Digitalisierung von Stromzählern

Der Weg vom M-Bus zur Ethernetanbindung

8. April 2022, 10:30 Uhr | Autor: Dipl. Ing. Markus Hühn / Redaktion: Diana Künstler
Moderner Stromzähler
© simpson33/123rf

Das Gesetz zur Digitalisierung der Energiewende regelt, wann wer welche Art von digitalen Stromzählern einsetzen muss. Bei der Digitalisierung von Stromzählern geht es aber um deutlich mehr, als nur diese gesetzlichen Anforderungen zu erfüllen.

Um die Energieeinsparungen zu bewerkstelligen, die für die Senkung des CO2-Ausstoßes erforderlich sind, sind neben zunehmend energieeffizienten Bauten und leistungsfähigerer Energieerzeugung vor allem auch intelligente Systeme erforderlich, die den Verbrauch ressourcenschonend steuern. Die Überlegungen, Verbrauche transparenter zu machen, haben zudem dazu geführt, dass zunehmend mehr Messstellen per Gesetz digitalisiert werden.

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Digitalisierung – nicht nur bei offiziellen Messstellen

Nutzen der IP-basierten Digitalisierung von Zählerdaten
Der Nutzen der IP-basierten Digitalisierung von Zählern
© STV Electronic

Schaut man nun genauer, was diese neuen gesetzeskonformen Zähler leisten, dann sind sie durchaus hilfreich, den eigenen Verbrauch besser kennenzulernen1. Sie können Verbrauchern, die mehr als 10.000 kWh nicht nur tages-, wochen-, monats- und jahresgenau sondern auf 15 Minuten genau mitteilen, wie viel Strom verbraucht wurde – und das bis zu zwei Jahre im Rückblick. Das ist schon beachtlich. Nur alle 15 Minuten zu messen, reicht jedoch nicht für jeden Anwendungsfall. Zudem wollen Betreiber sicherlich nicht den Aufpreis für solche gesetzeskonformen smarten Meter zahlen, wenn alternativ Verbrauchszähler verfügbar sind, die deutlich weniger kosten und dafür Daten in deutlich kürzeren Messintervallen liefern können. Insofern kommt hinter der offiziellen Messstelle, dem sogenannten Submeterbereich, ganz andere Technologie zur Erfassung der Verbrauchswerte zum Einsatz. Das ist auch nichts verwunderlich, denn bereits vor dem Digitalisierungsgesetz hat es den großen Markt für Submeter gegeben, die sich – geeicht oder nicht geeicht – einfach dadurch unterscheiden, dass sie eben nicht als offizielle Messstelle zum Einsatz kommen.

Zähler mit M-Bus-Schnittstelle führend

Den größten Marktanteil der Submeter, deren Verbrauchsdaten sich auch schon früher fernauslesen ließen, haben sich dabei Zähler erobert, die eine M-Bus-Schnittstelle haben. Sie ermöglichen es seit vielen Jahren, Zählerdaten in kurzen Zeitintervallen über eine einfache Zweidrahtleitung abzufragen. Die Installation solcher „Klingeldrähte“ ist kostengünstig und der Anschluss sogar verpolungssicher, was die Installation sehr einfach macht. Der Strom für die Elektronik im Zähler wird zudem direkt über den Bus mitgeliefert. Es gibt folglich wenige Gründe, eine solche Technik zu ändern. Dennoch sind Zähler mit einer M-Bus-Anbindung noch lange keine digitalisierten Zähler mit Ethernetanschluss und eigenem Webserver. Auch schreiben sich ihre Daten nicht mal so eben in eine Cloud. Oft versteckt sich der M-Bus noch hinter zahlreicher übergeordneter Technik; residiert in der Automatisierungspyramide also ganz weit unten in der sogenannten Feldebene. In größeren Heizungsanlagen kommt er beispielsweise auch ausschließlich zum internen Gebrauch zum Einsatz. Daten vom M-Bus-Zähler bis zur Cloud zu bringen war deshalb bislang nicht mal „so eben“ umsetzbar.

Blickt man von den Zählern aus auf den M-Bus, ist dieser am anderen Ende der Leitung mit einem M-Bus-Master zu verbinden. Dieser wurde klassischerweise wiederum über serielle Schnittstellen an ein Fernwirkgerät angeschlossen, das eine spezielle Kommunikationsbaugruppe beinhalten musste, um den M-Bus-Master anbinden zu können. Erst dann konnte das Fernwirkgerät über Fernwirkprotokoll auf ein Leitsystem aufschalten, um dann über eine Datenschnittstelle die Daten für die sonstige Datenverarbeitung bereitzustellen. So findet man es zumindest beim Wikipedia-Schema für die Integration einer Zählerfernauslesung in Fernwirksysteme.2

Basiswissen zum M-Bus
Die Kommunikation im M-Bus läuft, wie bei den meisten Feldbussen, nach dem Master-Slave-Prinzip, wobei die Datenübermittlung vom M-Bus-Master zu den M-Bus-Slaves (zum Beispiel Stromzählern) unidirektional durch Modulation der am Feldbus anliegenden Ruhespannung (36 Volt) erreicht wird. Die binäre Codierung erfolgt dabei durch temporäre Absenkung der Ruhespannung von 36 auf 24 Volt. Zur Datenübertragung in die Gegenrichtung, also beispielsweise zur Übermittlung des aktuellen Zählerstandes an den M-Bus-Master, codiert der Slave durch Modulation seiner M-Bus-Standardlast von 1,5 mA, die dazu temporär auf 12,5 mA erhöht wird. Die im M-Bus realisierbaren Datenraten liegen zwischen 300 und 38.400 Baud (Bit/s), was sowohl zur digitalen Übertragung exakter Messwerte (Zählerstände etc.) als auch für einfache Steuerungsvorgänge absolut ausreichend ist.

 


  1. Der Weg vom M-Bus zur Ethernetanbindung
  2. Nahtlose Wege in die Cloud erwünscht