Im Rahmen des weltweiten Übergangs zur Digitalisierung von Versorgungsunternehmen sind automatisierte Datenerfassungssysteme zur Grundlage des Energiemanagements geworden. Die automatische Erfassung von Wasser-, Gas-, Wärme- und Stromverbrauchsdaten eliminiert nicht nur Fehler bei der manuellen Eingabe, sondern liefert auch eine umfangreiche Datengrundlage für prädiktive Analysen und Kostenoptimierung.
Das M-Bus-(Meter-Bus)-Protokoll, das dem europäischen Standard EN 13757 entspricht, wurde speziell für die Fernablesung von Strom-, Gas- und Wasserverbrauchsdaten entwickelt. Einer der Vorteile dieses Standards ist die Möglichkeit, Daten zu übertragen und gleichzeitig die Slave-Geräte mit Strom zu versorgen.
Zur Umsetzung dieser technischen Lösung werden verschiedene Signalmodulationsmethoden verwendet:
- Zur Übertragung eines Signals vom Master zum Slave werden Spannungsänderungen verwendet: Eine logische „1“ (Mark) entspricht der Nennspannung von 36 V, während eine logische „0“ (Space) 24 V entspricht.
- Die Antwort des Slave-Geräts wird durch Modulation der Stromaufnahme codiert. Dabei wird eine logische „1“ durch einen konstanten Standby-Strom von bis zu 1,5 mA dargestellt, während eine logische „0“ durch eine zusätzliche Stromaufnahme von 11–20 mA signalisiert wird.
Dieser kombinierte Ansatz ermöglicht die Fernstromversorgung von Slave-Geräten über dieselbe Zweidrahtleitung, die auch für die Datenübertragung verwendet wird. Da die Übertragung jeweils nur in eine Richtung gleichzeitig möglich ist, arbeitet das System im Halbduplexmodus. Die Verwendung signifikanter Spannungsänderungen (12 V) und Stromänderungen (mindestens 11 mA) gewährleistet eine hohe Immunität gegenüber externen elektromagnetischen Störungen.
Die Standard-M-Bus-Konfiguration unterstützt den Anschluss von bis zu 250 Geräten, wobei die maximale Entfernung zwischen Master und Slave bzw. Repeater 350 m beträgt. Durch Reduzierung der Kommunikationsgeschwindigkeit kann diese Distanz jedoch auf bis zu 5 km erweitert werden. Dies kann auch durch die Installation des I-3591-Repeaters erreicht werden, der die Leitung nicht nur auf bis zu 1.200 m erweitert (bei Geschwindigkeiten bis 2.400 bps), sondern auch eine galvanische Trennung bis 3.750 V bietet und über einen Kurzschlussschutz am M-Bus verfügt.
Der Repeater ermöglicht den Anschluss von bis zu 100 Geräten in einem erweiterbaren Segment. Außerdem verfügt er über eine OVL-(Over Voltage Level)-Anzeige, die Netzwerküberlastungen am M-Bus signalisiert und so eine schnelle Fehlererkennung am Bus ohne spezielle Messgeräte ermöglicht.
Trotz aller Vorteile des M-Bus erfolgte seine Einführung in Leit- und Steuerungssystemen zunächst nur langsam, da die Anzahl verfügbarer Lösungen begrenzt war. Mit der Zeit ist jedoch die Zahl der Geräte mit M-Bus-Unterstützung stetig gestiegen. Heute wird das Protokoll in Lösungen namhafter Hersteller wie Siemens, Schneider, ABB, Danfoss, Pulsar und anderen eingesetzt.
Mess- und Steuerungssysteme verwenden häufig Controller und PCs ohne integrierte M-Bus-Unterstützung. Zur Lösung dieses Problems hat ICP DAS mehrere Geräte und Lösungen entwickelt. Verfügt eine SPS oder ein PC über eine RS-232/422/485-Schnittstelle, empfiehlt sich der Einsatz des I-7590-Konverters für die Verbindung mit dem M-Bus. Dieses einfache Gerät wandelt serielle Schnittstellen auf physikalischer Ebene in M-Bus um, ohne die übertragenen Daten zu verändern.
ICP DAS bietet außerdem M-Bus-Protokoll-Gateways an. Während der I-7590 Bytes lediglich von einem Bus zum anderen „durchreicht“, fungieren die Protokoll-Gateways GW-7828 und GW-7838-M als intelligente Vermittler. Sie übernehmen M-Bus-Protokolldaten – mit eigener Datenstruktur, spezifischer Codierung und variablen Frame-Längen – und wandeln diese in Modbus-RTU/TCP-Frames um, die in industriellen Systemen weit verbreitet sind.
Das GW-7828 arbeitet auf der Modbus-RTU-Seite als Slave-Gerät und empfängt Anfragen (Funktionscodes 0x03 und 0x04) vom Modbus-RTU-Master-Controller. Auf der M-Bus-Seite fungiert es als Master und initiiert die Abfrage der angeschlossenen Zähler. Die Konfiguration erfolgt über die Software M-Bus Utility, mit der sowohl die M-Bus- als auch die seriellen Schnittstellen eingerichtet werden können. Zusätzlich lässt sich eine Mapping-Tabelle für Datenadressen erstellen, die das Gateway von den Zählern abfragt und in seiner Modbus-Tabelle speichert.
Das Gateway GM-7838-M arbeitet nach einem ähnlichen Prinzip, verfügt jedoch zusätzlich über eine Ethernet-Schnittstelle und unterstützt das Modbus-TCP-Protokoll.
Eine kurze Zusammenfassung der ICP-DAS-Lösungen:
- Zur Erweiterung des Netzwerks – I-3591;
- Für die Verbindung mit einem PC-COM-Port – I-7590;
- Wenn Daten über RS-485 in einer SPS benötigt werden – GW-7828;
- Wenn Daten über Ethernet in einem SCADA-/IT-System benötigt werden – GW-7838-M.
