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Oktober 5, 2017

WaterForce: Verbesserte Effizienz und Nachhaltigkeit in der Landwirtschaft

Wolfgang Lutz
Wolfgang Lutz
wolfgang.lutz@schneider-electric.ccom

Regional Sales Manager Schneider Electric Software Germany & Austria, Wonderware Software


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Innovative Lösung sucht nicht nur Regen in den Cloud

Fast 70 Prozent des weltweiten Wasserverbrauchs gehen in die Landwirtschaft. Prognosen besagen, dass der Wasserbedarf bis 2050 um 55 Prozent steigen wird, um die wachsende Weltbevölkerung ernähren zu können. Wasser ist eine begrenzte Ressource, deren Nutzung optimiert werden muss.

Regierungen und Behörden reagieren darauf mit neuen, strengeren Vorschriften entlang der gesamten Lebensmittel-Wertschöpfungskette. In Neuseeland müssen Landwirte strikte Compliance Codes einhalten, um eine Betriebserlaubnis zu erhalten. Dies erfordert die Überwachung und Protokollierung aller Bereiche vom Viehbestand und Düngemittelaustrag bis zur Wassernutzung und -ableitung. Die Compliance-Kosten sind für die Landwirte zwar hoch, aber angesichts drohender Strafen oder Sperren unvermeidbar. 

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Praxisorientierte Lösungen für nachhaltige Landwirtschaft

Angesichts der Erkenntnis, dass der Bedarf an effektiven Beregnungs- und Wassermanagement-Lösungen nie größer war, entwickelte WaterForce eine cloudbasierte, IIoT-Lösung, mit der Landwirte die Be- und Entwässerung ihrer Flächen steuern, überwachen und protokollieren können. WaterForce beliefert die neuseeländische Landwirtschaft seit über 15 Jahren mit wegweisenden, intelligenten und nachhaltigen Beregnungs- und Wassermanagement-Lösungen.
Die vorliegende Lösung war notwendig, um die Beregnungsanlagen zu automatisieren, Anlagenstatus und -leistung zu visualisieren sowie um die Einhaltung von Vorschriften zu erleichtern. Darüber hinaus musste sie einfach einzurichten und zu bedienen sein, ohne dass ein übermäßiger IT- oder Kapitalaufwand anfallen.

Die Entwicklung eines derart ausgeklügelten Systems, das gleichzeitig der Philosophie einfacher Einrichtung und Bedienung folgt, erfordert ein einzigartiges Konzept und einen bewährten Partner. WaterForce benötigte branchenspezifisches Detailwissen; ein offenes, interoperables, IoT-fähiges System, das Edge Control und spezielle Analysen unterstützt – sowie ein gemeinsames Engagement für Energiemanagement und Nachhaltigkeit. Extrabonus war die Verfügbarkeit vernetzter Produkte sowie neuer, kosteneffektiver Bereitstellungsmodelle wie Subskriptionsdienste. Die logische Wahl fiel auf Schneider Electric.
Zusammen mit dem lokalen Systemintegrator McKay (www.mckay.co.nz) entwickelte WaterForce mit Hardware und Software von Schneider Electric ein Wassermanagement-Portal für die Landwirtschaft: SCADAfarm.

Dank unserer Partnerschaft mit Schneider Electric können wir uns auf unser Kerngeschäft konzentrieren – effektives Wassermanagement – und wissen, dass die Bereiche Informationsmanagement, Analysen und Automation in kompetenten Händen liegen.
— Ron McFetridge, Direktor von WaterForce

Mit SCADAfarm überwachen und steuern Landwirte ihre weiträumig über mehrere Standorte verteilten Beregnungssysteme. Es bietet von jedem Punkt der Welt aus über Smartphone, Tablet oder PC einen Komplettzugriff auf Beregnungs- und Abwassersysteme. Die Anwender können das Wasser auf- und abdrehen, die Drehgeschwindigkeit und -richtung einstellen, Wasserdruck und Bodenfeuchte kontrollieren, die Bewässerungstiefe ändern und vieles mehr – alles per Knopfdruck.

Partner für nachhaltigen Erfolg

Durch die Partnerschaft mit Schneider Electric versetzt WaterForce Landwirte in die Lage, alle Vorteile moderner Industrie-Hardware und Software auszuschöpfen, ohne selbst über technologisches Know-how verfügen zu müssen. Die Lösung lässt sich stufenlos nach ihren wechselnden Bedürfnissen skalieren. Und da die System-Updates über die Cloud eingepflegt werden, entfällt jeglicher IT-Aufwand.

„Die Attraktivität dieser Lösung liegt in ihrer Einfachheit und Skalierbarkeit“, erklärt Rob McGreevy, Vice President of Information, Operations and Asset Management bei Schneider Electric. „Im heutigen digitalen Umfeld mit schnell wachsenden Anforderungen verschafft eine verbesserte Sicht auf die Geschäftsvariablen mit einfacher aber leistungsstarker Technologie unseren Kunden zählbare Gewinnsteigerungen bei kleinen Investitionsschritten. Mit EcoStruxure wird dieser digitale Wandel möglich.“

„Einzigartig an diesem System ist die Möglichkeit, die vorhandene Ausrüstung des Betriebs wie Beregnungs- und Pumpensteuerungen weiterhin zu nutzen. Das heißt, es sind keine größeren Investitionen notwendig, um Ergebnisse zu sehen. EcoStruxure vereinfacht die Integration zwischen den vernetzten Produkten, Edge Control sowie Anwendungen und Analysen. Es entsteht eine innovative Lösung, die sich genau den besonderen Anforderungen der Landwirtschaft anpasst.“

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„Die meisten landwirtschaftlichen Betriebe sind auf umfangreiche Software-Installationen gar nicht vorbereitet“, ergänzt Ron McFetridge, Direktor von WaterForce. „Durch die Verwendung einer schlanken Cloud-Lösung mit mobilen Funktionen können sie dennoch von den Vorteilen des Internets der Dinge profitieren. Unsere Partnerschaft mit Schneider Electric hat unsere Vision von SCADAfarm zur Realität werden lassen.“

Mehr als die Summe ihrer Einzelteile: der wahre Wert offener Konnektivität

Landwirte arbeiten in einem extrem kosten- und arbeitsintensiven Umfeld. Ohne die Nutzung neuester Technologie ist es ihnen kaum möglich, wettbewerbsfähig zu bleiben und die Betriebskosten im Zaum zu halten.
Die SCADAfarm-Lösung ist ein echtes Beispiel für „Innovation At Every Level“, indem sie Industrielle Automatisierung, Prozessleittechnik, Informationsmanagement, Analysen und Alarmmeldungen zu einem einzigen anwenderfreundlichen Paket bündelt. Individuelle Informationen zum Betrieb selbst – Geländetopologie, Bodenbeschaffenheit und Bepflanzung – stellen sicher, dass die Wasserzufuhr immer den Beregnungsanforderungen entspricht.

Visualisierung und Steuerung der Beregnungsanlagen in Echtzeit

SCADAfarm nutzt sichere Mobilfunkverbindungen und Cloud-Technologie, mit der die Landwirte ihre Kreisberegnungsanlagen über ihre Laptops, Tablets oder Smartphones von überall auf der Welt überwachen und bedienen können – ein Zugang zum Internet genügt. Die IIoT-fähige Lösung erlaubt Anwendern den Zugriff auf ihre unterschiedlichsten Geräte. Ohne in zusätzliche Hardware investieren zu müssen, können die Zeitreihendaten in der Cloud bereitgestellt werden.

Die ClearSCADA-Telemetrie und Remote SCADA-Software von Schneider Electric liefern die Echtzeit-Steuerungs- und Überwachungsfunktionen, speziell optimiert für eine geografisch verteilte Infrastruktur. Sollte das Netzwerk ausfallen oder die Datenreplikation sich verzögern, ergänzt ClearSCADA die fehlenden Daten mittels eingebautem Historian. Durch die Bereitstellung standortbasierter Alarmierung, ergänzt um Echtzeit-Wetterdaten und GPS-Lokalisierung, liefert ClearSCADA wertvolle Informationen wie Anlagenstatus, Umgebungseinflüsse und Systemleistung.
Landwirte, die den Status ihrer Beregnungsanlagen kennen – d.h. Wasser ein/aus, in Betrieb/angehalten, Bewegungsrichtung, Druck, Geschwindigkeit/Bewässerungstiefe und Position – können ihren Betrieb jederzeit verlassen, da sie sich auch unterwegs einloggen können, um die Anlage zu kontrollieren. 

„Anstatt örtlich an den Betrieb gebunden zu sein, können wir unsere Kreisberegner von überall aus bedienen. Ich habe in SCADAfarm alle sicheren Windpositionen auf unserem Gelände vorkonfiguriert. Sollte also Wind aufkommen, während wir gerade unterwegs sind, kann ich sie einparken und unbesorgt meinen Tee trinken“, erklärt Blackhills-Hofbesitzer Craig Blackburn. „Ich schaue täglich schätzungsweise 15-mal in SCADAfarm, um zu kontrollieren, ob alle Beregnungsanlagen laufen, und um die Einstellungen je nach Wassermenge im Rakaia River und Füllstand unseres Brunnens anzupassen.“

Mehrwert durch Software-Automatisierung und -Analysen

Zusätzlich zu wertvollen Echtzeit-Informationen bietet die SCADAfarm-Lösung den Landwirten ein vollständiges Bild des bisherigen Leistungsverlaufs. Gestützt durch Wonderware Online werden die hochpräzisen Echtzeitdaten in der Cloud erfasst, gespeichert und visualisiert. Durch die Konsolidierung der Daten aus vielen verschiedenartigen Sensoren, Geräten und Systemen – beispielsweise Schneider Electric ClearSCADA, SCADAPack-RTUs, Trio™ Q-Datenfunk und Altivar-Frequenzumrichter – liefert SCADAfarm einen vollständigen Überblick über die Leistung der Beregnungsanlagen. 

„Dank Informationen auf Knopfdruck arbeitet mein Betrieb produktiver, mit niedrigeren Wasser- sowie Energiekosten und höheren Erträgen.“
– Craig Blackburn, Direktor & Betriebsleiter, Blackhills Farm

Die sichere, mandantenfähige Lösung Wonderware Online schützt die Daten der Landwirte, da sie als einzige die Zugriffsrechte vergeben können. Sichere, geschützte und zuverlässige Verbindungen – entwickelt von den Schneider-Electric-Sicherheitsexperten mit der bewährten Cloudmanagement-Technologie Microsoft Azure – erlauben einen schnellen und bequemen Austausch der Informationen mit allen Beteiligten: Mitarbeiter, Lohnunternehmen, Agronomen, Aufsichtsstellen und WaterForce. Die Daten fließen in leicht verständliche Diagramme, Dashboards, Meldungen und Alarme ein, auf die autorisierte Benutzer dank der Wonderware-Clients Online InSight und SmartGlance von jedem vernetzten Gerät (PC, Smartphone oder Tablet) aus zugreifen können. Dieser dynamische Informationsfluss sorgt für effektives Teamwork, handlungsrelevante Einblicke und eine bessere Entscheidungsfindung.

Wie wäre es, wenn Sie Ihre Betriebsdaten in wertvolle, überall und jederzeit verfügbare Einblicke verwandeln könnten?

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In Neuseeland dürfen die Landwirte z.B. häufig nur eine begrenzte Wassermenge pro Tag aus den Flussnetzen entnehmen. Mit SCADAfarm können sie die kritischen Faktoren wie Flusspegel, Brunnenkapazität, Pumpendrehzahl, Wetterprognosen usw. abfragen, bevor sie entscheiden, die Beregnungspumpen ein- oder auszuschalten. Da der Systemzustand kontinuierlich überwacht und aufgezeichnet wird, wissen die Landwirte stets genau, wieviel Wasser eingeleitet und verbraucht wurde.

Beträgt die tägliche Bewässerungsmenge z.B. 5 mm, können die Landwirte nachweisen, dass das Wasser tatsächlich an die Pflanzen geleitet und nicht unkontrolliert abgeflossen ist (Entwässerung oder Abwasser) – dieser behördlich vorgeschriebener Nachweis ist Voraussetzung für eine fortgesetzte Betriebserlaubnis.

Ein weiteres Beispiel ist eine Beregnungsanlage mit zeitweilig unterbrochenem Wasserfluss oder einem defekten Reifen. Die Abweichungserkennung von Wonderware Online erkennt automatisch das veränderte Verhalten und informiert den Landwirt über die automatisierte Meldungsfunktion. Er kann dann auf diese Meldung reagieren und die Wassermenge reduzieren oder sogar die Anlage anhalten. Diese frühe Gegenmaßnahme verhindert, dass aus einem kleinen Problem eine große Katastrophe wird.

Von der erhöhten Datentransparenz profitieren aber nicht nur die Landwirte, sondern auch WaterForce selbst. Als Lösungsanbieter kann WaterForce jetzt eine Reihe neuer Mehrwertdienste anbieten, z.B. Fernüberwachung, Fehlersuche und -diagnose bis hin zu Vergleichsstudien. Und da Wonderware Online eine verwaltete Lösung ist, müssen sich weder WaterForce noch deren Kunden über die Systemwartung, Migration oder Upgrades kümmern – all dies wird von Schneider Electric in der Cloud erledigt. Dank der Möglichkeit, mehrere Millionen Messstellen und unbegrenzt viele Benutzer zu unterstützen, kann WaterForce sein Wonderware Online genau auf seine Geschäftsanforderungen anpassen.

  • Die einfließenden Wetterdaten aus WeatherSentry Online runden die Lösung ab:
  • Niederschläge & Beregnungsentscheidungen
  • Bodenauslaugung
  • Hitze/Kälte- & Feuchtemuster
  • Extreme Wetterereignisse, z.B. Windschäden an Beregnungsanlagen
  • Verbesserte Entscheidungsfindung für höhere Erträge

Landwirte verbuchen um bis zu 50 % gesenkte Kosten

WaterForce hat die Plug&Play-Lösung SCADAfarm zur Fernüberwachung und Steuerung bereits an mehreren Dutzend Valley-Kreisberegnungsanlagen des führenden Herstellers Valmont installiert. Über ein „virtuelles Bedienpult“ am PC und auf mobilen Geräten versetzt es Landwirte in die Lage, optimale und fundierte Entscheidungen zu treffen. Diese nutzen SCADAfarm für vielfältige Aufgaben der Betriebsleitung:

  • Wasserbestellung für landwirtschaftliche Planungssysteme
  • Handling der Wasserverbräuche/Bewässerungsgenehmigungen und EPA-Vorschriftenkonformität
  • Abwasserpumpen-Steuerung/Abwassermanagement und Nutzungsnachweise
  • Laden und Auswahl variabler Beregnungsmengen-Vorschriften/Pläne
  • Tägliche Vorgänge wie Ein/Aus- oder Richtungssteuerung der Anlagen
  • Automatische „Parkposition“ zur Planung der Feldarbeiten mit sicherer Stellung der Anlagen bei Arbeiten oder aufkommendem Wind
  • Betriebsüberwachung, Störungssuche und Zeitplanung
  • Analyse der Betriebsleistung bezogen auf Zeitspannen (Tag, Monat, Saison) und Kennzahlen (Wasseraufnahme und -verbrauch, Energieverbrauch, Ernteerträge und Wettermuster)

„Ich justiere meine Anlagen und Pumpen täglich mehrfach aus verschiedensten Gründen – veränderte Windverhältnisse, Regenmengen, Bewässerungsanforderungen oder lokale Vorschriften“, erklärt Craig Blackburn, Direktor/Betriebsleiter der Blackhills Farm. „Jetzt kann ich meine Beregnungssysteme bequem von meinem Handy aus überwachen und steuern. Damit spare ich viele Stunden, die ich sonst im Auto verbringen müsste. Dank Informationen auf Knopfdruck arbeitet mein Betrieb produktiver, sinken die Wasser- sowie Energiekosten und steigen meine Ernteerträge. Das möchte ich nicht mehr missen.“

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Mit dieser innovativen, cloudbasierten Lösung betreiben Landwirte ihre Kreisberegnungsanlagen flexibler, effizienter und nachhaltiger.

Bislang wurden folgende Vorteile verzeichnet:
  • Verbesserte Betriebsleistung und Erträge
  • Zeitersparnis durch die Möglichkeit, den Anlagenzustand jederzeit, an jedem Ort und auf jedem Gerät zu beobachten , anstatt stundenlang zu fahren, um die einzelnen Beregnungssysteme zu kontrollieren
  • Optimierte Sicherheitsvorgänge durch einstellbare Parkpositionen der Anlagen bei starkem Wind und durch die Möglichkeit, die Anlage ferngesteuert anzuhalten, falls die Beregnungsflächen betreten werden müssen
  • Erhebliche Energieeinsparungen: beispielsweise konnte ein Betrieb durch veränderte Beregnungsphasen und Nutzung der Niedertarifzeiten die Energiekosten um 50 % senken
  • Besseres Wasser- und Abwassermanagement, einfachere Vorschrifteneinhaltung
„Wegweisende Technologien wie SCADAfarm werden bei unseren Kunden immer beliebter“, berichtet WaterForce-Direktor Ron McFetridge. „Die zusätzlich verfügbaren Fernsteuerungsfunktionen (SCADAfarm), insbesondere diejenigen mit Nutzung von IIoT und Telemetrie, sind willkommene Ergänzungen zum Betriebsmanagement.
Dank unserer Partnerschaft mit Schneider Electric können wir uns auf unser Kerngeschäft konzentrieren – effektives Wassermanagement – und wissen, dass die Bereiche Informationsmanagement, Analysen und Automation in kompetenten Händen liegen.“

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