RS485 Modbus-RTU – effiziente Vernetzung von Messgeräten

Erfolgreiche Gerätekommunikation mit RS485 Modbus-RTU

Möchte man Energieverbrauchsdaten einfach und effizient verwalten und zu diesem Zweck Messgeräte miteinander verbinden, muss über Schnittstellen ein Kommunikationsnetzwerk aufgebaut werden. Die RS485-Schnittstelle (RS steht für Recommended Standard) ist ein Standard-Bussystem, das besonders häufig in der Messtechnik und Gebäudetechnik angewendet wird. Es dient innerhalb der Energieverbrauchsdatenerfassung als Kommunikationsschnittstelle zur Datenübertragung von Zählerständen und ist eine bewährte und zuverlässige Option, um Messdaten kontinuierlich zu erfassen.

Während die RS485-Schnittstelle das elektrische Level definiert, über das die Messgeräte miteinander verbunden sind, sorgt das Modbus-RTU-Protokoll dafür, dass Informationen miteinander ausgetauscht werden. RTU steht für Remote Terminal Unit und beruht auf einer Master-Slave-Konfiguration. Hierbei werden über den Modbus die Daten der Messgeräte von einer zentralen Stelle aus abgerufen – denn die serielle Kommunikation des Masters kann über RS485 Modbus-RTU nicht nur mit einem Zähler, sondern gleich mit mehreren aufgebaut werden.

Die RS485-Schnittstelle

RS485 ist eine geläufige und vielseitig einsetzbare Methode zur Kommunikation zwischen elektronischen Geräten. Anders als bei der Vorgänger-Schnittstelle RS232 kann über RS485 ein Kommunikationsnetzwerk mit mehreren Geräten aufgebaut werden. In der Regel lassen sich bis zu 32 Messgeräte miteinander verbinden. Durch den Einsatz eines Repeaters können Sie die Anzahl zusätzlich auf bis zu 128 Module erhöhen. Verbesserungen bei RS485 führen außerdem dazu, dass mehr Informationen in einer zusätzlich schnelleren Übertragungsrate übermittelt werden. Zugleich bewährt sich eine Implementierung der Schnittstelle dadurch, dass sich mit ihr sogar industrielle Anwendungen in großen Einsatzgebieten miteinander verbinden lassen. In der Regel beträgt die Übertragungsdistanz bis zu 1.200 Meter, sodass der Datenaustausch auch über weite Strecken hinweg gelingt. Die binäre Datenübertragung geschieht über eine verdrillte Leitung und zur Datenfernübertragung werden an den Leitungsenden Abschlusswiderstände verwendet. Die kurzschlussfesten Ausgänge verhindern Defekte der Sender.

Das Modbus-RTU-Protokoll

RS485 wird vorwiegend in Verbindung mit einem Modbus-RTU-Protokoll verwendet. Über das Modbus-Protokoll tauschen die Geräte innerhalb des Netzwerkes ihre Informationen aus. Modbus-Implementierungen basieren auf einem Master-Slave-System. Auf diese Weise kann über eine zentrale Stelle, den Master, auf die einzelnen Energiezähler, die Slaves, zugegriffen und deren Informationen ausgelesen werden. Wird von einem Master eine Anfrage gesendet, antwortet der entsprechende Slave mithilfe seiner individuellen Server-ID-Kennzeichnung. Eindeutig zugeordnete Geräteadressen sind damit besonders wichtig, wenn mehrere Slaves im RS485-Netzwerk angeschlossen sind und eine passgenaue Identifizierung der Verbrauchszähler notwendig wird. Eine effiziente Datenerfassung über das Modbus-RTU-Protokoll kann also nur dann erfolgreich gelingen, wenn die einzelnen Messgeräte-IDs korrekt konfiguriert sind. Zusätzlich müssen die eingebundenen Geräte beim Modbus auf der gleichen Baudrate miteinander kommunizieren, also auf der gleichen Datenübertragungsgeschwindigkeit laufen.

Moderne Energiezähler mit RS486 Modbus-RTU-Schnittstelle bei EMU Metering

Will man bei der technischen Ausstattung für die Erfassung und Auswertung von Verbrauchsdaten auf Expertise und Know-how setzen, führt an Erfahrungswerten kaum ein Weg vorbei. Für Energiezähler mit integrierter RS485 Modbus-RTU-Schnittstelle finden sich mit den Zählern der Reihe EMU Professional II hochwertige Komponenten für moderne Messsysteme. Mit den Energiezählern lassen sich seriell unterschiedliche Werte wie die folgenden auslesen:

• ✓ Wirk- und Blindenergie
  ✓ Strom
  ✓ Spannungen inklusive Min./Max.-Werten
  ✓ Leistungsfaktor
  ✓ Netzfrequenz

Zusätzlich können die Zähler ihre Daten über den Modbus auf unterschiedlichen Baudraten übertragen, ihre maximale Rate liegt bei 115'200 Baud. Die Informationen werden dabei in binärer Form über eine verdrillte Leitung übermittelt. Allen Geräten der Reihe EMU Professional II ist gemein, dass die Auslesemodule sicher in den Zählern verbaut sind, sodass sie erfolgreich vor Verschmutzung und Manipulation geschützt sind.

Weitere Schnittstellen zur Verbrauchsdatenerfassung bei EMU Metering

Die Möglichkeiten bei der Einrichtung effizienter und intelligenter Messsysteme sind vielfältig. Wer nicht auf RS485 Modbus-RTU setzen möchte oder kann, findet bei EMU weitere ausgereifte Hard- und Software, mit der sich Energieverbräuche transparent überwachen und darlegen lassen. Bei unseren modernen Energiezählern können Sie neben RS485 Modbus-RTU zwischen den folgenden Ausleseschnittstellen wählen:

• M-Bus
  
• TCP/IP: Modbus-TCP, MQTT, http-Get API, DHCP, NTP
• KNX
• LON
• LoRa

Auch wenn die Auslesemodule bei dem EMU Professional II variieren können, bleibt einiges beständig: Die Geräte besitzen eine MID-Zulassung für Abrechnungszwecke, eignen sich zur Kostenstellenabrechnung, Leistungsüberwachung oder Drittmengenabgrenzung und lassen sich darüber hinaus im Zuge eines Energiemanagements gemäß ISO 50001 verwenden.

Qualität und Erfahrung von EMU Metering

Anbieter für die technische Ausstattung eines modernen und effizienten Energiemanagements gibt es viele. Warum es sich lohnt, auf die Produkte von EMU zu setzen? Weil wir nicht erst seit kurzem den Wert nachhaltigen Energiecontrollings kennen. Bereits vor über 30 Jahren entwickelte die Schweizer EMU Electronics AG den weltweit ersten Stromzähler mit Blockchain Technologie. Damit sorgt EMU sowohl für Datenintegrität als auch die zuverlässige Erfassung und Speicherung wichtiger Messdaten.

Auf unseren Erfolgen ruhen wir uns dabei keineswegs aus: Innovationsgeist und technischer Fortschritt sind Antriebsfedern, mit denen wir die Bausteine für eine erfolgreiche Datenerfassung unserer Produkte immer weiter optimieren. Dabei haben wir unser Ziel stets vor Augen: modernes und effizientes Energiemanagement, mit dem sich Verbräuche intelligent erfassen und abrechnen lassen. Und das alles in geprüfter Qualität – Made in Switzerland.

FAQ

Modbus-RTU-Slave – was genau ist das?

Ein Modbus-RTU-Slave ist ein Gerät, welches das Modbus-RTU-Protokoll verwendet, um seine gesammelten Daten an ein anderes zentrales Gerät (den Master) weiterzugeben. Damit die aufgezeichneten Daten einem spezifischen Slave zugeordnet werden können, kann dieser über eine eindeutige Geräteadresse identifiziert werden. Der Informationsaustausch mit den Slaves geht dabei nicht von diesen selbst aus, vielmehr reagieren sie auf die entsprechenden Abfragen des Masters.

Wie agiert ein Master beim Informationsaustausch?

Der Master fragt die gesammelten Daten der Slaves ab. Da es sich um eine serielle Abfrage handelt, kann der Master zur gleichen Zeit immer nur einen Slave auslesen. Für den Informationsaustausch steuert er die spezifische Geräteadresse des Messzählers an, welcher, bei korrektem Ablauf, die Abfrage des Masters bestätigt. Mit dem Senden eines Funktionscodes gibt der Master die Parameter des Befehls weiter und empfängt und verarbeitet die angefragten Daten. Ist bei dem Befehl ein Fehler aufgetreten, wird über den Slave ein entsprechender Fehlercode gesendet.

Was sind die Mindestanforderungen für die Verwendung von RS485 Modbus-RTU?

Für die Verwendung des Protokolls werden mindestens zwei Geräte benötigt, ein Master und ein Slave, die seriell miteinander verbunden sind. Bei der Implementierung muss selbstverständlich darauf geachtet werden, dass beide Geräte das Modbus-RTU-Protokoll unterstützen. Für eine fehlerfreie Kommunikation muss zusätzlich gewährleistet sein, dass die Versorgungsspannung der einzelnen Busteilnehmer nicht zu stark voneinander abweicht. Um große Potenzialdifferenzen und Störungen bei der Übertragung zu vermeiden, bietet sich eine galvanische Trennung der Schnittstelle mit der Versorgungsspannung an.

Was ist der Unterschied zwischen Modbus-RTU und Modbus-ASCII?

Modbus-RTU nutzt für den Informationsaustausch binäre Daten, die in hexadezimalen Formaten übertragen werden, sowie eine CRC-Fehlerprüfung. Modbus-ASCII beruht auf der weniger effizienten, aber besser lesbaren Übermittlung von ASCII-Zeichen. Die Fehlerprüfung der beiden Modi unterscheidet sich dahingehend, dass Modbus-ASCII die im Vergleich schwächere LCR-Methode verwendet. Durch die Unterschiede der beiden Kommunikationsprotokolle ist hervorzuheben, dass sie nicht miteinander kompatibel sind. Für die serielle Abfrage von Messständen via Modbus muss darauf geachtet werden, dass ein einheitliches Kommunikationsprotokoll angewendet wird.