Fjärrövervakning av temperatur i produktionen i bikupor

En biodlare i norra Ohio, USA, kontaktade Dewesoft för att få hjälp med att övervaka temperatur och luftfuktighet i sitt bihus och dess tolv individuella bikupor. Dewesofts applikationsingenjörer satte snabbt igång för att hitta en lösning.

Övervakningsutmaningen

Övervakning är en nödvändighet inom alla former av automatiserad produktion. Att veta vad som händer i en process är avgörande för att operatörer ska kunna fatta välgrundade beslut i realtid. Det finns i princip oändligt många typer av processer, från CNC-maskiner som bearbetar metalldelar, till härdugnar i lackeringslinjer eller honungsproduktion i en bigård.

Vänta, en bikupa? Ja, dessa surrande bin producerar en smakrik och näringsrik produkt som konsumeras av miljontals människor varje dag, honung. Dessutom används bivax från deras vaxkakor för att tillverka många olika produkter, som ljus, tvål och rengöringsmedel. Men kanske viktigast av allt är att honungsbin pollinerar de flesta blommande växter samt många av de frukter, nötter och grönsaker som vi äter dagligen.

De ansvarar även för pollineringen av grödor som används som djurfoder, vilket i sin tur bidrar till produktionen av mjölk och nötkött. En betydande del av världens livsmedelsproduktion vilar alltså på deras små axlar.

Ett mindre antal kommersiella biodlare hanterar hundratals eller till och med tusentals bisamhällen. Dessa organisationer tillhandahåller storskalig pollinering för stora jordbruksområden och producerar honung i stor skala. På samma sätt som jordbrukare använder växelbruk kan biodlare flytta kupor så att vissa samhällen fokuserar på pollinering medan andra fokuserar på honungsproduktion. Honungsbin betraktas som domesticerade eftersom de accepterar mänsklig hantering.

Från det latinska ordet “apis”, som betyder bi, kallas en eller flera människostyrda kupor för en bigård. Apis är också släktnamnet för honungsbin.

Även om de stora kommersiella aktörerna ofta får mest uppmärksamhet, bedrivs den största delen av biodlingen i USA av enskilda hobbybiodlare som hanterar mellan en och 25 bikupor. Det uppskattas finnas omkring 100 000 hobbybiodlare i USA, och antalet ökar. Globalt finns det miljontals privata bikupor.

Oavsett bigårdens storlek krävs kontinuerlig övervakning av miljön för att upprätthålla produktiva bisamhällen. Honungsbin importerades från Europa på 1700-talet och är därför inte naturligt anpassade till Nordamerika eller de mycket kalla vintrarna i USA:s mellanvästern.

Nyligen kontaktade en hobbybiodlare i norra Ohio Dewesoft för att få hjälp med att övervaka temperatur och luftfuktighet i sitt bihus och dess 12 individuella bikupor. Dewesofts applikationsingenjörer satte snabbt igång för att hjälpa till.

Honungsbin är känsliga organismer som kräver specifika förhållanden för att producera honung. De lever och arbetar bäst vid temperaturer mellan 28° och 32 °C och vid en relativ luftfuktighet på 50 % till 60 %. Att övervaka förhållandena inne i kuporna är därför avgörande för att få bästa möjliga honungsskörd under sommaren och för att hålla bina friska. Kalla kupor kan tyda på låg aktivitet, medan varma kupor kan indikera dålig ventilation eller ett allvarligare problem, såsom en getinginvasion.

Kommersiella biodlingar använder ofta artificiella kupor, vilket gör miljöövervakning ännu viktigare. Det är upp till biodlaren att upprätthålla en optimal miljö för bina och att reagera snabbt på förändringar. Information är avgörande, därför övervakar och registrerar biodlare dessa data över längre tidsperioder. På så sätt kan de identifiera trender och kontinuerligt justera förhållandena för optimal bihälsa och honungsproduktion.

Efter att ha analyserat situationen implementerade Dewesoft ett system som inkluderade en KRYPTON 16-ingångs temperaturmodul, två väderstationer för temperatur och luftfuktighet, en industridator samt två sammankopplade mjukvaruapplikationer. Med denna hård- och mjukvarulösning skapades enkelt ett trådlöst temperaturövervakningssystem med realtidslarm.

Datainsamlingshårdvara

KRYPTON 16xTH är en mycket robust datainsamlingsmodul med 16 temperaturingångar. Var och en av de 12 bikuporna är utrustad med en 15 cm lång typ T-termokopplare. Samtliga 12 sensorer är anslutna till KRYPTON-modulen med termokopplarkablar av typ T.

KRYPTON valdes eftersom den har ett mycket brett temperaturområde, från så lågt som −40 °C till så högt som 85 °C. Med kapslingsklass IP67 är den också skyddad mot inträngning av vätska, rök och damm.

KRYPTON-modulen ansluts till DAQ-datorn via en enda EtherCAT-kabel som överför ström, synkronisering och data. Denna dator kör DewesoftX DAQ-programvara.

Två väderstationer av märket DataNab med Modbus TCP tillhandahåller data om omgivningstemperatur och relativ luftfuktighet. Förutom att fungera som realtidsmonitorer skickar de även sina data via TCP till DAQ-datorn. Som visas ovan placerades en av dem inne i bihuset och den andra utomhus.

Med denna uppsättning övervakas kontinuerligt temperaturen i varje bikupa samt omgivningens temperatur och luftfuktighet på två platser i bigården. Men måste biodlaren ta sig ut i vinterkylan för att kontrollera dessa värden? Låt oss ta reda på det.

Mjukvaran

Som nämnts körs DewesoftX DAQ-programvara på en DAQ-dator i bihuset, där den direkt läser data från KRYPTON-modulen och väderstationerna. DewesoftX är en multifunktionell datainsamlingsapplikation som erbjuder grafiska visualiseringar och flexibel lagring av både hög- och lågfrekvent data på disk.

Eftersom målet var att möjliggöra fjärrövervakning av bigården konfigurerade Dewesoft sin Historian-mjukvara. Historian används för distribuerad fjärrövervakning av processer var som helst i världen. Det är en databastjänst utvecklad för långsiktig och kontinuerlig övervakning och lagrar data i en InfluxDB, en öppen tidsseriedatabas.

DewesoftX strömmar data i realtid till Historian via MQTT, ett maskin-till-maskin-protokoll. MQTT är särskilt lämpat för att skapa stabila fjärranslutningar även vid begränsad nätverkskapacitet.

Parametrar som vibration, temperatur, lutning, töjning, tryck med mera kan lagras antingen lokalt eller i en molnbaserad tjänst. Mätsystem, databaser och klienter kommunicerar inom Dewesoft Historian-systemet via MQTT-protokollet. Varje komponent kan köras i en webbläsare på dator, smartphone eller surfplatta med internetuppkoppling.

Den enhet som används för fjärrövervakning kräver ingen särskild programvara. Allt nås via en vanlig webbläsare.

Utöver traditionell Dewesoft DAQ-hårdvara som skickar data till DewesoftX för bearbetning kan IoT-enheter som NEMOSENSE överföra data direkt till servern samtidigt som de lagrar långtidsdata lokalt.

NEMOSENSE kombinerar en datainsamlingsenhet för vibration, en datalogger och en lågbrusig triaxiell MEMS-accelerometer. Den är utformad för permanenta installationer och används för tillståndsövervakning av broar, byggnader, antenner och även bikupor. Data kan samlas in med reducerad samplingsfrekvens, vilket möjliggör lagring över månader eller till och med år.

Om vibrationer är en faktor att övervaka kan NEMOSENSE enkelt integreras i mätuppställningen.

Historian-paketet inkluderar även Grafana, en plattformsoberoende webbaserad visualiseringsapplikation med öppen källkod. Grafana erbjuder diagram, grafer och larm som kan nås var som helst via smartphone, surfplatta eller dator. Grafana kan dessutom konfigureras för att skicka e-postnotifieringar när ett larmvillkor uppfylls, vilket gör att biodlaren får information vid första tecken på problem.

Att implementera Historian är enkelt, det räcker att ladda ner programvarupaketet till en Windows- eller Linux-dator eller till en molntjänst som Amazon Web Services (AWS) eller Microsoft Azure. Genom att följa instruktionerna på Dewesofts webbplats kan en grundläggande Historian-installation sättas upp på mindre än en timme.

Slutsats

Kombinationen av Dewesofts modulära DAQ-system och Historian utgör en kraftfull lösning för långsiktig tillståndsövervakning inom en mängd olika tillämpningar och branscher.

Systemet är specifikt utvecklat för att fungera tillsammans, vilket gör både hårdvara och mjukvara enkla att installera och använda. Oavsett om du driver ett stålverk, övervakar ett vattenkraftverk eller säkerställer att dina honungsbin överlever en vinter i Ohio, erbjuder Dewesofts DAQ-system en kraftfull och lättanvänd lösning.