Digitalisierung von Stromzählern
Mehr als Recht
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, den Verbrauch transparenter zu machen, haben zudem dazu geführt, dass zunehmend mehr Messstellen per Gesetz digitalisiert werden.
Digitalisierung – nicht nur bei offiziellen Messstellen
Schaut man nun genauer, was diese neuen gesetzeskonformen Zähler leisten, dann sind sie durchaus hilfreich, den eigenen Verbrauch besser kennenzulernen. Sie können Verbrauchern, die mehr als 10.000 kWh nicht nur tages-, wochen-, monats- und jahresgenau sondern auf 15 min genau mitteilen, wie viel Strom verbraucht wurde – und das bis zu zwei Jahre im Rückblick. [1] Das ist schon beachtlich. Nur alle 15 min 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, eine ganz andere Technologie zur Erfassung der Verbrauchswerte zum Einsatz. Das ist nicht 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 auf der sogenannten Feldebene. In größeren Heizungsanlagen kommt er beispielsweise 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 klassischer Weise 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]
Nahtlose Wege in die Cloud erwünscht
Im Zeitalter der Digitalisierung erscheint ein solcher Weg jedoch extrem komplex und viel zu aufwendig. Es gibt zahlreiche Schnittstellen und Kommunikationskanäle, die es zu überwinden gilt. Doch es geht auch einfacher. Zwar gibt es bis heute noch keine Zähler, die beispielsweise über Zweidraht-Ethernet direkt IP sprechen können, aber bestehende M-Bus-Netze können heute vergleichsweise einfach angezapft werden mit Produkten, die Daten aus dem M-Bus abzweigen können. Man nennt diese Produkte Splitter. Möchten Kunden nun Daten aus dem M-Bus in einer übergeordneten Steuerung, Datenbank oder App nutzen, muss die M-Bus-Leitung lediglich aufgetrennt werden, und schon kann man den M-Bus-Splitter in das Netz einfügen, um Daten parallel über die IP-Schnittstelle abzufragen und zu nutzen. Beispielsweise für das Predictive Maintenance, zum Verbrauchsmonitoring im Rahmen von Energiemanagementsystemen (DIN EN ISO 50001), zur Optimierung des Lastmanagements, zur verbrauchsabhängigen Abrechnung oder einfach nur zur Visualisierung.
Ethernet-Schnittstellen für den M-Bus
Die Inbetriebnahme solcher M-Bus-Splitters gestaltet sich sehr einfach: Im Auslieferungszustand bezieht der Splitter seine IP-Adresse eigenständig über DHCP und konfiguriert sich selbst. Über seine Website lässt er sich danach ohne Einsatz von Spezialsoftware bedarfsgerecht konfigurieren und optional mit einem Passwort schützen. Die Abfrage der Zähler ist dann in extrem engen Zeit-intervallen von z.B. 1 s möglich, sodass auch übergeordnete Klima-, Lüftungs- und Gebäudesteuerungen Daten von M-Bus-Geräten nutzen können. Dies können neben Zählerständen von Strom-, Gas-, Wasser und Fernwärmezählern übrigens auch Temperatursensoren, Schalter, Leistungsregler oder Pumpen und Ventile sein, denn auch diese gibt es mit M-Bus-Schnittstelle. Sollen Daten digitalisiert werden, muss man folglich nicht mehr die konventionellen, sehr komplexen Wege gehen, denn die Ethernetschnittstelle kann quasi direkt am M-Bus integriert werden. Will man in neuen Installationen den bislang zum Einsatz kommenden dedizierten M-Bus-Master sparen, der an das Fernwirkgerät angebunden wurde, gibt es ebenfalls Alternativen. Hier nennt sich die Lösung dann Pegelwandler. Neue Lösungen dieser Art bieten neben serieller Schnittstelle und Feldbussen wie Modbus oder BACnet parallel auch Ethernet oder USB-Anbindung. Die lokale M-Bus-Master-Logik wandert in solchen Lösungen als Software komplett in die lokale Steuerung. Über Ethernet können parallel weitere M-Bus Master angebunden werden. Der Weg von M-Bus zur Ethernetanbindung und damit zur durchgängigen Verwendung von Internettechnologien ist deshalb mit entweder Splittern oder Pegelwandlern, wie sie beispielsweise STV Electronic anbietet, vergleichsweise einfach umsetzbar.
Für offizielle Fernauslesung
Praktischer Zusatznutzen für Anwender von M-Bus basierten Zählern im Submeterbereich ist übrigens auch die Tatsache, dass man sie auch in Smart-Meter Installationen einsetzen kann, denn M-Bus-Zähler können im „Open Metering System“ (OMS) eingesetzt werden, das über alle Ebenen vom Versorger über DIN EN ISO 50001 konforme Energiemanagementsystemen in der Industrie bis hin zu Submetering und zur privaten „Home Automation“ 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. Ergo können die Pegelwandler und Splitter grundsätzlich auch von Messstellenbetreibern wie z. B. Stadtwerken genutzt werden. Für technische Gebäudeausrüstung auf Basis der M-Bus-Technologie wurden damit alle Voraussetzungen geschaffen, neuste Digitalisierungstrends ohne Umwege aufgreifen zu können, um das Zusammenspiel der technischen Gewerke noch weiter zu optimieren und für alle am Bau Beteiligten neue Mehrwerte zu schaffen. Bestehende Investitionen in den M-Bus sind damit auch morgen noch zukunftssicher.
Quellen:
[1] //www.durchblick-energiewende.de/wissen/energie/digitaler-stromzaehler-imsys-und-smart-meter:https://www.durchblick-energiewende.de/wissen/energie/digitaler-stromzaehler-imsys-und-smart-meter sowie //www.verbraucherzentrale.de/wissen/energie/preise-tarife-anbieterwechsel/smart-meter-die-neuen-stromzaehler-kommen-13275:https://www.verbraucherzentrale.de/wissen/energie/preise-tarife-anbieterwechsel/smart-meter-die-neuen-stromzaehler-kommen-13275
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 (z.B. Stromzählern) unidirektional durch Modulation der am Feldbus anliegenden Ruhespannung (36 V) erreicht wird. Die binäre Codierung erfolgt dabei durch temporäre Absenkung der Ruhespannung von 36 auf 24 V. 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.
