M-Bus meets MQTT
Um den steigenden Anforderungen der Digitalisierung entsprechen zu können, bedarf das M-Bus basierte Smart Metering und Submetering einer echtzeitfähigen IoT-Anbindung. Ein schlanker Lösungsweg sind MQTT-Publishing befähigte M-Bus Pegelwandler.
 Zählerdaten stellen in der digitalisierten Produktion einen wertvollen Rohstoff dar.
Zählerdaten stellen in der digitalisierten Produktion einen wertvollen Rohstoff dar.Bild: STV Electronic GmbH & Co. KG

M-Bus-fähige Strom-, Gas-, Warm- oder Kaltwasserzähler sind eine bewährte und robuste Lösung zur Zählerauslesung und sind deshalb weit verbreitet. Insofern ist es durchaus nachvollziehbar, dass Unternehmen nach Möglichkeiten suchen, ihre bestehenden, zuverlässig funktionierenden M-Bus-Systeme auch im Rahmen ihrer IoT- und Digitalisierungsstrategien weiter zu nutzen. Zwar gibt es mit dem Open Metering System (OMS) bereits einen Lösungsweg, der konform der gesetzlichen Regularien zur Zählerfernauslesung ist. Wer aber nach einem leistungsfähigen direkten IP-Zugang zu den Zählern sucht, braucht mehr als lediglich die Möglichkeit der Auslesung von Zählerdaten durch offizielle Messstellenbetreiber. M-Bus angebundene Zähler konnten zwar schon immer all ihre wertvollen Daten liefern, die Energiemanager zur Steigerung der Energieeffizienz sowie Verbesserung der Leistungsbilanz und Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen benötigen. Es war bislang jedoch immer eine Insellösung, die nicht standardisiert war und einer ganz spezifischen Gateway-Lösung vor Ort bedurfte. Im Digitalisierungszeitalter sollten Energieeinsatz, -verbrauch, und Lastgang jedoch möglichst einfach, barrierefrei und von jeder berechtigten Instanz aus IP-basiert erfassbar sein. Im Zuge der Digitalisierung macht man dies heute nämlich gerne mittels Cloudlösungen. Diese führen dann mit vergleichsweise wenigen Klicks Daten aus verschiedensten Quellen zusammen, um beispielsweise aus dem Energieverbrauch (Quelle Zählercloud) und den Stückzahlen der Produktion (Quelle z.B. ERP-System) passende Kennzahlen zu ermitteln, um die Effizienz von einzelnen Maschinen oder Fertigungsprozessen zu vergleichen und Optimierungen durchführen – auch was Lastspitzen betrifft. Auf die gleichen Daten greifen heute auch Cloud-Dienste zur Initiierung parameterbasierter Wartungs-Services für Maschinen und Anlagen zu, da man die Betriebsstunden einer Anlage auch aus dem Stromverbrauch ziehen kann. Selbstverständlich sind es auch Verbrauchsanzeigesysteme und letztlich auch Abrechnungssysteme, die auf diese Daten möglichst barrierefrei zugreifen wollen. All diese Lösungen können von einem einfachen, IP-basierten Echtzeit-Zugriff auf die verteilten M-Bus Zähler profitieren. Eine State-of-the-Art Technologie hierfür ist das MQTT Protokoll, dessen Cloud-Service zur Sammlung von Daten in jedwede Linux-basierte Umgebung leicht mit wenigen Klicks implementiert werden kann.

 Die M-Bus-Pegelwandler der MPW-Serie haben eine IPv4/IPv6 kompatible Ethernet-Schnittstelle und unterstützen das MQTT-Publishing von M-Bus-Geräte-Variablen.
Die M-Bus-Pegelwandler der MPW-Serie haben eine IPv4/IPv6 kompatible Ethernet-Schnittstelle und unterstützen das MQTT-Publishing von M-Bus-Geräte-Variablen.Bild: STV Electronic GmbH & Co. KG

MQTT als Defacto-Standard für die IoT-Anbindung

MQTT ist speziell dafür ausgelegt, kleine Datenpakete zu übertagen und dies selbst in großen Installationen mit tausenden verteilten Geräten sehr effizient umzusetzen. Der große Vorteil von MQTT besteht in solchen Anwendungsszenarien zum einen darin, dass die Geräte und Sensoren, die Informationen liefern, von den Anwendungen oder verarbeitenden Systemen, die die geleiferten Informationen abfragen, entkoppelt sind, was die Komplexität der Kommunikation reduziert. Diese sogenannten Publisher und Subscriber haben keine direkte Kommunikation miteinander. Sie läuft über einen zwischengeschalteten MQTT-Broker ab, der als zentraler Datenumschlagplatz dient. Er sammelt alle von den Publishern gelieferten Daten zu einem bestimmen Thema und stellt sie allen Subscribern, die an diesen Themen interessiert sind, in Form eines digitalen Broadcasts zur Verfügung. Alle zwischen Publisher, Broker und Subscriber übertragenen Daten können dabei per SSL verschlüsselt werden, was für den Datenschutz bei den Verbrauchswerten entscheidend ist. Zusätzliche Features wie Retained Messages, Last-Will-and-Testament, Persistent Sessions und QoS Level machen es Entwicklern dabei leicht, Applikationen zu entwickeln, die resilient und einfach wartbar sind. Mit diesen Eigenschaften hat sich MQTT als Defacto-Standard bei der professionellen Anbindung von Geräten an das Internet der Dinge (IoT) etabliert und man kann ihn auch die Anbindung des M-Busses und damit seinen angeschlossenen Zählern nutzen.

 Die Weboberfläche der neuen MPW-IP-Wandler (hier: MWP16-IP) von STV Electronic bietet neben Diagnose- und Parametrier-Optionen (oben) auch Einstellungen für die Netzwerkeinbindung (unten).
Die Weboberfläche der neuen MPW-IP-Wandler (hier: MWP16-IP) von STV Electronic bietet neben Diagnose- und Parametrier-Optionen (oben) auch Einstellungen für die Netzwerkeinbindung (unten).Bild: STV Electronic GmbH & Co. KG

M-Bus wird MQTT-fähig

Einen sehr schlanken Weg zur Anbindung des M-Busses an die MQTT-Kommunikation hat dabei STV Electronic umgesetzt. Das Unternehmen hat seine etablierten Pegelwandler, die alle Variablen von M-Bus-Geräten lesen und bislang nur auf serielle Schnittstellen umwandelten konnten, um eine Lösung mit IPv4 und IPv6 unterstützender Ethernet-Schnittstelle und einen integrierten Websever mit MQTT-Support erweitert. Der Pegelwandler wird so zum MQTT-Client mit Publisher Funktion und kann damit von MQTT-Brokern gelesen werden, sodass die bereits installierte M-Bus-Infrastruktur durch die Integration eines solchen einfach zu installierenden Pegelwandler einen IP-Anschluss bekommt. Die neuen Pegelwandler der MPW-IP Serie können bis zu 16, 32, 64 oder 128m-Bus-Standardlasten a 1,5mA verwalten, sodass selbst die komplexesten M-Bus Netze mit Spannung von 37 bis 40V angebunden werden können. Mit M-Bus-Übertragungsraten von 300 bis 38400 Baud sind die Pegelwandler auch für schnelle M-Bus Geräte geeignet. Eine solche IP-basierte Anbindung des M-Busses erleichtert das Energiemanagement immens, da man so den Ressourcen-Verbrauch jederzeit und überall IP-basiert unter Kontrolle hat und Anlagen und Gebäude auch aus der Ferne sehr effizient betreiben kann. Die Installation der MPW-IP-Wandler läuft dabei komfortabel über ein Webmenü, das eine einfache Parametrieroberfläche zur Einstellung der M-Bus-Baudrate inklusive Diagnosefunktionen zu den anliegenden Pegeln und Standardlasten bereithält. Die Verfügbarkeit einfacher Pegelwandler mit Ethernet-Anschluss und MQTT-Publisher Funktion machen den M-Bus zu einer extrem zukunftssicheren Installation, die noch lange Bestand haben kann. Dies weil der M-Bus einige Features bietet, die es in dieser Form nur beim M-Bus gibt. Eine M-Bus-Strecke kann beispielsweise bei guter Leitungsqualität eine Länge bis zu 10km annehmen. Die Endgeräte können über den Bus mit Strom versorgt werden, sind verpolungssicher und die Kosten sind geräteseitig sehr gering – auch weil keine Lizenzkosten anfallen. Zudem sind noch nicht einmal spezielle Kabel notwendig, denn auch ungeschirmte und unverdrillte Leitungen sind möglich. Wireless Lösungen wie NB-IoT, Lora oder Sigfox können hier vor allem auf lange Sicht nicht mithalten, denn irgendwann ist auch bei ihnen ein Batteriewechsel erforderlich.

STV Electronic GmbH & Co. KG
http://www.stv-electronic.de

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