M-Bus cableado para contadores térmicos

M-Bus cableado es una interfaz habitual en contadores europeos de calor, agua y gas. EN 13757-2 abarca las capas física y de enlace, y EN 13757-3 la capa de aplicación que transporta las lecturas. El fallo de puesta en servicio más costoso rara vez es un bus inactivo. Es un valor aparentemente plausible procedente del registro equivocado, como la energía guardada en la fecha de vencimiento del año anterior asignada a la lectura actual.

Descargar el acta de aceptación (.txt). Imprímala o complétela en la instalación.

Cómo funciona un segmento M-Bus cableado

El maestro envía datos conmutando la tensión del bus. Una marca (1 lógico) equivale a entre 24 y 42 V en el maestro; un valor habitual es 36 V. Un espacio (0 lógico) tiene unos 12 V menos, de modo que un maestro a 36 V baja a 24 V. Un contador responde variando su corriente. En reposo consume como máximo 1,5 mA por carga unitaria. Para enviar un espacio, consume entre 11 y 20 mA adicionales. El maestro interpreta un salto de corriente superior a 50 mA como una colisión, tal como sucede si dos contadores responden a la vez (OMS TR09, apartados 2.6 y 2.7).

El bus permanece alimentado en ambos estados, por lo que un contador puede obtener del bus la energía necesaria para comunicarse. Los contadores se conectan en paralelo y los dos hilos no tienen polaridad. Se permiten topologías en estrella y árbol; no se permiten anillos cerrados ni resistencias de terminación.

Deslice para ver el dibujo completo

La interfaz M-Bus ZHM de EpiSensor es un maestro para un contador. Tiene un cable de conexión de 2 m, admite hasta 1.000 m de cable hasta el contador y sondea a entre 300 y 9.600 baudios. Envía las lecturas por la red mallada Zigbee al Gateway. En un segmento de un solo contador no hay que resolver presupuesto de cargas ni conflictos de direcciones. Sí se aplican íntegramente la asignación de registros, comprobación con la pantalla y pruebas de fallo descritas abajo. En un segmento compartido de varios contadores y un maestro, realice todos los pasos.

Inventario del segmento

Anote para cada contador:

• fabricante, modelo y firmware, cuando el contador lo muestre;
• número de identificación leído en el bus;
• cargas unitarias según ficha técnica o etiqueta (OMS exige indicarlas en ambas);
• dirección primaria y velocidad en baudios;
• valores que necesita leer.

La dirección secundaria tiene 8 bytes: número de identificación BCD de 8 cifras, código de fabricante de 2 bytes, byte de versión y byte de medio. El número de identificación suele coincidir con el número de serie impreso, pero no siempre. TR09 también describe contadores con un ID en la cabecera del telegrama distinto de aquel al que responden. Anote el ID que leyó realmente el maestro.

Coloque los contadores previstos en otra columna. El presupuesto de cargas debe incluirlos; la comprobación de direcciones y el recuento de descubrimiento, no.

Comprobar las direcciones

Las direcciones primarias 1 a 250 son para contadores. Muchos salen de fábrica con dirección 0, por lo que un bus nuevo suele tener varios contadores respondiendo en 0. Las direcciones 251 y 252 están reservadas. La 253 indica al contador que se seleccionó mediante dirección secundaria. En la 254 responden todos: esto causa una colisión si hay más de un contador, por lo que debe usarse solo con uno. En la 255 no responde ninguno. Dos contadores con la misma dirección primaria responden juntos y el maestro detecta una colisión o un error de suma de comprobación en lugar de recibir una respuesta individual.

El planificador de direcciones detecta duplicados y valores especiales en una lista. En este ejemplo encuentra dos veces la dirección 5:

El direccionamiento secundario evita direcciones primarias duplicadas. El maestro selecciona un contador por su dirección secundaria completa y luego lo lee en la dirección 253. Una búsqueda con comodines encuentra contadores desconocidos acotando el ID cifra a cifra. TR09 estima menos de 10 minutos para un bus pequeño y hasta varias horas para uno grande. OMS exige que los contadores admitan direccionamiento secundario, pero algunos modelos antiguos pueden no hacerlo. Confírmelo para cada modelo antes de depender de ello.

Calcular los márgenes eléctricos

Una carga unitaria (UL) equivale a 1,5 mA. EN 13757-2 permite hasta 4 UL por contador; los de 2 UL son habituales. Sume las cargas unitarias de todos los contadores instalados y previstos. Compare el total con la capacidad nominal del maestro.

El cable tiene dos límites diferentes. El límite resistivo procede de la resistencia de bucle entre el maestro y el contador más lejano. La corriente en reposo de todo el bus a través de esa resistencia causa la caída de tensión antes del último contador; TR09 espera al menos 24 V CC en cada contador. El límite capacitivo procede de la longitud total de todo el cable del segmento, ramales incluidos. Los límites de planificación OMS para la capacitancia total son 1.000 nF a 300 baudios, 400 nF a 2.400 y 100 nF a 9.600; cada contador puede añadir hasta 0,5 nF. Una disposición en estrella acorta el recorrido resistivo y alarga el recorrido capacitivo. Una línea única hace lo contrario.

TR09 recomienda cable J-Y(St)Y 2×2×0,8 mm: conductores de 0,5 mm², 37 Ω/km por conductor y 100 nF/km. El bucle tiene dos conductores, por lo que 800 m hasta el contador más lejano dan 0,8 × 2 × 37 = 59 Ω. LiYCY 2×1,5 mm² tiene 13 Ω/km y 120 nF/km.

Considere un maestro en sala técnica con capacidad de 60 UL y marca a 36 V. Alimenta 40 contadores de 1 UL, con reserva de 10 UL para futuros contadores. El más lejano está a 800 m y los ramales elevan la longitud total a 1,2 km. La corriente en reposo es 50 × 1,5 = 75 mA. El último contador recibe 36 − 0,075 × 59 = 31,6 V, es decir, 7,6 V por encima del objetivo de 24 V. La capacitancia es 1,2 × 100 + 40 × 0,5 = 140 nF. Esto falla a 9.600 baudios y pasa a 2.400 con 260 nF de margen:

La tabla 2 de TR09 concuerda. Con 50 contadores en cable de 0,5 mm², a 9.600 baudios se alcanzan 1.000 m y a 2.400 baudios, 2.000 m. La mayoría de los segmentos funcionan a 2.400 baudios. EN 13757-2 exige que los contadores admitan 300 baudios, y OMS exige 300 y 2.400.

Verificar descubrimiento e identidad

Configure el maestro a la velocidad del bus de la instalación. Conecte un contador conocido y añada los demás en grupos de cinco a diez. Tras cada grupo, haga una exploración y compare el recuento con el inventario.

Una lectura empieza con SND_NKE, que restablece la capa de enlace del contador. REQ_UD2 solicita los datos y el contador responde con una trama larga RSP_UD. Si no hay respuesta en 330 tiempos de bit más 50 ms, el maestro repite la solicitud hasta dos veces más. A 2.400 baudios, un intento espera unos 190 ms, por lo que un contador inactivo añade unos 0,6 s a cada ciclo de sondeo.

Los fallos en esta fase muestran señales habituales:

• El recuento deja de aumentar al añadir un grupo. Busque una dirección primaria duplicada o un contador aún en la dirección 0.
• Una dirección produce errores de suma de comprobación o de trama. Dos contadores la comparten.
• Un contador responde a 300 baudios, pero no a 2.400. No detecta automáticamente la velocidad. Ajústela desde el maestro o el menú del contador.
• Un contador responde y luego deja de hacerlo. Muchos contadores térmicos a batería limitan el número de lecturas M-Bus para conservar energía y dejan de responder durante un tiempo (TR09, apartado 2.12).
• Falta un grupo entero. Busque el fallo de cableado mediante las comprobaciones de tensión, corriente y resistencia del apartado 4 de TR09.

No sondee con más frecuencia de la necesaria. TR09 indica lecturas diarias para contadores de calor y agua destinados a facturación, y lecturas cada minuto para contadores térmicos usados en control. Una lectura tarda unos 2 s por contador a 2.400 baudios y 8 s a 300; por tanto, 40 contadores a 2.400 requieren al menos 80 s por ciclo.

Al sustituir un contador, documente el cambio. El nuevo tiene otro ID y puede tener una disposición distinta de registros; necesita su propio mapa.

Asignar los registros del telegrama

Cada valor de un telegrama RSP_UD es un registro. Empieza por un campo de información de datos (DIF), extensiones opcionales (DIFE) y un campo de información de valor (VIF), seguidos de los datos. El DIF indica tipo y longitud de dato, función (instantáneo, máximo, mínimo o valor durante un error) y bit menos significativo del número de almacenamiento. El DIFE contiene el resto del número de almacenamiento, la tarifa y la subunidad. El VIF indica magnitud, unidad y multiplicador decimal.

Dos registros de un mismo contador térmico muestran la importancia de esto:

Los dos registros tienen el mismo VIF y difieren en un bit del DIF. Un punto asignado como «energía en kWh» sin número de almacenamiento puede recoger cualquiera de los valores, y ambos parecen plausibles. El multiplicador es otra trampa. VIF 06 indica kWh; VIF 07, 10 kWh; y VIF 0E, MJ. Por ello, un mapa que ignora VIF se equivoca por un factor de 10 o de 3,6. En un contador combinado de calor y frío, la energía de refrigeración suele ser otro registro con el mismo VIF, distinguido mediante tarifa o subunidad en el DIFE. La descripción de telegramas M-Bus del fabricante indica cuál es cuál.

Para cada valor, anote unidad y multiplicador, número de almacenamiento, tarifa, subunidad y función. El acta de aceptación tiene una columna para cada elemento.

Comparar con la pantalla del contador

En un contador térmico, el calculador del propio contador es la referencia. Utiliza una pareja emparejada de sensores de temperatura, el sensor de caudal y las propiedades del fluido configurado. Lea en la pantalla energía, volumen y temperaturas; tome los valores recopilados del mismo sondeo.

Compare con la resolución de la pantalla. Un contador que muestra 48,325 MWh y envía 48.325 kWh coincide. Uno que muestra MWh enteros puede diferir hasta 1 MWh del telegrama y seguir siendo correcto. Cualquier otra diferencia indica un error de asignación o multiplicador. Compruebe también qué sucede cuando un registro completa una vuelta: un registro BCD de 8 cifras pasa de 99.999.999 a 0, y la ruta de datos debe registrar una vuelta, no un reinicio.

Un cálculo a partir de caudal y diferencia de temperatura detecta errores de unidad, signo y orden de magnitud en el registro de potencia. La potencia térmica es caudal másico × calor específico × diferencia de temperatura. Con 10 m³/h, impulsión a 70 °C y retorno a 50 °C, el caudal másico es 10 × 977,8 ÷ 3.600 = 2,716 kg/s. La potencia es 2,716 × 4,19 × 20 = 227,6 kW:

Con un caudal estable, el registro de potencia del contador debería coincidir con un margen de unos pocos puntos porcentuales, ya que el contador usa su propia densidad y calor específico a las temperaturas medidas. Un factor de 10 o 1.000 apunta al multiplicador VIF. Un factor de 3,6 indica confusión entre kWh y MJ. Una potencia negativa, o una temperatura de retorno superior a la de impulsión, suele indicar sensores de temperatura intercambiados o energía de refrigeración asignada como calefacción. Esta es una comprobación de la ruta de datos. El registro de energía aprobado del contador sigue siendo el valor para facturación.

Pruebas de fallo y vigencia de los datos

Acuerde las pruebas con la instalación antes de empezar: interrumpen las lecturas. Después:

1. Desconecte un contador del bus. Solo ese contador debe quedar marcado como obsoleto; el maestro sigue sondeando los demás a su intervalo normal.
2. Corte la alimentación del maestro durante un periodo conocido y restablézcala. Los totales acumulados continúan desde sus últimos valores y no se duplica ninguna lectura.
3. Con una ZHM, interrumpa su enlace con el Gateway durante un periodo conocido. La ZHM registra hasta 70.000 lecturas en memoria flash. Compruebe que las lecturas de ese periodo llegan al recuperarse el enlace, con sus marcas de tiempo originales.
4. Compare el registro de fecha y hora del contador (VIF 6D) con la marca de tiempo recopilada, y anote el desfase. Un valor guardado en una fecha de vencimiento lleva la hora del contador, no la del Gateway.
5. Compruebe que los valores obsoletos no se presentan como recientes y que cada alarma solo desaparece cuando vuelven los datos correctos.

Acta de aceptación

Conserve un acta por segmento. La plantilla descargable cubre estos campos. Los ejemplos proceden del segmento de 40 contadores descrito arriba:

Repita las pruebas después de sustituir un contador, modificar el bus o cambiar el firmware o la decodificación del maestro. Continúe con la guía de aplicación M-Bus cableado o configure un sistema a partir de la lista de contadores.