1. Überblick

Der M-Bus ist ein europäisch genormter Zweidrahtbus (DIN EN 1434-3) für Verbrauchsmeßgeräte bzw. Energiezähler. Er ist auf die Belange im Bereich der Kommunen und der industriellen Energiedatenerfassung zugeschnitten. Diese Normung wurde in 2004 auch in China flächendeckend eingeführt.

2. Aufgaben

Der M-Bus ist ein hochstabiler und abhörsicherer Datenbus. Er ist für die Übertragung von Zählerstand, Durchfluß, Temperatur, Druck etc. des angeschlossenen Energiezählers konzipiert. Die Hochuth GmbH hat in enger Zusammenarbeit mit großen Industrieunternehmen die hohen technischen Anforderungen an die Feld-Hardware (Energiezähler, Umsetzer, etc.) optimiert und umgesetzt.

Durch effizienten Protokollaufbau und damit verbundenen physikalischen Bedingungen ist eine kostengünstige Verkabelung mit großer Reichweite und diversen Sicherheitsüberwachungen möglich.

Die kurze Reaktionszeit (ab 0,01sec) pro Anfrage ist für die Anforderungen im Bereich der elektronischen Energiezähler bereits als sehr hoch einzustufen. Diese Ablesezyklen ermöglichen eine EVU-synchrone Abrechnung bezogen auf Arbeit und Leistung.

Der M-Bus bietet derzeit die kostengünstigste und sicherste Variante für alle Bereiche der Zählerstandsübermittlung und hat sich als Marktführer auf diesem Segment seit Jahren etabliert.

3. Funktion

Die Zählerfernauslesung ist ein einfaches Abfrageverfahren zwischen Masterzentrale (PC mit ENDYS DRC Pegelwandler, Software MESSDAS ) und dem M-Bus Endgerät (Slave) im Netz, wobei nur die Masterzentrale Anfragen absetzen kann. Durch die eindeutige und unikate M-Bus Adresse (ID Zuordnung) jedes Endgerätes sind Kommunikationsfehler ausgeschlossen.

3.1 Elektrische Übertragungsregeln des M-Bus

Kommunikation Masterzentrale an Endgerät

Absenkung der M-Bus Spannung um 12 V (Spannungsmodulation).

Pegeldiagramm als Beispiel :

mbus 311.jpg

Durch die Spannungsmodulation und die dadurch vorhandene M-Bus Spannung von 24 V ist es möglich, die Endgeräte, wie z.B. Wasserzähler mit benötigten Betriebsspannung zu versorgen.

Kommunikation Endgerät an Masterzentrale

Die Endgeräte (Slave) antworten durch Erhöhung ihres Stromverbrauches (Strommodulation)

Ruhestrom < 1,5 mA (M-Bus Standardlast)
Pulsstrom = Ruhestrom + 11-20 mA
Die Strommodulation garantiert höchste StörsicherheitPegeldiagramm:

mbus 312.jpg

3.2 M-Bus Protokoll

Dem M-Bus Protokoll liegt das Protokoll nach IEC 870 zugrunde (Standard in der Fernwirktechnik).

3.3 Reichweite des M-Bus

Die Reichweite des M-Bus ist abhängig von:

  • der Netztopologie
  • Querschnitt und Länge des Kabels
  • Übertragungsgeschwindigkeit (Baudrate)
3.4.1 Übertragungsgeschwindigkeit

Die Übertragungsgeschwindigkeit beträgt 300 bis 9600 Baud (Bit pro Sek). Kommunikationszeit pro Endgerät 0,01 bis 0,4 Sekunden.

3.4.2 Installationsvorschriften

Bei der Verkabelung eines M-Bus Systemes muß keine vorgeschriebene Topologie (Kabelführung – Vernetzung) berücksichtigt werden (“Allesfresser”).

Der M-Bus ist verpolungssicher.

Pro Digital Remote Controller können bis zu 280 Endgeräte ausgelesen werden.

Zur Anbindung der Energiezähler bieten sich 2-Draht Leitungen aus dem
vorhandenen Telefonnetz oder dem IP Netzwerk zur kostengünstigen Übertragung an.

3.4.3 Lizenzgebühren

Es fallen keine Lizenzgebühren an.

3.4.4 Installationskosten

Sehr geringe Installationskosten, da ungeschirmte Standardkabel (z.B. Telefonkabel) verwendet werden können und keine Ansprüche an die Kabelführung gestellt werden..

4. Komponenten

Verfügbare M-Bus-ENDYS Komponenten:

ENDYS DRC, Digital Remote Controller als Pegelwandler (RS 232 auf M-Bus)

ENDYS DRC, Digital Remote Controller als Verstärker (M-Bus auf M-Bus)

ENDYS com test Handterminal für den Netzbetrieb

ENDYS Module RS (Umsetzer S0, Reed Impuls auf M-Bus), AN, ANI, ST, S010

ENDYS Energiezähler mit integrierter M-Bus Schnittstelle für Strom, Erdgas, Wärme, Wasser, Druckluft, Dampf, etc.

5. Begriffsdefinition M-Bus

Adressierung
gezieltes Ansprechen eines oder einer Gruppe von Geräten (Zähler).

CEN TC 176 WG 4
Bezeichnung des europäischen Normungsausschusses für den M-Bus.

M-Bus
Abkürzung für Meter-Bus (engl. Meter = Meßgerät/Zähler), d.h. M-Bus = Zähler-Bus. Der M-Bus ist ein auf die Übertragung von Zählerständen spezialisierter Bus.

Protokoll (M-Bus)
Definierte Datenstruktur für die Kommunikation. Diese Datenstruktur unterteilt sich in einen sog. Rahmen und die Informationsdaten.
Der Rahmen enthält Informationen wie Zieladresse, Befehl (wie sollen die übertragenen Daten verwendet werden) und Datenschutzmechanismen (um eine hohe Übertragungssicherheit zu gewährleisten).
Bei den Informationsdaten unterscheidet man zwei Arten:
1. Genormter Datensatz, den alle Zähler übermitteln können, dieser beinhaltet Zählerstand (mit Medium und Einheit), Zählerzustand (Fehler) und Absender (Zählernummer)

2. Herstellerspezifische Daten, nur der Hersteller kennt das Entschlüsselungsverfahren und die Bedeutung der Daten; wird z. B. zur Parametrierung verwendet.

Repeater (DRC)
(engl. repeat = wiederholen) Verstärker zur Signalaufbereitung (Booster ) im Netz. bei großen Kabellängen (mehrere km)

Pegelwandler (DRC)
Schnittstellenkonverter zwischen RS 232 C (V 24) und M-Bus

Topologie
Art und Weise der Kabelführung bei der Businstallation
(z. B. Linie, Ring, Stern oder Mischformen). Beim M-Bus sind Linie, Stern und jede denkbare Mischform möglich.

6. Info zum M-Bus Netzaufbau

Die maximale Anzahl der Endgeräte, die an einen M-Bus Kanal anschließbar sind, ist im wesentlichen von folgenden Parametern abhängig :

  • Topologie ( Bus-Strukturen )
  • Querschnitt und Länge des Kabels
  • Sendestrom der Endgeräte
  • Baudrate 2400 bis max. 9600

Topologie
Messungen haben gezeigt, daß die Bustopologie einen wesentlichen Einfluß auf die erzielten Ergebnisse hat. Allgemein gilt, daß eine Sternstruktur (Pegelwandler als Mittelpunkt, Abb. 1a) einer Baumstruktur (Abb. 1b) und diese einem linearen Aufbau (Abb. 1c) vorzuziehen ist.

mbus 6 topo.jpg

Abb. 2.1: Beispiele für Bus-Strukturen ( Repeater=Pegelwandler )

Kabel (Empfohlen wird min. JYSTY Nx2x0,8 mm = 0,5mm²)

Das verwendete Kabel besitzt eine bestimmte Kapazität und einen bestimmten Widerstand (siehe oben), die einen Einfluß auf den Betrieb des Busses ausüben.

Der resistive Einfluß des Kabels besteht darin, daß an der Leitung Spannung abfällt, die somit nicht mehr zur Versorgung des Busses zur Verfügung steht. Die Spannung an den Endgeräten, darf weder beim Senden des Masters zum Slave, noch in umgekehrter Richtung weniger als 12V betragen, um eine ausreichende Spannungsversorgung des TSS721 zu gewährleisten. Entscheidend ist hierbei der längste Zweig eines Netzes, dessen Länge im folgenden als resistive Kabellänge bezeichnet wird. Der entsprechende Zweig ist in den Abbildungen fett gezeichnet.

Die Kapazität des Kabels führt zu Signalverzerrungen bei der Datenübertragung, da die Anstiegsgeschwindigkeiten der steigenden und fallenden Flanke verzögert werden. Einfluß nimmt das gesamte Kabel, auch der resistive Zweig. Entscheidend ist aber auch hier die Struktur des Netzes. Ersetzt man zum Beispiel einen 3 km langen Zweig eines Netzes (Abb. 2, Aufbau 1) durch zwei 1,5 km lange Zweige (Abb. 2, Aufbau 2), so erhält man eine Signalverbesserung. Die Gesamtausdehnung des Netzes wird als kapazitive Kabellänge bezeichnet.

Sendestrom der Endgeräte
M-Bus Endgeräte müssen mit einem Sendestrom zwischen 11 mA und 20 mA arbeiten. Die durch die Kapazität des Kabel verursachten Signalverzerrungen wirken sich bei verschieden Sendeströmen unterschiedlich aus.
Bei geringen Sendeströmen besteht das Problem darin, daß ein aktiver Zustand zu kurz und damit nicht als Bit erkannt wird, während bei hohen Sendeströmen ein aktives Bit zu lange gesehen und damit als zwei Bits interpretiert werden kann.

mbus 6 topo 2.jpg

Abb.2.2: Unterschiedliche Topologien bei gleicher Gesamtkabellänge (Repeater = Pegelwandler)