Un contatore di energia trifase con Modbus misura un circuito e pubblica le sue letture in registri che un gateway, un BMS o un sistema SCADA può leggere. Centinaia di modelli rientrano in questa descrizione, dai sottocontatori su guida DIN agli analizzatori di rete da quadro. Cinque domande restringono la scelta: la fornitura, la corrente, la precisione, l'interfaccia e la mappa dei registri. Questa guida le affronta in ordine, poi tratta la messa in servizio.
Cosa misura un contatore Modbus trifase
Un tipico contatore trifase pubblica:
- la tensione di ogni fase, fase-neutro e fase-fase;
- la corrente di ogni fase e, su alcuni modelli, la corrente di neutro;
- la potenza attiva, reattiva e apparente, per fase e totale;
- il fattore di potenza e la frequenza;
- i contatori di energia: energia attiva in importazione e in esportazione (kWh), e spesso l'energia reattiva (kvarh).
Molti contatori pubblicano anche valori di domanda, distorsione armonica e contatori per diverse fasce tariffarie. Un lungo elenco nella scheda tecnica non significa che ogni valore sia nella mappa dei registri. Verifica nella mappa ogni valore che ti serve.
Scegli in base alla fornitura
Sistema di distribuzione. Una fornitura a quattro fili, tre fasi e neutro (per esempio 230/400 V), richiede tre elementi di misura. Una fornitura a tre fili senza neutro ne richiede due. La maggior parte dei contatori supporta entrambe, e alcuni anche una modalità monofase, scelta con un'impostazione. Il contatore deve corrispondere alle tensioni: verifica nella scheda tecnica gli intervalli fase-neutro e fase-fase, e l'alimentazione dell'elettronica del contatore. La guida alla potenza trifase spiega gli elementi di misura.
Corrente. Un contatore a inserzione diretta porta la corrente di carico attraverso i propri morsetti, quindi è adatto ai circuiti fino alla sua corrente nominale. I tre contatori del confronto tra contatori a inserzione diretta hanno correnti nominali di 63 A, 65 A e 100 A. Oltre questo valore, o dove il circuito non si può scollegare abbastanza a lungo per cablarlo attraverso il contatore, scegli un contatore collegato a TA. Verifica quale uscita del TA accetta: 1 A, 5 A, 333 mV o un ingresso Rogowski. La guida ai contatori con TA spiega l'impostazione del rapporto, e la guida ai TA apribili tratta l'installazione dei TA su un cavo collegato.
Generazione e accumulo. Su un circuito con fotovoltaico, una batteria o un generatore, scegli un contatore con registri di energia separati per importazione ed esportazione, e annota la sua convenzione di segno.
Precisione e approvazione
La norma IEC 62053-21 fissa le classi di precisione 0.5, 1 e 2 per i contatori di energia attiva. La norma IEC 62053-22 fissa le classi più strette 0.1S, 0.2S e 0.5S per i contatori collegati a trasformatori. La Classe 1 è adatta alla maggior parte del monitoraggio energetico. La Classe 0.5S è adatta alle grandi linee, alla riconciliazione con un contatore del distributore e alla misura e verifica.
Per un contatore collegato a TA, la classe riguarda solo il contatore. I TA aggiungono il proprio errore, che è massimo a bassa corrente. La guida alla scelta dei TA mostra come dimensionarli e sceglierne la classe.
Un contatore usato per fatturare ai locatari deve anche essere di un modello approvato. Nell'UE, l'allegato V della direttiva sugli strumenti di misura (MI-003) definisce le classi A, B e C e riguarda solo il contatore. Una classe di precisione nella scheda tecnica non è un'approvazione. Chiedi il certificato per l'esatto codice d'ordine, come spiega la guida ai sottocontatori.
Modbus RTU o Modbus TCP
| Contatore Modbus RTU | Contatore Modbus TCP | |
|---|---|---|
| Interfaccia | Morsetti RS-485 | Porta Ethernet |
| Cablaggio | Un bus a doppino intrecciato, collegato in cascata tra i contatori, terminato a entrambe le estremità | Un cavo di rete verso uno switch per ogni contatore |
| Impostazioni | Indirizzo da 1 a 247, velocità in baud, parità, bit di stop | Indirizzo IP, porta 502, identificatore di unità |
| Chi può leggerlo | Un master su ogni bus | Diversi client, fino al limite di connessioni del contatore |
| Adatto a | Contatori in un solo quadro, o un bus esistente | Quadri raggiunti da una rete gestita |
La mappa dei registri e i codici funzione sono gli stessi in entrambi. La guida a Modbus TCP e RTU confronta i frame, e la guida al cablaggio RS-485 tratta terminazione, polarizzazione e cavo. Per permettere a diversi sistemi di leggere contatori RTU in rete, un gateway da Modbus RTU a TCP si colloca davanti al bus. Alcune famiglie di contatori esistono in entrambe le versioni: l'Eastron SDM630-Modbus ha RS-485 e l'SDM630-TCP ha una porta Ethernet.
Leggi la mappa dei registri
La mappa dei registri per il modello e il firmware esatti indica, per ogni valore:
- il codice funzione: 03 per i registri holding o 04 per i registri di ingresso;
- l'indirizzo, nella notazione del manuale (30001, 40001 o un numero a base zero);
- il tipo di dato: intero a 16 o 32 bit, o float IEEE 754 a 32 bit;
- l'ordine delle parole dei valori a 32 bit: quale dei due registri viene prima;
- il fattore di scala e l'unità: per esempio kWh, o Wh con un moltiplicatore.
Sull'Eastron SDM630, per esempio, l'energia attiva importata è un float a 32 bit nei registri di ingresso 30073 e 30074, letto con il codice funzione 04. Il riferimento nel formato 30001 corrisponde all'indirizzo 72 nella richiesta:
Se i due registri restituiscono 4640 E666, con la parola alta per prima, il valore è 12.345,6 kWh:
Un registro di energia float32 perde risoluzione man mano che cresce: oltre 100.000 kWh risolve circa 0,01 kWh, e oltre 10 milioni di kWh circa 1 kWh. Dove un contatore offre anche un registro di energia intero a 32 o 64 bit, preferiscilo per la fatturazione e la riconciliazione. La guida alle mappe dei registri tratta l'ordine delle parole, il fattore di scala e le verifiche per ogni tipo di dato.
Metti in servizio il contatore
- Imposta la modalità di collegamento (trifase a quattro fili, trifase a tre fili o monofase) in base al circuito.
- Su un contatore collegato a TA, imposta primario e secondario del TA, e annotali.
- Imposta indirizzo Modbus, velocità in baud e parità, oppure indirizzo IP e identificatore di unità, secondo il piano di indirizzamento del sito.
- Leggi via Modbus un valore che il contatore mostra sul display, come la tensione L1. Confronta il valore e il suo fattore di scala con il display.
- Verifica ogni fase sotto carico: kW positivi per un carico in prelievo, un fattore di potenza plausibile e una corrente entro la tolleranza di una pinza amperometrica.
- Carica il resto della mappa dei registri, poi leggi due volte i contatori di energia, a un intervallo di tempo noto, e verifica che la differenza corrisponda alla potenza media.
La guida alla messa in servizio di Modbus RS-485 fornisce la sequenza completa e le registrazioni da conservare, e la guida alla diagnostica Modbus tratta timeout e codici di eccezione.
Leggere contatori Modbus trifase con Edge
Edge sul Gateway ZGW-20 legge contatori Modbus TCP sulla rete del sito e contatori Modbus RTU su una porta seriale, oppure attraverso un'interfaccia Modbus ZMB montata accanto al contatore, che invia i registri sulla rete mesh Zigbee così nessun cavo dati deve tornare al Gateway. Le pagine dei dispositivi SDM630-Modbus, SDM630MCT, Carlo Gavazzi EM24 e Siemens SENTRON PAC2200 contengono ciascuna un modello iniziale di sola lettura con indirizzi dei registri, tipi di dato e ordine delle parole già impostati.
Per provarlo con un contatore prima di acquistare un Gateway, un Raspberry Pi configurato con System Manager esegue Edge con un dispositivo Modbus fino a 32 registri concesso in licenza gratuitamente, con tutti gli strumenti di dashboard, analisi e allarme. Il Pi funziona da una scheda microSD, quindi usalo per la valutazione, non per un sito critico per l'attività. Consulta valuta Edge su un Raspberry Pi.
Domande frequenti
Che cos'è un contatore di energia Modbus?
Un contatore elettrico con interfaccia Modbus, di solito RS-485 per Modbus RTU o Ethernet per Modbus TCP. Misura tensione, corrente, potenza ed energia, e pubblica ogni valore in registri che un gateway, un BMS o un sistema SCADA può leggere.
Su una fornitura trifase serve un contatore trifase?
Per misurare l'intero circuito, sì. Un contatore trifase misura corrente e tensione di ogni fase e somma le tre potenze di fase, quindi resta corretto quando il carico è squilibrato. Un contatore monofase su una fase di un circuito trifase misura solo quella fase.
Meglio un contatore Modbus RTU o Modbus TCP?
Modbus RTU è adatto a contatori in uno o due quadri, o a contatori aggiunti a un bus RS-485 esistente. Modbus TCP è adatto a quadri già raggiunti da una rete gestita, e a siti dove diversi sistemi devono leggere lo stesso contatore. Mappe dei registri e codici funzione sono gli stessi; cambia solo il trasporto.
Quale registro contiene i kWh totali?
Dipende dal modello, quindi usa la mappa dei registri del contatore e del firmware esatti. Sull'Eastron SDM630, per esempio, l'energia attiva importata è un float a 32 bit nei registri di ingresso 30073 e 30074, che corrispondono all'indirizzo 72 nella richiesta.