Automatisiertes Ablesen von Energiezählern

In vielen Gemeinden und Städten verändert sich die Zahl der Einwohner und Haushalte aufgrund von Zu-, Um- oder Wegzügen stetig. Gleichzeitig möchten Energieversorger die jährlichen oder ereignisbedingten Ableseverfahren für sich und ihre Kunden vereinfachen. Dies lässt sich auf Basis einer gemeindeübergreifenden Vernetzung der Energiezähler für Strom, Wasser, Fernwärme sowie andere zur Verfügung gestellte Energien realisieren. Daraus resultieren jedoch erhöhte Kommunikationsanforderungen an eine Ethernet-basierte Automation Infrastructure, die zur Verbindung der Ableseeinheiten in den verschiedenen Haushalten benötigt wird.
In einem Projekt im Bezirk March des Schweizer Kantons Schwyz haben sich mehrere Gemeinden vernetzt, deren kommunale Versorgungsbetriebe Fernwärme, Wasser und Elektrizität für die jeweiligen Ortschaften liefern. Durch das automatisierte Ablesen der einzelnen Energiezähler in den Haushalten soll Zeit und Geld bei der Jahresendabrechnung gespart werden. Darüber hinaus möchten die Versorgungsbetriebe bei Zu-, Um- oder Wegzügen möglichst schnell auf das Zu- oder Abschalten von Haushalten reagieren können, ohne dass die Mitarbeiter vor Ort aufwändige Ablese- oder Einschaltvorgänge vornehmen müssen.

Zentrales Abrechnungssystem auf Basis des Fiber-to-Home-Netzwerks

Urs Kessler, Betriebsleiter der Gemeinde Schübelbach und Leiter des umfangreichen Projekts, beschreibt die Ausgangslage: „Unsere Gemeinde verfügt über ein Hauptwassernetz von 65km sowie 130km Zusatzleitungen. Bis zu 8.300 Einwohner werden mit 40Mio.kWh Strom pro Jahr versorgt.“ Wegen der Liberalisierung des Energiemarktes in der Schweiz sollte zudem in der Region March ein einfach handhabbares und schnelles Abrechnungsverfahren eingeführt werden. Vor diesem Hintergrund haben sich neben Schübelbach auch die Ortschaften Wangen, Galgenen, Lachen und Reichenburg für das neue Ablese- und Abrechnungsverfahren entschieden. „Ein weiterer Anlass für diese Maßnahme war, dass die fünf Gemeinden derzeit über große 288-paarige Glasfaserkabel miteinander vernetzt werden. Die Lichtwellenleiter dienen der gesamten Telekommunikation und übermitteln teilweise bereits die Fernsehsignale“, erläutert Urs Kessler. „Da liegt es nahe, dass wir die Fiber-to-Home-Netzstruktur ebenfalls zum Aufbau eines zentralen Abrechnungssystems für den Verbrauch der einzelnen Haushalte nutzen.“ Zu diesem Zweck wird das automatisierte Verbrauchsdatenerfassungs- und Informationssystem Amis von Siemens mit den entsprechenden Geräten an den unterschiedlichen Stellen der Infrastruktur installiert. Die im benachbarten Altendorf ansässige Späni Elektro-Mechanik AG wurde sowohl mit der Montage der Hardware-Komponenten zur Umsetzung eines Netzwerk-Backbone-Rings als auch mit dem kompletten Ausbau eines gemeindeübergreifenden Kommunikationsnetzwerks beauftragt. Das Unternehmen ist schwerpunktmäßig im Bereich Schaltschrankbau tätig. Von der Planung über das Engineering bis zur Inbetriebnahme vor Ort sind die 20 Mitarbeiter des Familienbetriebs international aktiv.

Vielfältige Anschlussmöglichkeiten an bestehende Leitungen

Ralph Kessler, Projektleiter und Teilinhaber der Späni Elektro-Mechanik AG, erklärt das einheitliche und automatisierte Abrechnungsverfahren: „In den Haushalten der Gemeinden werden spezielle Amis-Zähler angebracht. Die Geräte erfassen einerseits den individuellen Stromverbrauch und verfügen außerdem über eine M-Bus-Schnittstelle, mit der Fernwärme-, Gas- oder Wasserzähler automatisch ausgelesen werden können.“ Dazu kommuniziert der Amis-Zähler über den M-Bus mit dem jeweiligen Zähler, der sich z.B. von einer herkömmlichen Wasseruhr durch die Busschnittstelle und eine kleine Ableseeinheit unterscheidet und die Daten an das Amis-Netzwerkmanagement-Tool weiterleitet. Zunächst werden die Verbrauchsdaten via Powerline über das Elektrizitätsnetzwerk an die Trafohäuser jeder Gemeinde übermittelt, wo sie ein Datenkonzentrator in Ethernet-Telegramme umsetzt. Ralph Kessler: „Die Datenkonzentratoren sind ebenso Bestandteil des Amis-Informationssystems. Zur anschließenden Übertragung der Daten in ein übergeordnetes Kommunikationsnetzwerk verwenden wir die Lean Managed Switches und Gigabit Modular Switches aus der Produktfamilie Factoryline von Phoenix Contact.“ Nach der Umwandlung der einzelnen Verbrauchsdaten in Ethernet-Telegramme werden diese von den Lean Managed Switches an den Gigabit Modular Switch weitergeleitet, der in der Gemeinde als zentraler Switch fungiert. Aufgrund seines erweiterten Temperaturbereichs und der Anschlussmöglichkeiten an bestehende Singlemode-Glasfaserleitungen eignet sich der Lean Managed Switch zum Einsatz in den Trafohäusern.

Hohe Flexibilität durch variable Portzahl

Für den Gigabit Modular Switch haben sich die Verantwortlichen ebenfalls wegen der vielfältigen Anschlussvarianten entschieden. Weiterhin hat Ralph Kessler überzeugt, dass die Geräte je nach Bedarf mit der entsprechenden Anzahl an 100MBit/s-LWL-Ports bestellt werden können. Denn abhängig von der Anzahl der Haushalte ändert sich auch die Menge der benötigten LWL-Ports am Haupt-Switch. Mit dem modularen Gigabit Switch lässt sich diese Anforderung flexibel realisieren. Als industrielle Hutschienen-Komponente unterstützt der FL Switch GHS 12G/8 bis zu 28 Ports, wobei zwölf Ports eine Gigabit-Übertragung erlauben. Da der Gigabit Modular Switch zusätzlich über Port- und VLAN-basierte Routing-Funktionen verfügt, können maximal 28 Subnetze geroutet werden. Die fünf Gemeinden sind über einen Gigabit-LWL-Ring redundant angebunden. Darüber hinaus betreibt jede Gemeinde in ihrem Subnetz die Lean Managed Switches redundant über das gemäß IEEE 802.1w standardisierte Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP). „Die Durchgängigkeit des Switch-Portfolios war ein weiterer Grund, weshalb wir unsere Applikationen mit den Geräten aus dem Bereich Automation Infrastructure von Phoenix Contact umsetzen“, erzählt Ralph Kessler. Zudem zeichnen sich die Switches durch eine komfortable Vor-Ort-Diagnose aus. „Insbesondere wenn wir schnell Parameter abfragen möchten, erweist es sich als zeitsparend, dass die wesentlichen Einstellungen ohne Nutzung eines Notebooks auf dem in den FL Switch GHS 12G/8 integrierten Display abgelesen werden können“, so Kessler.

Fazit

In kurzer Zeit hat die Gemeinde Schübelbach über 400 Haushalte mit dem Verbrauchsdatenerfassungs- und Informationssystem ausgestattet. Die Mitarbeiter der kommunalen Versorgungsbetriebe merken bereits jetzt, wie komfortabel sich das Ablesen und Bedienen der Energieverbrauchszähler gestalten kann. Aufgrund der einfach zu konfigurierenden und zuverlässigen Ethernet-Komponenten aus dem Bereich Automation Infrastructure von Phoenix Contact sehen sie daher dem Ausbau in den übrigen Gemeinden zu einem umfangreichen Kommunikationsnetzwerk bis zum Jahr 2015 gelassen entgegen. Weil die Powerline-Übertragung vorhanden ist, zeigen sich die industrietauglichen Geräte als geeignet, um die erfassten Energiedaten hochperformant und Ethernet-basiert an die Gemeinde-Server weiterzuleiten. Dabei ist der modulare Gigabit Switch FL Switch GHS 12G/8 durch die verschiedenen Gigabit- und Fast-Ethernet-Anschlüsse flexibel einsetzbar. Ein installierter Layer-2-Switch lässt sich einfach und kostengünstig zu einem leistungsstarken Hutschienen-Router hochrüsten, der bis zu 28 Subnetze unterstützen kann.