Was Wireless M-Bus leistet

Verbrauchserfassung leicht gemacht

Intelligente Messsysteme in Gebäuden sollen möglichst kostengünstig und unkompliziert installiert oder nachgerüstet werden können. Als Kommunikationsprotokoll für die Datenübertragung zwischen Stromzähler und Gateway hat sich M-Bus, insbesondere in der Wireless-Variante, etabliert. Passende Stromzähler dafür bietet Carlo Gavazzi mit der Serie EM24 W1 an.
Der OMS-zertifizierte Energiezähler EM24 W1 von Carlo Gavazzi ermöglicht die Verwendung in wM-Bus-Infrastrukturen mit weiteren OMS-zertifizierten Komponenten.
Der OMS-zertifizierte Energiezähler EM24 W1 von Carlo Gavazzi ermöglicht die Verwendung in wM-Bus-Infrastrukturen mit weiteren OMS-zertifizierten Komponenten.Bild: Carlo Gavazzi GmbH

Mit dem Messstellenbetriebsgesetz (MsbG) sind die Stromzähler in Gebäuden in den Fokus von Energiedienstleistern, Gebäudemanagern und Verbrauchern gerückt. Das MsbG ist Bestandteil des im Jahr 2016 in Kraft getretenen und 2021 geänderten Gesetzes zur Digitalisierung der Energiewende, das den Aufbau eines intelligenten Stromnetzes vorantreiben soll. Es verpflichtet Verbraucher in Haushalt und Gewerbe mit einem Jahresverbrauch von über 6.000kWh seit 2020 zum Einbau eines intelligenten Messsystems oder auch Smart Meters.

Stromzähler als Basis-Komponente

Die Basisarbeit für ein intelligentes Messsystem leistet der digitale Stromzähler, auch als moderne Messeinrichtung (mME) bezeichnet. Im Unterschied zum herkömmlichen analogen Ferraris-Zähler, der den Zählerstand anzeigt, machen die modernen Energiezähler mit elektronischem Messwerk und digitaler Anzeige Parameter wie Energieverbrauch und Nutzungszeit verfügbar. Teil des intelligenten Messsystems und Datenübermittler auf dessen unterster Ebene wird der Energiezähler jedoch erst durch die Verbindung mit einem Smart-Meter-Gateway. Das Gateway sammelt die Daten von mehreren Zählern, nicht nur für Strom, sondern gegebenenfalls auch für Gas, Wärme oder Wasserverbrauch, und überträgt sie, z.B. zu Abrechnungszwecken, an weitere Instanzen. Für die Datenübermittlung an das Gateway bzw. den Datenaustausch mit dem Gateway muss der Energiezähler über eine Kommunikationsfunktion verfügen. Grundsätzlich können die beiden Funktionen Messen und Kommunikation in ein Gerät integriert oder aber auf zwei Geräte aufgeteilt sein, die über eine drahtgebundene Verbindung wie M-Bus oder Modbus RTU oder ein proprietäres Protokoll verbunden sind. Die Kommunikation zwischen Stromzähler und Gateway hingegen kann drahtgebunden oder drahtlos realisiert werden. Wegen des geringeren Installationsaufwandes wird öfters eine drahtlose Funkverbindung für das Energiemanagement oder für die Zuweisung von Kostenstellen bevorzugt. Dies tritt sowohl bei der Nachrüstung von privaten oder kommerziellen Gebäuden als auch in der Industrie ohne festinstalliertes Kommunikationsnetz auf.

Große Auswahl an Funk-Technologien

Der Energiezähler EM24 W1 vereint die Funktionen Messen und Kommunikation in einem Gehäuse.
Der Energiezähler EM24 W1 vereint die Funktionen Messen und Kommunikation in einem Gehäuse.Bild: Carlo Gavazzi GmbH

Für die drahtlose Kommunikation bietet der Markt eine Vielzahl von Technologien, von Wi-Fi und Bluetooth über Mobilfunk bis zu LoRaWAN und NB-IoT. Da für den Einsatzbereich der Übertragung von Messdaten Anforderungen wie kostengünstige Installation, geringe Betriebskosten und geringer Stromverbrauch, eine große Übertragungsreichweite und die Möglichkeit zum Anschluss einer Vielzahl von Messgeräten mehr Gewicht haben als eine hohe Kommunikationsgeschwindigkeit, hat sich angesichts der anwendungstypisch kleinen zu übertragenden Datenmengen der drahtlose M-Bus oder auch Wireless M-Bus als praktikabel für die Fernauslesung von Verbrauchsmessgeräten erwiesen.

Was Wireless M-Bus leistet

Von der technischen Seite her ist M-Bus ein von der europäischen Norm EN 13757 beschriebenes mehrteiliges Kommunikationsprotokoll. Der Standard EN 13757-4 bezieht sich auf die Fernauslesung von Verbrauchszählern und Sensoren für den Wireless M-Bus (wM-Bus); er beschreibt unterschiedliche Varianten der drahtlosen M-Bus-Kommunikation für Zähler und deckt alle Arten der Kommunikation mit Zählern ab. Dazu gehören auch die mobilen Auslesemodi Walk-by und Drive-by, bei denen Bedienpersonal ein mobiles Gateway-Gerät in den Bereich der Zähler bringt, sowie stationäre Auslesemodi mit fest installierten und in der Regel mit dem Internet verbundenen Gateways im Bereich der Signalreichweite. Mittels stationärer Auslesemodi können Nutzer auf Verbrauchsdaten und Trends in Echtzeit zugreifen als Grundlage für Energieeffizienzmaßnahmen. Weiterhin definiert EN 13757-4 unidirektionale und bidirektionale Übertragungsmodi, Letztgenannte relevant im Zusammenhang mit der Vernetzung von Stromerzeugern und Stromverbrauchern über ein intelligentes Netz (Smart Grid).

All-in-One-Stromzähler

Neben Geräten mit von außen unsichtbarer Antenne ist optional eine Version des Energiezählers mit einer externen Antenne für die Montage des Energiezählers in Kellerräumen verfügbar.
Neben Geräten mit von außen unsichtbarer Antenne ist optional eine Version des Energiezählers mit einer externen Antenne für die Montage des Energiezählers in Kellerräumen verfügbar.Bild: Carlo Gavazzi GmbH

Für die drahtlose Kommunikation zwischen Verbrauchszähler und Gateway hat Carlo Gavazzi in der Baureihe der Energiezähler EM24 die Version EM24 W1 ergänzt. Als All-in-One-Lösung integriert sie die Funktionen Messen und drahtlose M-Bus-Kommunikation in einem 4 TE breiten Gehäuse. Das Gerät für DIN-Schienenmontage misst den Energieverbrauch und die Hauptversorgungsmessgrößen bei ein- und dreiphasigen Lasten oder dreiphasigen Lasten mit Neutralleiter. Für die Installation stehen ein EM24 für Direktmessung bis maximal 65A oder ein EM24 mit Messeingängen für 5A-Stromwandler zur Auswahl. Die MID-Zertifizierung stellt die Verwendbarkeit für das fiskalische Messwessen und die verbrauchsabhängige anteilige Erfassung (Submetering) sicher. Die Datenübertragung erfolgt gemäß den europäischen Vorschriften Radio Equipment Directive (RED) mit einer Signalreichweite von bis zu 50m bis 100m in realen Anwendungen. Das Übertragungsintervall kann auf Abstände zwischen 10sec und 60min eingestellt werden. Der Stromzähler ist ausgestattet mit einem Wahlschalter für die MID-Versiegelung sowie einem Konfigurations-Joystick und einem LCD-Display für die zeitsparende Einstellung. Anzeigen lassen sich ein Messungs- und Informationsmenü mit Messungsseiten, Informationen über die programmierten Parameter und dem Firmware-Release und über das Einstellungsmenü werden die Parameter eingestellt. Damit die Vertraulichkeit von Daten gewährleistet ist und nur berechtigte Parteien auf die Daten zugreifen können, kann eine Datenverschlüsselung für drahtlose M-Bus-Kommunikation aktiviert werden. Der Schlüssel ist eindeutig mit jedem Gerät assoziiert und im Lieferumfang enthalten. Die Antenne für die drahtlose Kommunikation ist von außen unsichtbar ins Gerät integriert. Optional wird eine Version mit einer externen Antenne angeboten, wenn der Energiezähler beispielsweise in Metallschränken oder in Kellerräumen montiert wird.

Kompatibel mit Drittanbieter-Gateways

Da es sich bei EN 13757 um einen offenen Standard handelt, hat die OMS Group, eine Interessengemeinschaft von Verbänden und Unternehmen aus dem Bereich des abrechnungsorientierten Zählwesens, Spezifikationen für die Kompatibilität zwischen Geräten verschiedener Anbieter ergänzt. EM24 W1 ist OMS-zertifiziert und daher kompatibel nicht nur mit Gateways von Carlo Gavazzi wie dem SIU-MBM-02, sondern auch von Drittanbietern, die ebenfalls OMS-zertifiziert sind. Das Gateway SIU-MBM-02 von Carlo Gavazzi erfasst bis zu 30 drahtgebundene und 32 Wireless M-Bus-Geräte und verbindet sie mit dem Datenlogger und Webserver UWP 3.0. Die Konfiguration des Gateways und die Integration der Messgeräte erfolgt mit der von Carlo Gavazzi kostenlos zur Verfügung gestellten Software UCS (Universal Configuration Software).

Fazit

Wireless M-Bus bietet Vorteile für sämtliche Gruppen von Versorgungsunternehmen und Abrechnungsdienstleistern über Planer und Monteure bis zu den Endnutzern, die mit dem Einsatz von Stromzählern nach dem Messstellenbetriebsgesetz befasst sind. Mit dem EM24-W1-Stromzähler verfügen Energiedienstleister und Gebäudemanager über die Basis-Komponente für die einfache und kostengünstige Implementierung eines kabellosen wM-Bus-Funksystems zur Erfassung des Energieverbrauches.

Autor | Michael Schultze, Marketing Manager, Carlo Gavazzi GmbH

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Der OMS-zertifizierte Energiezähler EM24 W1 von Carlo Gavazzi ermöglicht die Verwendung in wM-Bus-Infrastrukturen mit weiteren OMS-zertifizierten Komponenten.
Der OMS-zertifizierte Energiezähler EM24 W1 von Carlo Gavazzi ermöglicht die Verwendung in wM-Bus-Infrastrukturen mit weiteren OMS-zertifizierten Komponenten.Bild: Carlo Gavazzi GmbH

Mit dem Messstellenbetriebsgesetz (MsbG) sind die Stromzähler in Gebäuden in den Fokus von Energiedienstleistern, Gebäudemanagern und Verbrauchern gerückt. Das MsbG ist Bestandteil des im Jahr 2016 in Kraft getretenen und 2021 geänderten Gesetzes zur Digitalisierung der Energiewende, das den Aufbau eines intelligenten Stromnetzes vorantreiben soll. Es verpflichtet Verbraucher in Haushalt und Gewerbe mit einem Jahresverbrauch von über 6.000kWh seit 2020 zum Einbau eines intelligenten Messsystems oder auch Smart Meters.

Stromzähler als Basis-Komponente

Die Basisarbeit für ein intelligentes Messsystem leistet der digitale Stromzähler, auch als moderne Messeinrichtung (mME) bezeichnet. Im Unterschied zum herkömmlichen analogen Ferraris-Zähler, der den Zählerstand anzeigt, machen die modernen Energiezähler mit elektronischem Messwerk und digitaler Anzeige Parameter wie Energieverbrauch und Nutzungszeit verfügbar. Teil des intelligenten Messsystems und Datenübermittler auf dessen unterster Ebene wird der Energiezähler jedoch erst durch die Verbindung mit einem Smart-Meter-Gateway. Das Gateway sammelt die Daten von mehreren Zählern, nicht nur für Strom, sondern gegebenenfalls auch für Gas, Wärme oder Wasserverbrauch, und überträgt sie, z.B. zu Abrechnungszwecken, an weitere Instanzen. Für die Datenübermittlung an das Gateway bzw. den Datenaustausch mit dem Gateway muss der Energiezähler über eine Kommunikationsfunktion verfügen. Grundsätzlich können die beiden Funktionen Messen und Kommunikation in ein Gerät integriert oder aber auf zwei Geräte aufgeteilt sein, die über eine drahtgebundene Verbindung wie M-Bus oder Modbus RTU oder ein proprietäres Protokoll verbunden sind. Die Kommunikation zwischen Stromzähler und Gateway hingegen kann drahtgebunden oder drahtlos realisiert werden. Wegen des geringeren Installationsaufwandes wird öfters eine drahtlose Funkverbindung für das Energiemanagement oder für die Zuweisung von Kostenstellen bevorzugt. Dies tritt sowohl bei der Nachrüstung von privaten oder kommerziellen Gebäuden als auch in der Industrie ohne festinstalliertes Kommunikationsnetz auf.

Große Auswahl an Funk-Technologien

Der Energiezähler EM24 W1 vereint die Funktionen Messen und Kommunikation in einem Gehäuse.
Der Energiezähler EM24 W1 vereint die Funktionen Messen und Kommunikation in einem Gehäuse.Bild: Carlo Gavazzi GmbH

Für die drahtlose Kommunikation bietet der Markt eine Vielzahl von Technologien, von Wi-Fi und Bluetooth über Mobilfunk bis zu LoRaWAN und NB-IoT. Da für den Einsatzbereich der Übertragung von Messdaten Anforderungen wie kostengünstige Installation, geringe Betriebskosten und geringer Stromverbrauch, eine große Übertragungsreichweite und die Möglichkeit zum Anschluss einer Vielzahl von Messgeräten mehr Gewicht haben als eine hohe Kommunikationsgeschwindigkeit, hat sich angesichts der anwendungstypisch kleinen zu übertragenden Datenmengen der drahtlose M-Bus oder auch Wireless M-Bus als praktikabel für die Fernauslesung von Verbrauchsmessgeräten erwiesen.

Was Wireless M-Bus leistet

Von der technischen Seite her ist M-Bus ein von der europäischen Norm EN 13757 beschriebenes mehrteiliges Kommunikationsprotokoll. Der Standard EN 13757-4 bezieht sich auf die Fernauslesung von Verbrauchszählern und Sensoren für den Wireless M-Bus (wM-Bus); er beschreibt unterschiedliche Varianten der drahtlosen M-Bus-Kommunikation für Zähler und deckt alle Arten der Kommunikation mit Zählern ab. Dazu gehören auch die mobilen Auslesemodi Walk-by und Drive-by, bei denen Bedienpersonal ein mobiles Gateway-Gerät in den Bereich der Zähler bringt, sowie stationäre Auslesemodi mit fest installierten und in der Regel mit dem Internet verbundenen Gateways im Bereich der Signalreichweite. Mittels stationärer Auslesemodi können Nutzer auf Verbrauchsdaten und Trends in Echtzeit zugreifen als Grundlage für Energieeffizienzmaßnahmen. Weiterhin definiert EN 13757-4 unidirektionale und bidirektionale Übertragungsmodi, Letztgenannte relevant im Zusammenhang mit der Vernetzung von Stromerzeugern und Stromverbrauchern über ein intelligentes Netz (Smart Grid).

All-in-One-Stromzähler

Neben Geräten mit von außen unsichtbarer Antenne ist optional eine Version des Energiezählers mit einer externen Antenne für die Montage des Energiezählers in Kellerräumen verfügbar.
Neben Geräten mit von außen unsichtbarer Antenne ist optional eine Version des Energiezählers mit einer externen Antenne für die Montage des Energiezählers in Kellerräumen verfügbar.Bild: Carlo Gavazzi GmbH

Für die drahtlose Kommunikation zwischen Verbrauchszähler und Gateway hat Carlo Gavazzi in der Baureihe der Energiezähler EM24 die Version EM24 W1 ergänzt. Als All-in-One-Lösung integriert sie die Funktionen Messen und drahtlose M-Bus-Kommunikation in einem 4 TE breiten Gehäuse. Das Gerät für DIN-Schienenmontage misst den Energieverbrauch und die Hauptversorgungsmessgrößen bei ein- und dreiphasigen Lasten oder dreiphasigen Lasten mit Neutralleiter. Für die Installation stehen ein EM24 für Direktmessung bis maximal 65A oder ein EM24 mit Messeingängen für 5A-Stromwandler zur Auswahl. Die MID-Zertifizierung stellt die Verwendbarkeit für das fiskalische Messwessen und die verbrauchsabhängige anteilige Erfassung (Submetering) sicher. Die Datenübertragung erfolgt gemäß den europäischen Vorschriften Radio Equipment Directive (RED) mit einer Signalreichweite von bis zu 50m bis 100m in realen Anwendungen. Das Übertragungsintervall kann auf Abstände zwischen 10sec und 60min eingestellt werden. Der Stromzähler ist ausgestattet mit einem Wahlschalter für die MID-Versiegelung sowie einem Konfigurations-Joystick und einem LCD-Display für die zeitsparende Einstellung. Anzeigen lassen sich ein Messungs- und Informationsmenü mit Messungsseiten, Informationen über die programmierten Parameter und dem Firmware-Release und über das Einstellungsmenü werden die Parameter eingestellt. Damit die Vertraulichkeit von Daten gewährleistet ist und nur berechtigte Parteien auf die Daten zugreifen können, kann eine Datenverschlüsselung für drahtlose M-Bus-Kommunikation aktiviert werden. Der Schlüssel ist eindeutig mit jedem Gerät assoziiert und im Lieferumfang enthalten. Die Antenne für die drahtlose Kommunikation ist von außen unsichtbar ins Gerät integriert. Optional wird eine Version mit einer externen Antenne angeboten, wenn der Energiezähler beispielsweise in Metallschränken oder in Kellerräumen montiert wird.

Kompatibel mit Drittanbieter-Gateways

Da es sich bei EN 13757 um einen offenen Standard handelt, hat die OMS Group, eine Interessengemeinschaft von Verbänden und Unternehmen aus dem Bereich des abrechnungsorientierten Zählwesens, Spezifikationen für die Kompatibilität zwischen Geräten verschiedener Anbieter ergänzt. EM24 W1 ist OMS-zertifiziert und daher kompatibel nicht nur mit Gateways von Carlo Gavazzi wie dem SIU-MBM-02, sondern auch von Drittanbietern, die ebenfalls OMS-zertifiziert sind. Das Gateway SIU-MBM-02 von Carlo Gavazzi erfasst bis zu 30 drahtgebundene und 32 Wireless M-Bus-Geräte und verbindet sie mit dem Datenlogger und Webserver UWP 3.0. Die Konfiguration des Gateways und die Integration der Messgeräte erfolgt mit der von Carlo Gavazzi kostenlos zur Verfügung gestellten Software UCS (Universal Configuration Software).

Fazit

Wireless M-Bus bietet Vorteile für sämtliche Gruppen von Versorgungsunternehmen und Abrechnungsdienstleistern über Planer und Monteure bis zu den Endnutzern, die mit dem Einsatz von Stromzählern nach dem Messstellenbetriebsgesetz befasst sind. Mit dem EM24-W1-Stromzähler verfügen Energiedienstleister und Gebäudemanager über die Basis-Komponente für die einfache und kostengünstige Implementierung eines kabellosen wM-Bus-Funksystems zur Erfassung des Energieverbrauches.

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