Ohne Umwege in die Cloud

Auch wenn sich die Energiepreise mittlerweile weitgehend stabilisiert haben, bleibt Energiesparen vor dem Hintergrund der Energiewende das Gebot der Stunde. Die Grundlage für die Optimierung bilden Verbrauchszähler für Strom, Wasser, Wärme und Gas, die über den Feldbus M-Bus fernausgelesen werden können. Damit die Kommunikation zwischen Zähler und Netzwerk reibungslos funktioniert, braucht es sogenannte Pegelwandler – wie die der ostwestfälischen STV Electronic GmbH.

Die Energieversorgung von großen Liegenschaften wie Büro- und Fabrikgebäuden oder Krankenhäusern ist mit jener im privaten Haushalt nicht zu vergleichen. Zahlreiche Verbrauchszähler erfassen den Bedarf, sie geben einen Einblick in Optimierungspotenziale, wie sie spätestens seit der Energiekrise vor einigen Jahren immer häufiger Thema sind. Um die Zählerdaten für Wasser, Wärme, Strom und Co. zentral und übersichtlich auslesen zu können, braucht es die passende Infrastruktur. Im Gebäudemanagement hat sich vor allem der Feldbus M-Bus – kurz für „Meter“-Bus – etabliert. Der Begriff ist dabei keinesfalls als Längeneinheit zu verstehen, sondern als englische Übersetzung des Wortes „Zähler“. Seit der Entwicklung im Jahr 1992 hat das Protokoll in der Gebäudeverwaltung stets an Bedeutung gewonnen. Der M-Bus ermöglicht die Kommunikation zwischen den Verbrauchszählern und den zentralen Steuerungseinheiten, ist damit ein wichtiger Baustein in der Energieversorgung großer Liegenschaften. Mit der Forderung nach mehr Nachhaltigkeit und Effizienz nimmt die Bedeutung künftig noch weiter zu: Nach Zahlen des Umweltbundesamts [1] könnte der deutsche Endenergieverbrauch bis 2035 um 15 Prozent im Vergleich zu 2022 sinken, mit zusätzlichen Anstrengungen könnten es bis zu 21 Prozent sein. Das geht allerdings nicht ohne eine zuverlässige Datenlage: Für eine sichere Verbrauchsdatenerfassung braucht es die passende Hardware in M-Bus-Netzwerken, wie sie die STV Electronic GmbH anbietet. Eine wichtige Rolle spielen die Pegelwandler des Unternehmens, die die Zählerdaten der Sensoren und die Steuerung der Aktoren im M-Bus-Netzwerk über die serielle und Ethernet-Schnittstelle verbinden.

M-Bus bietet Anwendern zahlreiche Vorteile im Gebäudemanagement. Energiemanager fragen Zählerdaten über den Feldbus in kurzen Zeitintervallen über eine einfache Zweidrahtleitung ab. Die Installation des M-Busses mit zwei „Klingeldrähten“ ist kostengünstig und der Anschluss verpolungssicher, was die Installation vereinfacht. Der Bus liefert den Strom für die Elektronik im Zähler zudem direkt mit. Die verbauten Geräte sind preiswert, auch große Netzwerke sind für den M-Bus kein Problem. Es gibt folglich wenige Gründe, eine solche etablierte Technik zu ändern. Allerdings sind Zähler mit einer M-Bus-Anbindung keine digitalisierten Zähler mit Ethernetanschluss. Für die zuverlässige Datenübertragung braucht es mit den M-Bus-Pegelwandlern noch ein weiteres Gerät: Der Pegelwandler fungiert als Schnittstelle zwischen den einzelnen Sensoren und dem Master. Er wandelt die Spannungspegel der Master-Signale in für den M-Bus kompatible Signale um. Damit stellt er sicher, dass die Sensoren ihre Daten zuverlässig senden und empfangen können. Die Pegelwandler von STV Electronic verbinden die Zählerdaten und die Steuerung der Aktoren im M-Bus-Netzwerk über die Ethernet-Schnittstelle und wahlweise über zusätzliche serielle Schnittstellen wie RS-232 oder RS-485.

Das ostwestfälische Unternehmen bietet einen breiten Katalog an Lösungen für M-Bus-Infrastrukturen an. Allen voran sorgen die Pegelwandler der MPW-IP-Serie für eine sichere Verbindung der Steuerung mit dem Netzwerk. Das Unternehmen liefert seine Pegelwandler in verschiedenen Ausführungen mit 32 bis zu 128 M-Bus-Standardlasten. Die MPW-IP-Familie hat dabei den Vorteil, dass die M-Bus-Spannung und der -Strom kontinuierlich auf der integrierten Webseite angezeigt werden. Das erlaubt eine einfache Überwachung des Netzwerks. Auch die Parametrierung läuft über die integrierte Webseite, die mit einem Passwort gegen unbefugte Veränderungen geschützt werden kann. Eine zusätzliche PC-Software ist daher nicht notwendig. Die STV-Pegelwandler fügen sich in das übergeordnete Energiemanagement-System: Mit dem Smart Manager 4.0 steuern Unternehmen ihre Energiedatenerfassung. Durch die Nutzung von etablierten und offenen Systemen ist er flexibel auf die jeweiligen Anwendungen anpassbar.

Der M-Bus ist eine Lösung auf Feldebene, die Daten werden hier erfasst und sollen später möglichst in die Cloud gebracht werden. Schließlich können dort die Verbrauchswerte der Anlagen aufbereitet und analysiert werden. Mit Künstlicher Intelligenz kommen noch weitere Potenziale hinzu, die zum Beispiel im Abgleich mit den Nutzungsdaten den Energieverbrauch nochmals senken. M-Bus-Pegelwandler sind allerdings nur eine von mehreren Möglichkeiten, um Zählersignale in Ethernet-Signale umzusetzen. Wer eine Schnittstelle zu etablierten Gebäude-Bussystemen wie BACnet, KNX und Modbus sucht, greift zu den M-Bus Gateways MGW von STV Electronic. Das Gateway sammelt die Daten von den M-Bus-Endgeräten und wandelt sie etwa in ein Modbus-Format. Zudem bietet der Hersteller M-Bus-Splitter, die die Daten aus dem M-Bus abgreifen und an jeder Stelle der Infrastruktur einschleifen können. Beim Splitter und Gateway können dann auch einzelne Daten des M-Bus separat weiter verknüpft werden, was die Verwaltung der angebundenen Zähler ermöglicht. Bindet man nun Cloud- und Edge-basierte Dienste an, kommen die Messdaten von der Feldebene direkt in die Managementebene, ohne, dass die komplexe Automatisierungspyramide Stück für Stück hochgeklettert werden muss.

Egal ob Pegelwandler, Splitter oder Gateway: Die STV-Geräte sind individuell einsetzbar. Sie haben eine geringe Baubreite und zeichnen sich durch eine einfache Inbetriebnahme aus. Geräte mit serieller Schnittstelle benötigen keine Parametrierung, Geräte mit IP-Schnittstelle unterstützten IPv4, IPv6 und MQTT, die Parametrierung erfolgt über eine einfache Oberfläche mit zusätzlichen Diagnosefunktionen, auch eine Fernparametrierung ist kein Problem. Durch die Protokolle können die Geräte reibungslos in älteren und neueren Netzwerken kommunizieren und sind damit sehr zukunftssicher. Die Pegelwandler sind mit M-Bus-Übertragungsraten von 300 bis 38400 Baud auch für schnelle M-Bus-Geräte geeignet. Zusammen mit einer hohen und zuverlässigen M-Bus-Spannung von 38 Volt läuft M-Bus sicher und über lange Strecken hinweg. Dank der Verbindung von M-Bus-Hardware und den Möglichkeiten der intelligenten Datenauswertung haben Energiemanager nun die Möglichkeit, Optimierungspotenziale zuverlässig zu entdecken und Maßnahmen zu ergreifen, damit der Energieverbrauch in Deutschland künftig noch stärker als die Projektionen des Umweltbundesamts sinken kann.

Die Pegelwandler von STV Electronic verbinden die Steuerung mit dem M-Bus-Netzwerk.

Die Parametrierung erfolgt einfach per Webseite.

Quellen: [1] Umweltbundesamt (2023): Energieeinsparpotenziale. Verfügbar unter: https://www.umweltbundesamt.de/themen/klima-energie/energiesparen/energieeinsparpotenziale

*Der Autor behält sich vor, diesen Text ggf. auf der unternehmenseigenen Webseite oder in weiteren, nicht konkurrierenden Publikationen oder in anderen Sprachen zu veröffentlichen. Eine parallele Zweitplatzierung im direkten Wettbewerbsumfeld wird jedoch ausgeschlossen. Alternative Absprachen sind bei Bedarf jederzeit möglich