Condition Monitoring in der Aquakultur ermöglicht SEAWATER Cubes tiefe Einblicke und schnelle Reaktionszeiten 


Über die Unternehmen

Das Unternehmen SEAWATER Cubes GmbH wurde am 1. August 2018 von Carolin Ackermann (M. Sc. Marketing Science), Christian Steinbach (M. Eng. Engineering & Management) und Kai Wagner (M. Sc. Automatisierungstechnik) gegründet. Die Idee zum SEAWATER Cube entstand während der langjährigen Forschungstätigkeit der Gründer als wissenschaftliche Mitarbeiter im Labor Aquakultur der htw saar. In einer Vielzahl an Forschungsprojekten hat sich das Team umfassendes Wissen zur Zucht von Meeresfischen in hochtechnisierten, geschlossenen Kreislaufsystemen angeeignet. Die Gründer haben diese Idee in einen funktionierenden Prototyp umgesetzt und eine kompakte, standardisierte und vollautomatisierte Meeresfischzuchtanlage entwickelt.

Mit rund 1,1 Millionen € Fördersumme hauptsächlich im Rahmen einer EXIST-Forschungstransfer Förderung des Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BmWi) wurden die Entwicklung und der Bau des Prototypen unterstützt. Neben dem Anlagenvertrieb betreibt das Unternehmen intensive Forschungsarbeit für zukünftige Entwicklungen im Bereich Aquakultur und vertreibt den im Prototyp gezüchteten Fisch über einen eigenen Onlineshop. Nächstes Ziel ist der Verkauf des SEAWATER Cube an z.B. Unternehmer oder Landwirte, die damit selbst in die Fischzucht einsteigen können.

SEAWATER

Die embedded data GmbH mit Sitz in Saarlouis ist ein junges Software-Unternehmen, das sich zur Mission gemacht hat, Unternehmen nachhaltig für die industrielle Digitalisierung zu begeistern und ihnen Tools zu bieten, mit denen sie die eigenen Lösungen umsetzen können. Ein solches Tool ist die IIoT-Plattform da³vid, mit der alle Messwerte und Daten sowohl direkt an der Anlage als auch in der Cloud auf einfache Art und Weise erfasst, visualisiert und für weitere Auswertungen genutzt werden können. Dies ist möglich, da die zugrundeliegende Software bewusst so entwickelt wurde, dass sie sowohl in der Cloud als auch auf schmaler Hardware an der Anlage, s.g. Edge-Geräten mit guter Performance eingesetzt werden kann.

Der Betreiber kann selbst eigene Dashboard erstellen, Alarme konfigurieren und seinen Mitarbeitern auch ein digitales Schichtbuch zur Verfügung stellen, um relevante Ereignisse zu erfassen. Dadurch ist der Verantwortliche stets in der Lage, einen umfassenden Überblick über die aktuellen Geschehnisse in der Produktion zu erhalten sowie Instandhaltungen smart zu planen. Die Maschinendaten können dabei entweder über analoge und digitale Sensoren direkt erfasst, oder über verschiedene Kommunikationsschnittstellen wie z. B. OPC UA oder Modbus ausgelesen werden.

Herausforderung

Eine zuverlässige und kostengünstige Sauerstoffversorgung ist unabdingbar für Aquakulturbetriebe. Gerade für kleine Anlagen finden sich jedoch kaum kostengünstige Systeme auf dem Markt. SEAWATER Cubes erprobte einen Teststand für eine neuartige Luftzerlegungsanwendung für die nachhaltige Fischzucht, dessen Anwendbarkeit für die Aquakultur bewertet werden sollte. Dabei stand SEAWATER Cubes vor der Herausforderung eine unkomplizierte Lösung zur Erfassung, Archivierung und Visualisierung der anfallenden Daten zu finden, um so eine vollumfängliche Transparenz der Anwendung sicherzustellen und die Prozesse überwachen und optimieren zu können. Eine der Anforderungen war dabei, dass das System die Möglichkeit bietet alle Daten lokal an der Anlage zu exportieren, z.B. durch Anschluss eines Laptops und einen entsprechenden CSV-Export.

 

Realisierung durch Einsatz eines IoT-Gateways

Für den Teststand mussten sowohl digitale, als auch analoge Signale der verschiedenen Sensoren ausgewertet werden. Insgesamt wurden sieben Sensoren (Stromzähler, 2x Thermische Massen-Durchflussmesser, 2x Druckmessumformer, Temperaturtransmitter, O2-Sensor) als Datenquellen verwendet. Als Edge-Gerät kam das IoT-Gateway sidaGateway von embedded data zum Einsatz. Zur Erfassung der Daten wurden eine Modbus-Anbindung realisiert und zusätzliche analoge Sensoren eingesetzt. Bei den analogen Sensoren kamen zwei Typen zum Einsatz. Das Signal wird entweder über die Messung der Stromstärke oder der Spannung erzeugt.

Sensoren, die auf der Spannung basieren wurden direkt an das sidaGateway angeschlossen. Zur Messung der Stromstärke stand mit der sidaAI ein kostengünstiges Erweiterungsmodul zur Verfügung, welches wahlweise sowohl mit der Spannung, als auch mit der Stromstärke arbeiten kann. Mit diesem Zusammenspiel von sidaGateway und der sidaAI-Erweiterung konnten alle benötigten Sensoren zielführend angeschlossen werden.

Da das Projekt eine Auftragsforschung für einen externen Partner war, war es besonders wichtig, dass die gesammelten Daten mühelos aus dem System extrahiert und als CSV-Export weitergegeben werden können. Zur Auswertung der Prozesse wurden Druck, Durchfluss, Temperatur, Sauerstoffgehalt und eingebrachte Energie miteinander in Verbindung gebracht. Diese Komplexität an Daten bedingte eine übersichtliche Visualisierung, um bereits bei Betrieb der Anlage Schlüsse auf die Leistungsfähigkeit zu ziehen und Parameter variieren zu können. Zur Visualisierung der Messdaten wird die IIoT-Plattform da³vid von embedded data genutzt, die standardmäßig auf dem sidaGateway läuft. Der Zugriff der Daten erfolgt dabei direkt an der Anlage selber, sodass sofort vor Ort Anpassungen vorgenommen werden können.

Visualisierung

Erfolgreiche Zusammenarbeit in der Pandemiesituation: Persönliche Gespräche über Videocalls und Fernzugriff

Gerade in der Pandemiesituation war SEAWATER Cubes unsicher, wie die Implementierung von Hard- und Software ermöglicht wird, die ihnen fremd ist. Trotz neuer Herausforderungen konnte eine erfolgreiche Umsetzung erfüllt werden: “embedded data war jedoch gut auf diese neuen Herausforderungen vorbereitet und hat schnell über Fernzugriff und Videocalls für eine reibungsfreie Umsetzung und Projektierung gesorgt.”, so Kai Wagner, Co-Founder von SEAWATER Cubes.

Während der gesamten Projektphase fühlte sich SEAWATER Cubes gut von embedded data betreut. Das Konzept der angebotenen Schulungsstunden war zielführend und es konnte mit dem Team von embedded data immer ein persönliches Gespräch gesucht werden. Dabei waren die Gespräche produktiv und lösungsorientiert für das Projekt von SEAWATER Cubes.

Mehrwert: Zusammenspiel von übersichtlicher Visualisierung und unkomplizierter Struktur der Datenaufnahme und –auswertung 

SEAWATER Cubes sichert sich durch solche Forschungssysteme technischen Vorsprung im Bereich von kleinskaligen und autarken Aquakultursystemen und fördert durch Kosten- und Energieoptimierung die Nachhaltigkeit einer regionalen Lebensmittelversorgung. embedded data konnte hierbei mithilfe der IIoT-Plattform da³vid und den Hardware-Lösungen beisteuern und einen signifikanten Mehrwert liefern: “Hier konnten uns die Lösungen der embedded data GmbH, mit einer übersichtlichen Visualisierung und unkomplizierten Struktur der Datenaufnahme und –auswertung, im Vergleich zu SPS Integrierten data acquisition Lösungen in vergleichbarer Kostenklasse verschiedenster SPS Anbieter, einen signifikanten Mehrwert liefern. Hier überzeugte vor allem die schnelle Umsetzung trotz fremder Hard- und Software und die intuitive Online-Auswertung, welche zu einer schnellen Versuchsdurchführung führte, so Kai Wagner, Co-Founder von SEAWATER Cubes.

Nach dem Abschluss der Testreihen mit dem bestehenden Teststand sind bereits Anschlussuntersuchungen mit anderen Subsystemen angedacht. Aufgrund der Flexibilität im Anschluss von Sensoren steht der Umwidmung der vorliegenden Hardware kaum etwas im Weg.


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