Ein Drehstromzähler mit Modbus misst einen Stromkreis und stellt seine Messwerte in Registern bereit, die ein Gateway, ein BMS oder ein SCADA-System lesen kann. Hunderte Modelle passen auf diese Beschreibung, vom Unterzähler für die Hutschiene bis zum Netzanalysator für den Schalttafeleinbau. Fünf Fragen grenzen die Auswahl ein: Anschluss, Strom, Genauigkeit, Schnittstelle und Registertabelle. Dieser Leitfaden behandelt sie der Reihe nach und danach die Inbetriebnahme.
Was ein Drehstromzähler mit Modbus misst
Ein typischer Drehstromzähler stellt bereit:
- die Spannung jeder Phase, Außenleiter gegen Neutralleiter und Außenleiter gegen Außenleiter;
- den Strom jeder Phase, bei manchen Modellen auch den Neutralleiterstrom;
- Wirk-, Blind- und Scheinleistung, je Phase und gesamt;
- Leistungsfaktor und Frequenz;
- Energiezählwerke: Bezug und Lieferung von Wirkenergie (kWh) und oft Blindenergie (kvarh).
Viele Zähler liefern außerdem Leistungsmittelwerte, Oberschwingungsgehalt und Zählwerke für mehrere Tarife. Eine lange Liste im Datenblatt bedeutet nicht, dass jeder Wert in der Registertabelle steht. Prüfen Sie die Tabelle für jeden Wert, den Sie brauchen.
Nach dem Anschluss auswählen
Netzform. Ein Vierleiteranschluss mit drei Phasen und Neutralleiter (zum Beispiel 230/400 V) braucht drei Messwerke. Ein Dreileiteranschluss ohne Neutralleiter braucht zwei. Die meisten Zähler unterstützen beides, manche auch einen Einphasenbetrieb, der über eine Einstellung gewählt wird. Der Zähler muss zu den Spannungen passen: Prüfen Sie im Datenblatt die Bereiche für Außenleiter gegen Neutralleiter und Außenleiter gegen Außenleiter sowie die Versorgung der Zählerelektronik. Der Leitfaden zur Drehstromleistung erklärt die Messwerke.
Strom. Ein direktmessender Zähler führt den Laststrom durch seine Klemmen und eignet sich daher für Stromkreise bis zu seinem Nennstrom. Die drei Zähler im Vergleich direktmessender Zähler sind für 63 A, 65 A und 100 A ausgelegt. Darüber, oder wenn sich der Stromkreis nicht lange genug abklemmen lässt, um ihn durch den Zähler zu führen, wählen Sie einen Wandlerzähler. Prüfen Sie, welchen Wandlerausgang er annimmt: 1 A, 5 A, 333 mV oder einen Rogowski-Eingang. Der Leitfaden zu Wandlerzählern erklärt die Einstellung des Verhältnisses, und der Leitfaden zu Klappwandlern behandelt die Montage von Stromwandlern an einem angeschlossenen Kabel.
Erzeugung und Speicherung. An einem Stromkreis mit PV, Batterie oder Generator wählen Sie einen Zähler mit getrennten Registern für Bezugs- und Lieferenergie und notieren seine Vorzeichenkonvention.
Genauigkeit und Zulassung
IEC 62053-21 legt für Wirkenergiezähler die Genauigkeitsklassen 0.5, 1 und 2 fest. IEC 62053-22 legt für Zähler mit Wandleranschluss die engeren Klassen 0.1S, 0.2S und 0.5S fest. Klasse 1 genügt für das meiste Energiemonitoring. Klasse 0.5S eignet sich für große Zuleitungen, den Abgleich mit einem Zähler des Netzbetreibers sowie Messung und Verifizierung.
Bei einem Wandlerzähler gilt die Klasse nur für den Zähler. Die Stromwandler bringen ihren eigenen Fehler ein, der bei kleinem Strom am größten ist. Der Leitfaden zur Stromwandlerauswahl zeigt, wie Sie sie dimensionieren und ihre Klasse wählen.
Ein Zähler, mit dem Mietern Strom in Rechnung gestellt wird, muss außerdem eine zugelassene Bauart haben. In der EU legt Anhang V der Messgeräterichtlinie (MI-003) die Klassen A, B und C fest und erfasst nur den Zähler. Eine Genauigkeitsklasse im Datenblatt ist keine Zulassung. Fordern Sie das Zertifikat für den genauen Bestellcode an, wie der Leitfaden zur Unterzählung erklärt.
Modbus RTU oder Modbus TCP
| Zähler mit Modbus RTU | Zähler mit Modbus TCP | |
|---|---|---|
| Schnittstelle | RS-485-Klemmen | Ethernet-Anschluss |
| Verkabelung | Ein verdrilltes Leiterpaar als Bus, von Zähler zu Zähler durchgeschleift, an beiden Enden abgeschlossen | Für jeden Zähler ein Netzwerkkabel zu einem Switch |
| Einstellungen | Adresse 1 bis 247, Baudrate, Parität, Stoppbits | IP-Adresse, Port 502, Unit-ID |
| Wer ihn lesen kann | Ein Master je Bus | Mehrere Clients, bis zur Verbindungsgrenze des Zählers |
| Geeignet für | Zähler in einer Verteilung oder an einem vorhandenen Bus | Verteilungen, die ein verwaltetes Netzwerk erreicht |
Registertabelle und Funktionscodes sind bei beiden gleich. Der Vergleich von Modbus TCP und RTU vergleicht die Frames, und der Leitfaden zur RS-485-Verkabelung behandelt Abschluss, Bias und Kabel. Damit mehrere Systeme RTU-Zähler über das Netzwerk lesen können, sitzt ein Modbus-Gateway von RTU zu TCP vor dem Bus. Manche Zählerfamilien gibt es in beiden Ausführungen: Der Eastron SDM630-Modbus hat RS-485, der SDM630-TCP einen Ethernet-Anschluss.
Die Registertabelle lesen
Die Registertabelle für das genaue Modell und die Firmware nennt für jeden Wert:
- den Funktionscode: 03 für Holding-Register oder 04 für Eingangsregister;
- die Adresse in der Schreibweise des Handbuchs (30001, 40001 oder eine nullbasierte Zahl);
- den Datentyp: 16-Bit- oder 32-Bit-Ganzzahl oder 32-Bit-Gleitkommazahl nach IEEE 754;
- die Wortreihenfolge von 32-Bit-Werten: welches der beiden Register zuerst kommt;
- die Skalierung und Einheit: zum Beispiel kWh oder Wh mit einem Faktor.
Beim Eastron SDM630 zum Beispiel ist die bezogene Wirkenergie eine 32-Bit-Gleitkommazahl in den Eingangsregistern 30073 und 30074, gelesen mit Funktionscode 04. Die Referenz im Stil von 30001 entspricht in der Anfrage der Adresse 72:
Liefern die beiden Register 4640 E666, mit dem höherwertigen Wort zuerst, beträgt der Wert 12.345,6 kWh:
Ein float32-Zählwerk verliert mit wachsendem Wert an Auflösung: Über 100.000 kWh löst es etwa 0,01 kWh auf, über 10 Millionen kWh etwa 1 kWh. Bietet ein Zähler zusätzlich ein Energiezählwerk als 32-Bit- oder 64-Bit-Ganzzahl, bevorzugen Sie dieses für Abrechnung und Abgleich. Der Leitfaden zu Registertabellen behandelt Wortreihenfolge, Skalierung und die Prüfungen für jeden Datentyp.
Den Zähler in Betrieb nehmen
- Stellen Sie die Anschlussart (Drehstrom-Vierleiter, Drehstrom-Dreileiter oder einphasig) passend zum Stromkreis ein.
- Stellen Sie bei einem Wandlerzähler Primär- und Sekundärstrom der Wandler ein und dokumentieren Sie beides.
- Stellen Sie Modbus-Adresse, Baudrate und Parität oder IP-Adresse und Unit-ID nach dem Adressplan des Standorts ein.
- Lesen Sie einen Wert, den der Zähler anzeigt, etwa die Spannung von L1, über Modbus. Vergleichen Sie Wert und Skalierung mit der Anzeige.
- Prüfen Sie jede Phase unter Last: positive kW bei einer Last mit Bezug, ein plausibler Leistungsfaktor und ein Strom innerhalb der Toleranz einer Stromzange.
- Laden Sie den Rest der Registertabelle. Lesen Sie dann die Energiezählwerke zweimal in bekanntem Zeitabstand und prüfen Sie, ob die Differenz zur mittleren Leistung passt.
Der Leitfaden zur Inbetriebnahme von Modbus über RS-485 nennt die vollständige Abfolge und die aufzubewahrenden Aufzeichnungen, und der Leitfaden zur Modbus-Fehlersuche behandelt Timeouts und Ausnahmecodes.
Drehstromzähler mit Modbus in Edge auslesen
Edge auf dem ZGW-20 Gateway liest Modbus-TCP-Zähler im Standortnetz und Modbus-RTU-Zähler an einer seriellen Schnittstelle oder über ein ZMB Modbus Interface neben dem Zähler. Das Interface sendet die Register über das Zigbee-Mesh, sodass kein Datenkabel zum Gateway zurückführt. Die Geräteseiten für SDM630-Modbus, SDM630MCT, Carlo Gavazzi EM24 und Siemens SENTRON PAC2200 enthalten jeweils eine schreibgeschützte Startvorlage, in der Registeradressen, Datentypen und Wortreihenfolge bereits eingestellt sind.
Um das mit einem Zähler auszuprobieren, bevor Sie ein Gateway kaufen, betreiben Sie Edge auf einem mit System Manager eingerichteten Raspberry Pi. Ein Modbus-Gerät mit bis zu 32 Registern ist dort kostenlos lizenziert, mit allen Dashboards, Analyse- und Alarmfunktionen. Der Raspberry Pi läuft von einer microSD-Karte. Nutzen Sie ihn daher zum Evaluieren, nicht für geschäftskritische Standorte. Siehe Edge auf einem Raspberry Pi evaluieren.
Häufige Fragen
Was ist ein Stromzähler mit Modbus?
Ein Stromzähler mit Modbus-Schnittstelle, meist RS-485 für Modbus RTU oder Ethernet für Modbus TCP. Er misst Spannung, Strom, Leistung und Energie und stellt jeden Wert in Registern bereit, die ein Gateway, ein BMS oder ein SCADA-System lesen kann.
Brauche ich an einem Drehstromanschluss einen Drehstromzähler?
Um den ganzen Stromkreis zu messen, ja. Ein Drehstromzähler misst Strom und Spannung jeder Phase und addiert die drei Phasenleistungen, sodass er auch bei unsymmetrischer Last richtig misst. Ein Einphasenzähler an einer Phase eines Drehstromkreises misst nur diese Phase.
Soll ich einen Zähler mit Modbus RTU oder mit Modbus TCP wählen?
Modbus RTU eignet sich für Zähler in einer oder zwei Verteilungen oder für Zähler, die an einen vorhandenen RS-485-Bus angeschlossen werden. Modbus TCP eignet sich für Verteilungen, die ein verwaltetes Netzwerk bereits erreicht, und für Standorte, an denen mehrere Systeme denselben Zähler lesen müssen. Registertabellen und Funktionscodes sind gleich; nur der Transport unterscheidet sich.
Welches Register enthält die gesamten kWh?
Das hängt vom Modell ab. Verwenden Sie deshalb die Registertabelle für den genauen Zähler und die Firmware. Beim Eastron SDM630 zum Beispiel ist die bezogene Wirkenergie eine 32-Bit-Gleitkommazahl in den Eingangsregistern 30073 und 30074, in der Anfrage also Adresse 72.