IoT-Konnektivität für M-Bus basiertes Smart Metering M-Bus-Pegelwandler als IP/IoT-Schnittstelle

Die Pegelwandler von STV Electronic mit serieller Schnittstelle parametrieren sich selbstständig und signalisieren wichtige Status-Infos via LEDs.

Bild: STV Electronics
11.11.2020

M-Bus-Pegelwandler wurden bislang als Brücke zwischen den physikalischen Zweidrahtleitungen des M-Busses und der oft seriellen Schnittstelle eines M-Bus-Masters eingesetzt. Neuere Pegelwandler, wie die von STV Electronic, können durch ihre Ethernetschnittstelle, integrierten Webserver und MQTT-Support auch als Interface für die IoT-basierte Cloudanbindung des M-Busses dienen.

Wenn es in Smart-Metering-Applikationen darum geht, Verbrauchswerte in den großen Versorgungssparten Strom, Gas, Wärme und Wasser messtechnisch zu erfassen und an Managementclouds zu übertragen, wird idealerweise ein einheitlicher Kommunikationsstandard benötigt.

Diese Forderung haben bereits kurz nach der Verabschiedung der Richtlinie 2006/32/EG über Endenergieeffizienz und Energiedienstleistungen der Europäischen Union acht große kommunale Versorgungsunternehmen in Deutschland (8KU) gestellt.

Als Lösung hat die Industrie daraufhin das Open-Metering-System (OMS) entwickelt, das über alle Ebenen vom Versorger über DIN EN ISO 50001 konforme Energiemanagementsystemen in der Industrie bis hin zu Submetering und zur privaten Home- und Building-Automation eingesetzt werden kann. Der OMS-Standard zur Fernauslesung von Zählerständen ist europaweit die einzige offene System- und Kommunikationsspezifikation, der alle Informationen der verschiedenen Verbrauchsdaten vereinheitlicht.

Auf geänderte Bedürfnisse eingehen

Er setzt vor Ort auf dem etabliertem M-Bus (Meter-Bus) auf, dessen physikalischer sowie Link- und Application-Layer in der EN 13757-2 und -3 als offene Standards spezifiziert sind. Er nutzt eine einfache zweiadrige Kabelverbindung, um bis zu 250 sensorische Verbrauchszähler und Aktoren anzubinden.

Aufgebaut ist der M-Bus ganz klassisch nach dem Master-Slave-Prinzip. Ein Master steuert alle angeschlossenen Devices an und liest sie auch aus. Die hohe erzielbare Reichweite von mehreren Kilometern Leitungslänge und seine verpolungssichere Auslegung machen den M-Bus zur geeigneten Plattform für Smart-Metering-Applikationen in großen Fabriken, kommerziellen Liegenschaftsprojekten und Wohnquartieren.

Hier kommt er auch schon seit vielen Jahren in teils sehr weit vernetzten Installationen zum Einsatz. In der Regel wurde der M-Bus bislang vor Ort über einen M-Bus-Master gemanagt. Dieser hat den M-Bus in der Regel direkt angesprochen. Wurde er auf einem Standard-Industrie-PC installiert, erfolgte die Anbindung oft über die früher übliche serielle Schnittstelle.

Genau für diese Installationsart nutze man in der Vergangenheit für Pegelwandler, die das Signal zwischen M-Bus und seriellen RS-232 oder RS-485 wandeln. So einfach, so gut. Mittlerweile haben sich aber die Bedürfnisse geändert. Serielle Schnittstellen werden Legacy.

Die Inbetriebnahme und Parametrierung eines solchen seriellen M-Bus-Pegelwandlers war in der Vergangenheit mit hohem Aufwand verbunden und ließ sich nur vor Ort über ein direkt angeschlossenes Notebook mit Spezialsoftware durchführen. Wer zudem sicher gehen wollte, dass das gewählte Pegelwandler-Modell zu den am M-Bus anliegenden Standardlasten (Anzahl der angeschlossenen Slaves) passte, musste häufig aufwändige Zusatzmessungen durchführen.

Automatische Parametrierung

All das ändert sich derzeit. Heute gibt es M-Bus-Pegelwandler zwar auch weiterhin mit seriellen Schnittstellen. Eine umständliche Parametrierung ist bei diesen Geräten allerdings nicht mehr erforderlich, denn neueste Pegelwander können die zum M-Bus passende maximale Baudrate automatisch einstellt.

LEDs weisen den Installateur zudem auf eine fehlerhafte Spannungsversorgung oder auf eine Überlast am anliegenden M-Bus hin, was die Inbetriebnahme und Wartung dieser neuen seriellen Pegelwandler erheblich erleichtert.

Zudem zeigen erstmals zweifarbige Datentransfer-LED neben den empfangenen Slave-Signalen nun auch Übertragungen in Senderichtung an. Insofern hat sich aktuell selbst für solche Legacy-Installationen schon einiges getan und es gibt sie heute selbstverständlich auch mit deutlich komfortablerer USB-Schnittstelle.

Pegelwandler als MQTT Client

Wirklichen Mehrwert schaffen aber erst die neuen M-Bus-Pegelwandler für Installationen ab 16 Standardlasten, die mit Ethernet-Schnittstelle angeboten werden und die Protokolle IPv4, IPv6 sowie das Echtzeitprotokoll MQTT unterstützen. Damit kann der M-Bus Master letztlich in die Cloud beziehungsweise Edge-Fog verlegt werden und der Pegelwandler als MQTT Client angesprochen werden, was ganz neue Anwendungsszenarien ermöglicht.

Der M-Bus lässt sich quasi nahtlos an das Intra- beziehungsweise Internet anbinden, um IP-basierte Smart-Metering-Applikationen mit bestehenden M-Bus Devices umsetzen zu können. Der M-Bus Master kann in einer Virtuellen Maschine eines Edge-Servers laufen und muss im Zweifel nicht mehr robust ausgelegt werden.

Für die Datenvisualisierung und Verbrauchsanzeige, die Anbindung der Gebäudeautomation beim Endkunden sowie für die Dienstleistungen wie zum Beispiel Tarif- oder Lastmanagement entstehen hier zahlreiche neue Optionen, die Betreiber im Submeterbereich selbstverständlich auch ganz ohne die strengen Anforderungen des BSI umsetzen können.

Zugriff über Webinterface

Genau solche IP-fähigen Pegelwandler hat STV Electronic nun erstmals auf den Markt gebracht. Sie besitzen eine eigene MAC-Adresse und einen Aliasnamen (URL), der den Zugriff auf das nach Bedarf passwortgeschützte Webinterface des Pegelwandlers erlaubt. In der Weboberfläche des MPW-IP-Wandlers steht eine einfache Parametrieroberfläche zur Einstellung der Baudrate im M-Bus inklusive Diagnosefunktionen zu den anliegenden Pegeln und Standardlasten bereit.

Außerdem kann hier der Name und diverse Netzwerkeinstellungen des Wandlers wie statische/dynamische IP, Gateway- und DNS-Adresse oder der TCP-Port für den Zugriff hinter einer NAT-Firewall angepasst werden.

Fernwartung möglich

Während das Zurücksetzen in die Werkseinstellungen bei den seriellen MPW-Wandlern durch längeres Drücken der Service-Taste am Gerätegehäuse angestoßen wird, lassen sich MPW-IP-Wandler auch remote über die Weboberfläche oder alternativ per CGI-Befehl abfragen, konfigurieren und bei Bedarf zurücksetzen.

In den Werkseinstellungen der IP-fähigen Wandler ist dann automatisch der DHCP-Client (dynamische IP) aktiviert, so dass die Geräte auch nach einem vollständigen Reset wieder remote im Netzwerk erreichbar sind – sofern ein DHCP-Server bereitsteht. Selbst das Aufspielen einer neuen Firmware kann bei den MWP-IP-Pegelwandlern mit Hilfe eines speziellen Tools von STV aus der Ferne über die Netzwerkschnittstelle durchgeführt werden.

In verschiedenen Ausführungen

Die neuen Pegelwandler besitzen galvanisch isolierte Schnittstellen und unterstützen M-Bus-Übertragungsraten von 300 bis 38400 Baud, was sie auch zur Anbindung schneller M-Bus Geräte befähigt. Die MPW-IP-Serie ist in abgestuften Modellvarianten für 16, 32, 64 und 128 Standardlasten je 1,5 mA erhältlich, während die MPW-Serie mit serieller Anbindung noch zusätzlich zwei kleinere Modelle für 2 und 6 Standardlasten bereithält.

Mit ihren hohen M-Bus Spannung von 37 bis 40 V lassen sich die STV-Pegelwandler auch in großen M-Bus Netzwerken mit langen Kabellängen sicher betreiben. Trotz ihrer Leistungsfähigkeit können die MPW-Wandler durch ihre geringen Baubreiten sehr platzsparend montiert werden.

Selbst die größeren Geräte mit bis zu 128 Standardlasten benötigen lediglich 4 TE Baubreite, während das kleinste Modell, der MPW-2, sogar nur mit 1TE auskommt. Montiert werden die Wandler auf handelsüblichen TS35-Tragschienen oder mittels Schraublaschen, die Spannungsversorgung der Geräte erfolgt über 24 Volt ac/dc.

Bildergalerie

  • M-Bus Pegelwandler mit Ethernet-Schnittstelle ermöglichen es, den M-Bus Master auf einem zentralen Edge- oder Cloud-Server zu hosten.

    M-Bus Pegelwandler mit Ethernet-Schnittstelle ermöglichen es, den M-Bus Master auf einem zentralen Edge- oder Cloud-Server zu hosten.

    Bild: Christof Wilde

Firmen zu diesem Artikel
Verwandte Artikel