensoren. Zudem müssen sie diese Daten entsprechend verarbeiten können: „Wesentlich für eine autonome Maschine ist eine hohe Rechenleistung“, sagt Taxer. Einfache Steuerungssysteme zur Automatisierung von Maschinen reichen nicht mehr aus. Auch sogenannte Big-Data-Analysen sind für die Produktivitätssteigerung notwendig. Besitzt ein autonomer Traktor z. B. die Fähigkeit, Daten von Wetterstationen zu beziehen, kann er ausloten, wann auf dem Feld die besten Arbeitsbedingungen herrschen. Sind aufgrund eines Wetterwechsels Probleme absehbar, stoppt er automatisch und nimmt die Arbeit zu einem späteren Zeitpunkt wieder von alleine auf. Um die notwendige Rechenleistung für Datenanalysen und autonome Prozesse zu gewährleisten, bietet das Unternehmen B&R einen PC für mobile Maschinen: „Der PC verfügt über einen Intel-Prozessor, der über einen weiten Bereich – vom Celeron bis hin zum Core i7 – skalierbar ist“, sagt Taxer. Der Vorteil in der Technologie von Intel liegt in der höheren Performance bei gleichzeitig geringerer Leistungsaufnahme.

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Was ein PC für mobile Maschinen leisten kann

Der PC für mobile Maschinen von B&R eignet sich für raue Umgebungen. Er unterstützt Standard-Betriebssysteme wie Windows 10 IoT Enterprise und Linux und verfügt über bis zu 16 GB RAM Speicher und ist mit einem TPM-Modul ausgestattet. Der PC hat einen Arbeitsbereich von -40 °C bis 85 °C und ist resistent gegenüber Vibrationen, Schock, Salz, UV-Licht und Öl. Zudem kann dem PC auch Feuchtigkeit nichts anhaben. Ein spezielles Ventil mit Gore-Tex-Membran verhindert, dass Feuchtigkeit von außen ins Gehäuse des PCs gelangt. Kondenswasser kann durch das Ventil abgegeben werden. Der PC ist unempfindlich gegenüber Spannungsschwankungen. Neben einem breiten Standardspannungsbereich von 9 bis 32 V verfügt er über eine integrierte Load-Dump-Funktion. Dadurch werden Spitzen in der Spannungsversorgung ausgeglichen, um die Elektronik zu schützen und einen unterbrechungsfreien Betrieb sicherzustellen.

Autonome Maschine sammelt Daten für Cloud und Wartung

Damit Maschinen sich untereinander vernetzen und miteinander kommunizieren können, müssen sie Daten austauschen. Der Mähdrescher kann z. B. Geschwindigkeit und Lenkung des nebenherfahrenden Traktors mit Ladeanhänger übernehmen und so sicherstellen, dass die Ladefläche optimal ausgenutzt wird. Für die Kommunikation miteinander verwenden die Maschinen spezielle Protokolle. B&R bietet die dafür gängigen Protokolle an: OPC UA und MQTT. Sie ermöglichen, Datenpakete zuverlässig zu übertragen, auch wenn die Netzwerkverbindung schlecht oder zeitweise unterbrochen ist. Die von einer autonomen Maschine gesammelten Daten können auch für unterschiedliche Auswertungen wie Vergleiche herangezogen werden. So lässt sich unter anderem der erwirtschaftete Ertrag zwischen mehreren Mähdreschern analysieren. Optimierungspotenzial für die nächste Aussaat oder die Düngung können so identifiziert werden.

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„Der PC von B&R fungiert als Edge-Gerät und ermöglicht die Datenübertragung von der Maschine in eine Cloud“, erklärt Taxer. Der Edge Controller ist ein Gerät zur Erfassung großer Mengen an Daten von unterschiedlichen Maschinen. Er komprimiert und aggregiert diese Daten und bereitet sie für die Speicherung in der Cloud entsprechend auf. Auch Systeme zur vorausschauenden Wartung sowie für Fernwartungen können mit den vom PC gesammelten Daten versorgt werden. „B&R bietet ein vorinstalliertes und vorkonfiguriertes Paket, mit dem die vorausschauende Wartung mit wenig Aufwand implementiert wird“, sagt Taxer abschließend. Dadurch lassen sich Wartungen für Maschinen prognostizieren und einplanen. Die Verfügbarkeit der Maschine erhöht sich.

¹ Studie der Welternährungsorganisation FAO

* Carola Schwankner, Unternehmensredakteurin, B&R

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