LoRaWAN Maschinenüberwachung

İstanbul Airport nutzt LoRaWAN für Echtzeitüberwachung

İstanbul Airport setzt auf LoRaWAN für die Echtzeitüberwachung und vorausschauende Wartung von Geräten und Maschinen auf mehr als 76,5 Millionen Quadratmetern Fläche.

Alle Geräte und Maschinen auf über 76,5 Millionen Quadratmetern digital im Blick!

Als größtes Infrastrukturprojekt der Türkei überhaupt besteht der İstanbul Airport aus zahlreichen verschiedenen Gebäuden, die alle über entsprechende Betriebsabläufe und Systeme verfügen, die eine Wartung und ständige Überwachung erfordern.

Während des Baus wurde ein flächen­deckendes Funk­netz­werk auf dem Gebiet des Flughafens İstanbul errichtet. Das Netzwerk unterstützt zahlreiche Prozesse im Asset- und Instand­haltungsmanagement. Das Funknetzwerk ist mit einer speziellen Kommuni­ka­tions­technologie ausgestattet und daher für hohe Leistung wie beispielsweise in Industrie­anwendungen, geeignet.

Das Netz ist vollständig kompatibel mit LoRaWAN und profitiert von den Vorteilen von LoRaWAN, wie beispielsweise die Fähigkeit zur Kommunikation über große Entfernungen, den geringen Stromverbrauch und die Kosteneffizienz. Ergänzend dazu ist die Anwendung mit zusätzlichen Technologien angereichert, wie beispielsweise Micro-Edge-Computing oder zusätzliche QoS- und Sicherheitsschichten.

Im Interview mit RFID im Blick spricht Bilal Yildiz,Electronic Systems Deputy Manager, IGA İstanbul Airport, über die Installation und den Einsatz des flächendeckenden LoRa-Netzwerkes.

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Eine Infrastruktur für alle Systeme

Nach der Fertigstellung wird der IGA İstanbul Airport der größte Flughafen der Welt sein. Er wird  Flüge zu mehr als 300 Destinationen weltweit anbieten. 200 Millionen Passagiere können jährlich befördert werden. Als größtes Infrastrukturprojekt der Türkei befinden sich auf der Fläche des İstanbul Airports zahlreiche Gebäuden mit unterschiedlichsten Funktionen und Wartungsanforderungen. Wie kann die flächendeckende Kontrolle und vorausschauende Wartung des gesamten Flughafens erfolgen? Die Antwort: funkbasierte IoT-Technologie.

Die Idee dazu entstand während des Bauprozesses beim Testen verschiedener drahtloser IoTLösungen. Die LoRaWAN-Technologie erwies sich als Schlüssellösung, die anschließend kontinuierlich auf dem gesamten Flughafen im-plementiert wird, um eine nahtlose Überwachung aller Systeme in Echtzeit zu gewährleisten. Das Besondere an der Lösung ist das Management mit LoRaWAN-Technologie.

Großer Flughafen, unzählige Assets

Der Flughafen İstanbul verfügt über ein umfangreiches und leistungsstarkes lokales ICT-Netzwerk für die Kommunikation zwischen Gateways und Servern. Der Flughafen nutzt derzeit 107 IoT-Gateways, um die Informationserfassung über die gesamte Infrastruktur abzudecken. In den Gebäuden sind insgesamt 650 Sensoren für die Überwachung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit installiert. Die Energieüberwachung von 350 Anlagen wird über insgesamt etwa 350 LoRaWAN-Module verwaltet.

Der Flughafen İstanbul beschäftigt rund 600 Mitarbeiter für die gesamte Wartung der Infrastruktur. Sechs unterschiedliche IoT-Applikationen wurden bereits auf dem Flughafen implementiert, weitere sollen folgen. Täglich werden bis zu sechs verschiedenen Projekten für den Einsatz der IoT-Technologie evaluiert. Zurzeit sind 6.000 LoRaWAN-Module im Einsatz und es bestehen 5.500 WiFi-Access Points auf dem gesamten Flughafen.

Roadmap bis 2027

Der Bau des Flughafens begann im Juni 2014. Die erste Phase wurde im Oktober 2018 abge-schlossen. Die Fertigstellung des gesamten Projekts ist für 2027 geplant. Danach wird der İstanbul Airport offiziell als der größte Flughafen der Welt gelten. Im Jahr 2019 begann der Flughafen mit der Installation und den Tests aller derzeit laufenden Wireless-IoT-Systeme. Da der Flughafen täglich weiter ausgebaut wird, werden täglich neue Gateways und Module installiert.

Ebenfalls im Jahr 2019 begann der İstanbul Airport die Zusammenarbeit mit dem Unternehmen Skysens Teknoloji und startete die Integration von LoRa-Geräten und drahtlosen IoT-Technologien im Flughafen. Die geplanten technologischen Installationen werden derzeit kontinuierlich umgesetzt. In den nächsten sechs Monaten sollen weitere zehn Systeme basierend auf der definierten, drahtlosen IoT-Technologie implementiert.

Echtzeit-Überwachung und vorausschauende Wartung

Der İstanbul Airport ist ein plakatives Beispiel für Vorteile auf Basis von drahtlosen IoT-Lösungen, da unzählige Gebäude verteilt über eine großflächige, zusammenhängende Infrastruktur abge-deckt werden. Diese Gebäude weisen untereinander zum Teil weite Entfernungen auf. In vielen Fällen dauert es mindestens 20 Minuten, um von Gebäude A zu Gebäude B zu gelangen. „Deshalb haben wir mit drahtloser IoT-Technologie für die Überwachung von Strom, Beleuchtung, Temperatur, Feuchtigkeit und Druck begonnen. Die geographische Lage des Flughafens war der Haupt-grund für die Wahl der LoRaWAN-Technologie“, so Bilal Yildiz.

LoRaWAN unterstützt nicht nur bei der Überwachung von Flughafensystemen, sondern spielt auch eine entscheidende Rolle bei der Realisierung von Lösungen für die vorausschauende Instandhaltung. LoRaWAN unterstützt das bestehende SCADA-System bei der Echtzeit Überwachung der Energie und der unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV).

„Sobald ein Problem mit der USV oder dem Energiefluss auftritt, senden die LoRaWAN-Nodes umgehend Benachrichtigungen direkt an unsere Mobiltelefone und E-Mail-Adressen. Unsere Wartungsteams können dann schnell reagieren und das Problem lösen“, sagt Yildiz.

Technologie: LoRaWAN

Der İstanbul Airport nutzt parallel zu den IT-Netzwerke ein komplexes LoRaWAN. Die LoRaWAN-Technologie umfasst Nodes, Module, Gateways und Server. „Wir verfügen über ein hoch leis-tungsfähiges lokales IKT-Netzwerk am İstanbul Airport. Wir nutzen 107 IoT-Gateways, um den ge-samten Flughafen abzudecken – in den Terminalgebäuden, im Außenbereich und in allen weiteren Gebäuden. Das ist eine enorme Anzahl und erzeugt ein vollkommen neues Transparenzlevel“, berichtet der stellvertretende Manager für elektronische Systeme.

Zahlreiche unterschiedliche Hardware-Ausrüstungen verfügen über Schnittstellen für verschiedene Kommunikationsprotokol-le wie Modbus, M-Bus, ProfibusDP, BACnet, Relais, Temperaturerfassung oder Ethernet. Obwohl alle LoRaWAN-Module in gleicher Form mit jedem Protokoll kommunizieren kann, werden für je-des Protokoll unterschiedliche Schnittstellen benötigt.

LoRaWAN für Asset-Tracking

Sensoren werden eingesetzt, um Fahrzeuge, Güter und Ausrüstungen zu lokalisieren. „Bei Assets ohne eigene Energieversorgung ist dies eine herausfordernde Aufgabe“, sagt Yildiz und erklärt: „Deshalb verwalten wir die Assets außerhalb des Flughafenhauptgebäudes mit Wireless-Sensoren. Außerhalb des Flughafens verwenden wir GPS-Systeme und LoRaWAN-Systeme für die Verfolgung der Assets ein. Für die Ortung von Objekten in Innenräumen installieren wir LoRa-WAN-Beacons zur Lokalisierung von Personen und Rollstühlen“, so Yildiz.

Der gesamte Flughafen İstanbul verfügt über ein IoT-Ökosystem, mit dem unterschiedliche Anwendungen mit LoRaWAN realisiert und mit anderen Technologien kombiniert werden können.

Yildiz erläutert: „Wir kommunizieren unsere GPS-Daten lokal in der Airport Operational Database (AODB). Oftmals wird von LoRaWAN eine GSM-Leistung erwartet, aber GSM-Systeme und LoRaWAN-Systeme sind nicht vergleichbar. LoRaWAN arbeitet auf einer sehr begrenzten Bandbreite. Wir überwachen nicht je-de Sekunde, sondern alle fünf Minuten, was unter normalen Umständen ausreicht. Damit operiert LoRaWAN um ein Vielfaches energieeffizienter.“

Herausforderung: Die Definition der passenden Technologie

Am Anfang stand die Herausforderung, die richtige Technologie auszuwählen, um den Tracking-Anforderungen – aber auch den Vorschriften des İstanbul Airports – gerecht zu werden. LoRa-WAN, SigFox, ZigBee und andere IoT-Technologien wurden evaluiert.

Die Tests führten zu einem Ergebnis, das so nicht erwartet wurde, wie Yildiz erklärt: „Wir hatten eigentlich vor, die SigFox-Technologie zu verwenden. Allerdings sammelt SigFox alle unsere Daten in einer Cloud in Frank-reich und nicht in der Türkei, nicht am Flughafen selbst. Eine Hauptanforderung war, dass keine Tracking-Informationen den İstanbul Airport verlässt. Das war mit SigFox leider nicht möglich. Deshalb haben wir uns für LoRaWAN entschieden.“

Alle Anforderungen mit einer Technologie gelöst

Auf dem İstanbul Airport existieren unzählige Prozesse, Anwendungen und Maschinen, die alle gleichzeitig arbeiten. Es muss ein System geben, das alles überwacht, von der Temperatur über intelligente Messgeräte bis hin zu Druckverhältnissen und Energieaufnahmen. Auch die Notfallsignalisierungsanlagen im Flughafen müssen täglich und zu jeder Zeit überwacht werden. All diese Systeme befinden sich in einer weit verteilten Infrastruktur über rund 76,5 Millionen Quadratmeter.

In einer solchen Situation ist das Spektrum-Management eine absolute Notwendigkeit, wie Yildiz betont: „Wir senden und empfangen Daten über Module. Das bedeutet, dass eine gleichzeitige Kommunikation zwischen verschiedenen Systemen stattfindet. Dies schafft die Notwendigkeit eines Spektrum-Managements, was der Grund ist, warum unsere Lösung am İstanbul Airport einzigartig ist. Mit LoRaWAN können wir alle Systeme gleichzeitig verwalten.“

Die nächsten Schritte am Airport

In den nächsten Jahren wird eine kontinuierliche Implementierung von Wireless-IoT-Applikationen in verschiedenen Systemen innerhalb des Flughafens stattfinden. Ebenfalls in Planung ist eine mobile Android-Anwendung, die eine Task-Management-Anwendung auf die Smartphones des Wartungsteams bringen wird. Das Task-Management-System wird derzeit konzipiert und programmiert. Das System wird anschließend in die AODB integriert werden. Auch die Digitalisierung der Personalverwaltung, insbesondere des Wartungsteams, steht auf der Entwicklungs-roadmap des İstanbul Airports.

İstanbul Airport

Der Airport liegt rund 35 Kilometer von der Millionenstadt am Bosporus entfernt. Die Errichtung des Flughafens wird in vier Bauphasen vollzogen. Die erste Phase wurde mit der Inbetriebnahme von zwei Start- und Landebahnen und einem Terminal mit einer Kapazität von 90 Millionen Passagieren jährlich abgeschlossen. Nach der Fertigstellung wird der Verkehrsknotenpunkt Flüge zu mehr als 300 Destinationen mit einer jährlichen Kapazität von 200 Millionen Passagieren aufnehmen.

RFID im Blick: Das Fachmagazin für RFID & Wireless IoT

Dieser Artikel wurde von der Redaktion von RFID im Blick produziert und in der Ausgabe 02/2020 veröffentlicht. Das europäische Technologiemagazin RFID im Blick erscheint 6-mal im Jahr mit 68 bis zum Rand mit Informationen und Know-how gefüllten Seiten. Wir berichten ausführlich, detailliert und aktuell über neuste technologische Entwicklungen und Use Cases aus den Bereichen industrielle Produktion, Logistik, Handel, Security, Medizinindustrie, Smart City & Consumer IoT, Hardware, Forschung und Digitalisierung.

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Niklas Van Bocxlaer
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