Verdrahtetes M-Bus-Segment berechnen

Prüfen Sie bei einem verdrahteten M-Bus-Segment die Unit-Load-Kapazität des Masters, die verbleibende Spannung am entferntesten Zähler und die bei der Baudrate zulässige Kabelkapazität.

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Beispielwerte
Zähler

Laut Zählerdatenblatt; meist 1

UL
Master

Mastergrößen

UL

Mark-Pegel (Ruhezustand)

V
Kabel
Baudrate

Alle Abzweigungen zusammen

km

Beide Leiter, Hin- und Rückweg

Ω
nF/km
Weitere Optionen
UL
nF

30 Zähler an einem Segment

Innerhalb der Grenzwerte

Busstrom einschließlich Reserve
60 mA
Maximale Zählerzahl für diesen Master
50
  • In Ordnung: Kapazität des Masters40 Unit Loads einschließlich Reserve von 6020 UL Reserve
  • In Ordnung: Spannung am entferntesten Zähler31,56 V, über dem Zielwert von 24 V7,56 V Reserve
  • In Ordnung: Buskapazität bei 2.400 Baud115 nF von zulässigen 400 nF285 nF Reserve

Planungsschätzung nach der OMS-Installationsanleitung. Messen Sie bei der Inbetriebnahme die Busspannung am entferntesten Zähler.

So wird es berechnet
  1. Last = Geräte × UL + Reserve=30 × 1 + 10=40 UL
  2. I = Last × 1,5 mA=40 × 1,5=60 mA
  3. Vfar = Vmaster − I × R=36 − 0,06 × 74=31,56 V
  4. C = Länge × C_Kabel + Geräte × C_Gerät=100 + 15=115 nF

Choose the devices that read these meters.

System zusammenstellen

Für 30 Zähler ergeben sich einschließlich Reserve insgesamt 40 Unit Loads und 60 mA Busstrom; am entferntesten Zähler verbleiben etwa 31,56 V. Die Buskapazität beträgt 115 nF von zulässigen 400 nF bei 2.400 Baud.

Tipp: Bei langen M-Bus-Leitungen begrenzt meist die Kapazität und nicht der Strom die Länge. Eine Senkung von 9.600 auf 2.400 Baud erlaubt mehr Kabel am selben Segment.

So bemessen Sie ein verdrahtetes M-Bus-Segment

Ein verdrahteter M-Bus-Master versorgt jeden Zähler an seinem Segment. Daher gelten drei Grenzen: Der Master muss alle Unit Loads versorgen können. Der Kabelwiderstand muss am entferntesten Zähler mindestens 24 V übrig lassen. Die Kapazität von Kabel und Zählern muss unter dem Grenzwert der Baudrate bleiben. Dreißig Zähler mit je 1 UL an einem 60-UL-Master und 1 km Kabel J-Y(St)Y 2×2×0,8 mm bestehen bei 2.400 Baud alle drei Prüfungen.

Unit Loads

ULAuslegung = N × ULGerät + ULReserve ≤ ULMaster

Eine Unit Load (UL) entspricht einem Ruhestrom von höchstens 1,5 mA. OMS TR02 Abschnitt 5.1.5 ordnet jeden Zähler einer Klasse von 1 bis 4 UL zu; somit zieht kein Zähler mehr als 6 mA. Die Klasse muss auf Datenblatt und Zähler angegeben sein. Master werden in UL bemessen; 20, 60 und 250 UL sind übliche Größen. Planen Sie eine Reserve für später hinzugefügte Zähler. Der Rechner berücksichtigt sie für Strom und Spannungsabfall, aber nicht für die Kapazität.

Spannung am entferntesten Zähler

Ufern = UMark − IRuhe × RSegment

OMS TR02 Abschnitt 5.1.1.4 verlangt an den Klemmen jedes Zählers im Mark-Ruhezustand mindestens 24 V Gleichspannung. Der Rechner legt den gesamten Ruhestrom an den vollen Widerstand bis zum entferntesten Zähler, als stünden alle Zähler am Leitungsende. Das ist der ungünstigste Fall. Geben Sie den Schleifenwiderstand beider Leiter für Hin- und Rückweg ein. Das OMS-Referenzkabel hat etwa 37 Ω je Leiter und Kilometer; 1 km davon ergibt einen Schleifenwiderstand von ungefähr 74 Ω. Die Mark-Spannung im Datenblatt ist meist ein Leerlaufwert: Rechnen Sie den Innenwiderstand des Masters zum Kabelwiderstand hinzu oder geben Sie die belastete Ausgangsspannung ein.

Kapazität

Cgesamt = Lgesamt × CKabel + N × CGerät

Addieren Sie jede Leitung am Segment einschließlich der Abzweigungen, nicht nur die Strecke zum entferntesten Zähler. OMS TR02 Abschnitt 5.1.1.4 begrenzt die Gesamtkapazität auf 1.000 nF bei 300 Baud, 400 nF bei 2.400 Baud und 100 nF bei 9.600 Baud. Mit einem Kabel von 100 nF/km ergeben sich 10 km, 4 km und 1 km. EN 13757-2 begrenzt die Eingangskapazität jedes Zählers auf 0,5 nF; dreißig Zähler addieren somit 15 nF.

Bei langen Segmenten wird meist zuerst die Kapazitätsgrenze überschritten. Dreißig Zähler an 1 km OMS-Referenzkabel nutzen 115 nF der bei 2.400 Baud zulässigen 400 nF, verlieren aber nur 4,44 V der 12 V zwischen einem 36-V-Master und dem Mindestwert von 24 V. Die beiden Grenzen beziehen sich auf unterschiedliche Längen: Für den Widerstand zählt die Entfernung bis zum entferntesten Zähler, für die Kapazität die gesamte installierte Kabellänge. Eine Sternstruktur kann die Strecke bis zum entferntesten Zähler kurz halten, verwendet aber mehr Kabel und verbraucht die Kapazitätsreserve schneller als eine Linienstruktur.

Senken Sie die Baudrate, bevor Sie ein Segment aufteilen. Bei 2.400 Baud ist viermal so viel Kapazität zulässig wie bei 9.600 Baud. OMS TR09 nennt etwa 2 s Lesezeit je Zähler bei 2.400 Baud und 1 s bei 9.600 Baud; dreißig Zähler benötigen daher ungefähr 60 statt 30 s. Gegenüber einem 15-minütigen Abfrageintervall ist das kurz.

Die Rechnung prüft nur den Ruhezustand. Ein antwortender Zähler benötigt zusätzlich 11 bis 20 mA, die an 74 Ω während der Übertragung bis zu 1,48 V weiteren Spannungsabfall verursachen. Der Master wertet einen Stromsprung über 50 mA als Kollision, wie sie entsteht, wenn mehrere Zähler gleichzeitig antworten. Doppelte Primäradressen können das auslösen; der M-Bus-Adressplaner findet sie. Ein defekter Zähler, der dauerhaft Strom zieht, senkt die Spannung für alle Zähler am Segment.

Beispiele: Auslegung eines M-Bus-Segments

Dreißig Wärmezähler an einem 60-UL-Master

Dreißig Zähler mit je 1 UL plus 10 UL Reserve ergeben 40 UL. Das entspricht 60 mA; am Master bleiben 20 UL frei. 74 Ω sind der Schleifenwiderstand von 1 km Kabel J-Y(St)Y 2×2×0,8 mm. Bei 60 mA fallen an 74 Ω 4,44 V ab. Am entferntesten Zähler liegen daher 31,56 V an, also 7,56 V mehr als die erforderlichen 24 V. Das Kabel bringt 100 nF ein, die Zähler 15 nF: zusammen 115 nF von zulässigen 400 nF bei 2.400 Baud. Das Segment liegt innerhalb der Grenzen.

30 Zähler an einem Segment Innerhalb der Grenzwerte Im Rechner öffnen

Doppelt so viele Zähler am selben Master

Sechzig Zähler und 10 UL Reserve benötigen 70 UL, also 10 UL mehr als der Master liefern kann. Die beiden anderen Prüfungen bestehen: Bei 105 mA an 74 Ω verbleiben am Leitungsende 28,23 V, und 130 nF liegen deutlich unter 400 nF. Eine von drei Grenzen wird überschritten, und nur die Masterkapazität reicht nicht. Verwenden Sie einen 250-UL-Master oder verteilen Sie die Zähler auf zwei 60-UL-Segmente.

60 Zähler an einem Segment 1 von 3 Grenzwerten überschritten Im Rechner öffnen

Dasselbe Segment bei 9.600 Baud

Bei 9.600 Baud sinkt die Grenze auf 100 nF; das Segment mit 115 nF liegt 15 nF darüber. Eine von drei Grenzen wird überschritten. Mit dreißig Zählern sind bei dieser Baudrate insgesamt nur 0,85 km Kabel zulässig. Bleiben Sie bei 2.400 Baud: Dann beträgt die Kapazitätsreserve 285 nF, und die dreißig Zähler werden trotzdem in etwa einer Minute gelesen.

30 Zähler an einem Segment 1 von 3 Grenzwerten überschritten Im Rechner öffnen

M-Bus-Kabellänge und Baudrate

Gesamtkapazität von dreißig Zählern mit je 0,5 nF an einem Kabel mit 100 nF/km, verglichen mit der Grenze nach OMS TR02 für jede Baudrate.

Gesamte Kabellänge (km)Kapazität (nF)Bei 300 BaudBei 2.400 BaudBei 9.600 Baud
0,2540InnerhalbInnerhalbInnerhalb
0,565InnerhalbInnerhalbInnerhalb
1115InnerhalbInnerhalbÜberschritten
1,5165InnerhalbInnerhalbÜberschritten
2215InnerhalbInnerhalbÜberschritten
3315InnerhalbInnerhalbÜberschritten
4415InnerhalbÜberschrittenÜberschritten
5515InnerhalbÜberschrittenÜberschritten
8815InnerhalbÜberschrittenÜberschritten

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Fragen zu Auslegung eines M-Bus-Segments

Wie viele Zähler kann ein M-Bus-Master versorgen?

Teilen Sie die UL-Kapazität des Masters abzüglich Ihrer Reserve durch die UL je Zähler. Ein 60-UL-Master mit 10 UL Reserve kann 50 Zähler zu je 1 UL oder 25 Zähler zu je 2 UL versorgen. Die Primäradressierung endet bei 250 Zählern je Segment. Bei langen Leitungen können Spannung oder Kapazität schon vor der UL-Grenze scheitern.

Wie lang darf ein M-Bus-Kabel sein?

Es gibt zwei Grenzen. Die Kapazitätsgrenze gilt für die gesamte installierte Kabellänge: Bei dreißig Zählern und 100 nF/km sind das 9,85 km bei 300 Baud, 3,85 km bei 2.400 Baud und 0,85 km bei 9.600 Baud. Die Widerstandsgrenze gilt für die Strecke zum entferntesten Zähler und hängt von Masterspannung und Busstrom ab. OMS TR09 Tabelle 2 nennt 2.000 m für 50 Zähler bei 2.400 Baud an einem 0,8-mm-Kabel, wenn alle Zähler am Leitungsende liegen.

Welche Spannung muss an einem M-Bus-Zähler anliegen?

Nach OMS TR02 und der Inbetriebnahmetabelle in OMS TR09 mindestens 24 V Gleichspannung an den Klemmen im Ruhezustand. Messen Sie am entferntesten Zähler, während keine Kommunikation auf dem Bus stattfindet, mit einem Multimeter im Messbereich von mindestens 50 V Gleichspannung. Der Master sollte zwischen 30 und 42 V Gleichspannung liefern; den genauen Wert nennt sein Datenblatt.

Welches Kabel soll ich für M-Bus verwenden?

Das OMS-Referenzkabel ist J-Y(St)Y 2×2×0,8 mm: geschirmte verdrillte Adernpaare, Leiter mit 0,5 mm² Querschnitt, höchstens 75 Ω/km je Schleife und 100 nF/km. Verwenden Sie ein Adernpaar. Ein zweites Paar parallel halbiert den Schleifenwiderstand, erhöht aber die Kapazität; nutzen Sie es nur, wenn die Spannungsprüfung scheitert und genügend Kapazitätsreserve besteht. Erden Sie den Schirm nur beim Master. Verdrahten Sie als Stern, Linie oder Baum, nie als geschlossenen Ring, und bauen Sie keinen Abschlusswiderstand ein. Der Bus ist unabhängig von der Polarität.

Grenzen dieses Ergebnisses

  • Geben Sie die Masterkapazität und Unit Loads der Geräte nach aktuellen Herstellerangaben ein. Die Gerätezahl allein ergibt keine Lastbilanz.
  • Die Spannung am Leitungsende ist eine konservative Schätzung mit zusammengefasstem Strom und dem eingegebenen effektiven Widerstand des Strompfads. Sie ist keine Simulation eines verteilten Netzes.
  • Zur Kapazitätsbilanz zählen die eingegebene Kabelkapazität und die Eingangskapazität angeschlossener Geräte. Die Unit-Load-Reserve umfasst keine zusätzlichen künftigen Kabel oder Gerätekapazitäten.
  • Die Schätzung prüft weder Signalform, Anstiegs- und Abfallzeit, Topologie, EMV, galvanische Trennung, Einschaltstrom, Kollisionsbehandlung noch Zuverlässigkeit der Abfragen.
  • Verwenden Sie das Ergebnis nicht als Freigabe der Installation. Prüfen Sie den genauen Master, jeden Zähler oder Koppler, Kabelaufbau, Topologie und die bei der Inbetriebnahme gemessenen Werte.

Kontinuierlich messen

Wenn ein einzelner Zähler weit von den anderen entfernt ist, liest ein ZHM diesen verdrahteten M-Bus-Zähler vor Ort und überträgt seine Daten per Funk-Mesh an das Gateway, statt das Segment bis dorthin zu verlängern.

Verwandte Leitfäden

Quellen

  1. Technical Report 02: Wired M-Bus (öffnet in einem neuen Tab) (PDF) Open Metering System Group, Version 2.0.3 · 2023-03-29
  2. Technical Report 09: Guide for Wired M-Bus Installations (öffnet in einem neuen Tab) (PDF) Open Metering System Group, Version 1.0.3 · 2022-05-27