Viktor Deyemanns — Business Development EngineerModbus ist ein etabliertes Kommunikationsprotokoll und ist zu einem Industriestandard für die Anbindung von industriellen, elektronischen Geräten geworden. Aber wie werden solche Geräte nun Teil des Internet of Things und welche Anwendungsfälle können daraus entwickelt werden? Mit dieser Blogartikel-Serie möchten wir Antworten, Ideen, Empfehlungen und hilfreiche Tipps geben. Und wir wollen damit aufzeigen, wie leicht es sein kann, mithilfe von Modbus Cloud Connect die Lücke zwischen Geräten und einer IT/Cloud Infrastruktur zu überbrücken.
Unser elektrischer Strom wird vom Energieversorger in der Regel als Wechselstrom bereitgestellt, so wie er auch aus der Steckdose kommt. Auf der Verbraucherseite der am Strom angeschlossenen Geräte und Anlagen fließt der Strom nicht selten als Gleichstrom. Bei mehreren Verbrauchern auf der DC-Seite kann es erforderlich sein, die jeweiligen Energieverbräuche abzugrenzen, z. B. für eine saubere Abrechnung. Dies erfordert eine Gleichstromverbrauchsmessung innerhalb des jeweiligen Stromkreises.
Ein Beispiel hierfür ist unsere technische Infrastruktur des Mobilfunknetzes. Die Funkeinheiten werden i. d. R. mit Gleichstrom versorgt. Moderne Rechenzentren arbeiten ebenfalls mit Gleichstrom. Batteriepuffer, die bei einem Stromausfall einspringen, können in diesen Fällen auch ohne Wandler auskommen. Somit entstehen Gleichstromanlagen in entsprechender Größe.
In der E-Mobilität hat die Verbrauchmessung eine besondere Bedeutung, denn die öffentlichen E-Ladesäulen laden mit Gleichstrom. Zur Abrechnung (geeichte Messeinrichtung vorausgesetzt) soll nur der dem Fahrzeug zugeführte Strom herangezogen werden, ohne die Verluste für die Umwandlung aus dem AC Netz.
Für unsere Beispielmessung nutzen wir Messumformer aus dem Hause Socomec. Der Aufbau erfolgt in einem kompakten Kleinverteiler, der den Einsatz an verschiedenen Orten ermöglicht.
Bei der Digiware-Serie von Socomec handelt es sich um ein Portfolio aus unterschiedlichen Komponenten zur Messung von u. a. elektrischen Werten. Für jede Art von Messung gibt es eine spezielle Komponente, z. B. für Spannung und für Strom jeweils ein Modul. Dies ermöglicht einen bedarfsgerechten Aufbau für den individuellen Anwendungsfall. Die zusammengestellten Module werden miteinander verbunden. Abschließend wird noch ein Systeminterface Modul benötigt, welches die einzelnen Komponenten mit Strom versorgt und den Datenaustausch innerhalb des Aufbaus und nach außen vornimmt. In dem Systemmodul laufen alle Messdaten zusammen und werden für die Weitergabe über die entsprechende Schnittstelle bereitgestellt. Auch die Konfiguration aller Komponenten kann auf diesem Wege erfolgen.
Der Hardware-Aufbau
In unserem Versuchsaufbau möchten wir Strom und Spannung in einem Gleichstromkreis messen. Für beide Messungen wird jeweils ein Kanal benötigt. Die Messungen sollen dann durch Modbus Cloud Connect über NB-IoT (Narrowband-IoT) übertragen werden, daher benötigen wir ein Systeminterface-Modul mit einer RS-485 Schnittstelle und Modbus RTU Protokoll. Die Zusammenstellung der Hauptkomponenten lautet dann wie folgt:
- Socomec C31 – Systemmodul mit RS-485 Schnittstelle
- Socomec U-31dc – Spannungsmessumformer
- Socomec U-30dc – Strommessumformer
- Modbus Cloud Connect-Gateway
Weitere Komponenten:
- Meanwell DDR-15L-24 – DC/DC Netzteil
- Ein kompatibler Stromsensor
- NB-IoT Klebeantenne (Zubehör vom Modbus Cloud Connect-Gateway)
- Weitere passive Komponenten für die Absicherung der Module und elektrische Verdrahtung
Konfiguration der Socomec Module
Die initiale und fortlaufende Konfiguration der Socomec Module erfolgt am einfachsten über die Easy Config System Software. Über eine direkte Verbindung zum PC kann die Konfiguration für jedes einzelne Modul vorgenommen werden. Die Konfiguration lässt sich auch lokal speichern und für den nächsten identischen Aufbau anwenden. Für die externe Erreichbarkeit der Module legen wir Modbus Adressen für jedes Modul fest, sowie die Einstellungen für das Modbus Protokoll. Darüber hinaus geben wir den Nennstrom für den gewählten Stromsensor für eine korrekte Messung an. In der Software können wir zur Überprüfung die Messdaten live anzeigen lassen.
Durch die Kombination aus Strom- und Spannungsmessumformer in einem System, ermitteln die Socomec Module automatisch Energieverbrauchswerte, die sich neben den direkt erfolgten Messungen ebenfalls abfragen lassen.
Konfiguration von Modbus Cloud Connect
Das Produkt Modbus Cloud Connect wird über das dazugehörige Self-Service-Portal konfiguriert. Dort sind alle Geräte zentral erreichbar, die einem Konto zugehörig sind. Für die Konfiguration benötigen wir die Register der Socomec Module. In unserem Aufbau möchten wir den Zählerstand und den Durchschnitt von Spannung, Strom und Energieverbrauch übertragen. Die Durchschnittswerte werden von den Socomec Modulen in einem 15-minütigen (einstellbar über die Easy Config Software) Zyklus ermittelt. Im gleichen Zyklus fragen wir die Werte mit unserem Modbus Cloud Connect ab und übertragen diese.
Durchführung der Messung
Mithilfe von zwei Labornetzgeräten wird der Aufbau erprobt. Ein Netzgerät dient als Stromquelle ohne Verbraucher. Es wird über die Messanschlüsse ein kontrollierter Kurzschluss erzeugt, sodass der Strom über das Netzgerät variabel einstellbar ist. Da die Spannung im Kurzschlussbetrieb gegen null geht, wird das zweite Netzgerät als Spannungsquelle genommen und an separate Messanschlüsse gelegt.
Zur Überprüfung können die Messwerte auch in der Software angezeigt werden. Es werden nicht nur Strom- und Spannung als Messwert angezeigt, sondern die Energiewerte, die sich daraus ableiten lassen.
Die DC-Messeinrichtung Ende-zu-Ende aufgesetzt
Die Socmec-Einheit misst jetzt Spannung und Strom und es erfolgt eine Übertragung der Messwerte über das Produkt Modbus Cloud Connect. Im Self-Service-Portal von Modbus Cloud Connect kann nun ein Cloud-Adapter eingestellt werden, um die Daten an den gewünschten Endpunkt weiterzuleiten. Dies kann z. B. eine Visualisierungs-Plattform, beispielsweise von unseren Partnern Device Insight oder Datacake sein.
Die Socomec Messeinrichtung ergänzt durch Modbus Cloud Connect und Datacake ist somit Ende-zu-Ende vernetzt. Alle benötigten Messdaten werden nach Bedarf übertragen und sind visualisiert verfügbar. Die Kombination einer Messeinrichtung und Modbus Cloud Connect stellt damit eine ideale Lösung zum Submetering dar - auch auf der DC-Seite.
Modbus Cloud Connect ist leicht einzusetzen, flexibel in der Anbindung und vielseitig einsetzbar. Ihr Gerät, direkt in die Cloud.