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Auszüge aus dem M-Bus – Modbus-TCP Gateway Benutzerhandbuch

 

Eine ausführliche Beschreibung liegt dem Gerät bei und ist im Downloadbereich auf http://www.busbaer.de erhältlich.

 

Allgemeines

 

Der M-Bus (Meter-Bus) ist eine etablierte Schnittstelle zur automatisierten Zählerauslesung. Vor allem die Einfachheit der Installation (einfaches Zweidrahtsystem mit Speisung durch den Bus) und die hohe Robustheit zeichnen diesen aus. Dies sind spezielle Eigenschaften, die für den Einsatz im industriellen Umfeld interessant sind. Der M-Bus ist in der Norm EN 13757 definiert. Darin ist neben einer eigenen Physik auch ein eigenes Protokoll festgelegt. Für die Anbindung an andere Systeme ist daher eine Übersetzung notwendig. Im Automatisierungsumfeld ist Modbus TCP als Kommunikationsstandard weit verbreitet.

Mit dem Produkt EISBÄR TCP – M80 (im Folgenden kurz EISBÄR TCP – MBUS genannt) steht ein Gateway zur Verfügung, welches die Welt des M-Bus mit der des Modbus TCP verbinden und so die Anbindung von Zählerdaten an unsere EisBär Software ermöglicht. Das Gerät unterstützt auf Seite des M-Bus den Betrieb von bis zu 80 Zählern (Standardlasten). Für die normkonforme Dateninterpretation ist auf dem EISBÄR TCP – MBUS ein leistungsstarker Protokoll-Stack implementiert. Mit diesem ist es möglich, ohne weiteren Konfigurationsaufwand alle am Markt verfügbaren Zähler auszulesen und deren Daten zu interpretieren. Die Daten können so anderen Systemen ohne Aufwand zur Verfügung gestellt werden. Das EISBÄR TCP – MBUS verfügt über eine Ethernet-Schnittstelle, welche Modbus TCP im Slave-Modus (Modbus TCP Server) unterstützt. Der EisBär kann so als Modbus-Master (Modbus TCP Client) über eine Netzwerkverbindung die Daten der Zähler direkt abrufen. Diese sind in Modbus-Registern verfügbar. Da das Gateway EISBÄR TCP – MBUS die Zähler selbstständig abruft, ist die initiale Konfiguration des Geräts notwendig. Diese erfolgt intuitiv über die Konfigurationswebseite des Geräts. Hier wird der volle Funktionsumfang des EISBÄR TCP – MBUS sichtbar. Neben der Basiskonfiguration können hier unter anderem die bereitzustellenden Werte selektiert, Bus-Scans durchgeführt und auch die aktuellen Daten angesehen werden. Somit wird die Fernwartung über einen Service-Rechner erleichtert.

 

Das EISBÄR TCP – MBUS wird in einem 2TE-Gehäuse (Teilungseinheiten) geliefert und ist für die Hutschienenmontage (DIN Tragschiene 35mm) vorgesehen.

 

 

Anschlüsse

 

Die Anschlüsse und Schnittstellen des EISBÄR TCP – MBUS sind auf unterschiedlichen Seiten des Geräts herausgeführt.

 

Folgende Bilder zeigen das Gerät:

       

Abbildung: EISBÄR TCP – M80

 

 

Inbetriebnahme

 

Das EISBÄR TCP – MBUS startet nach dem Anschluss an die Versorgungsspannung  selbstständig. Standardmäßig erfolgen folgende Aufrufe beim Systemstart:

 

Konfiguration der Netzwerkschnittstelle (Ethernet) per DHCP oder statische Konfiguration

Bereitstellung des Laufwerks C: (RAMDrive) Bezug der Systemzeit per SNTP

Start des Hauptprogramms welches dann die gesamte Funktionalität u. a. die Webschnittstelle des EISBÄR TCP – MBUS zur Verfügung stellt.

 

 

Netzwerkkonfiguration und erster Zugriff

 

Das EISBÄR TCP – MBUS ist komplett über die Netzwerkschnittstelle konfigurierbar. Diese muss daher entsprechend Ihres Netzwerks konfiguriert werden. Fragen Sie dazu ggf. Ihren Administrator.

Das EISBÄR TCP – MBUS ist standardmäßig auf die IP-Adresse 192.168.1.101 (Subnetz-Maske: 255.255.0.0, Gateway: 192.168.1.254) eingestellt.

Für eine intuitive Bedienung steht auf dem Gerät eine Konfigurationswebseite zur Verfügung, welche über die IP des EISBÄR TCP – MBUS in einem Browser aufgerufen werden kann.

 

Webseite auf dem EISBÄR TCP – MBUS,  z. B.: http://192.168.1.101/ Es öffnet sich folgende Seite im Browser

 

 

Konfiguration

 

Das EISBÄR TCP – MBUS wird über die interne Webseite konfiguriert. Alternativ kann auch anhand der Konfigurationsdateien eine Konfiguration manuell erstellt bzw. übertragen werden.

Auf der Webseite lassen sich Geräteparameter, Zählerkonfiguration sowie auch Service-Dienste darstellen bzw. ändern.

Im Auslieferungszustand loggt sich die Webseite automatisch über die Standardzugangsdaten ein. Wurde der Standardnutzer in der Konfiguration bereits deaktiviert, ist die Eingabe der korrekten Zugangsdaten erforderlich. Um einen bereits eingeloggten Nutzer (bzw. Standardnutzer) zu wechseln, kann die Schaltfläche Logout oben rechts gewählt werden.

Die Standardzugangsdaten im Auslieferungszustand sind admin/admin.

 

 

Falls der eingeloggte Nutzer Schreibzugriff hat, muss dieser nach beendeter Konfiguration wieder ausgeloggt werden. Bleibt die Verbindung aktiv, ist von keinem anderen Arbeitsrechner ein Schreibzugriff auf das EISBÄR TCP – MBUS möglich.

 

Tab General

 

Der Tab General zeigt eine allgemeine Übersicht des EISBÄR TCP – MBUS. Folgende Werte können hier eingesehen bzw. verändert werden:

 

 

 

*Wird  der DNS-Server über DHCP ermittelt, wird dieser nicht auf der Webseite dargestellt.

 

Das Speichern der Konfiguration erfolgt mit der Schaltfläche Save. Mit Reload werden die zuletzt gespeicherten Werte geladen und aktuelle Änderungen zurückgesetzt.

 

Wird die Netzwerkkonfiguration geändert ist das EISBÄR TCP – MBUS nach dem Speichervorgang unter der neuen IP verfügbar. Alle bestehenden Verbindungen werden hierbei getrennt bzw. angemeldete Nutzer automatisch ausgeloggt.

Die Veränderung der Netzwerkparameter des EISBÄR TCP – MBUS kann die Erreichbarkeit einschränken. Falls die Netzwerkparameter bereits korrekt durch einen Administrator gesetzt wurden, sollten diese nicht geändert werden.

Durch das Setzen der Parameter über die Schaltfläche Save wird das EISBÄR TCP – MBUS automatisch neu initialisiert.

Datum und Uhrzeit werden im EISBÄR TCP – MBUS stets als UTC-Zeit (ohne Zeitzonenverschiebung) verarbeitet. Bei der Darstellung auf der Website rechnet der Browser diese entsprechend der lokal eingestellten Zeitzone des Rechners um. In Mitteleuropa ist dies beispielsweise die Mitteleuropäische Zeit bzw. die Mitteleuropäische Sommerzeit. Ist hier eine andere Zeitzone eingestellt, so wird auch die Zeit auf der Website entsprechend dargestellt.

 

Tab Meter

 

Der Tab Meter zeigt eine Übersicht der angeschlossenen Zähler und gibt dem Nutzer die Möglichkeit, automatisiert nach Zählern zu suchen, manuell Zähler hinzuzufügen oder bereits vorhandene Zähler zu konfigurieren:

 

 

 

Tab Server

 

Der Tab Server ermöglicht die Parametrierung der Modbus-Schnittstelle des EISBÄR TCP – MBUS.

 

 

 

Das Speichern der Konfiguration erfolgt über die Schaltfläche Save. Mit Reload werden die zuletzt gespeicherten Werte geladen und aktuelle Änderungen zurückgesetzt.

Durch das Setzen der Parameter über die Schaltfläche Save wird das EISBÄR TCP – MBUS automatisch neu initialisiert.

 

Tab User

 

Im Tab User können verschiedene Nutzer mit spezifischen Zugriffsrechten angelegt werden. Im Auslieferungszustand sind folgende Nutzer vorkonfiguriert:

 

 

Der Nutzer admin kann in der allgemeinen Nutzerkonfiguration nicht geändert bzw. gelöscht werden. Das Administrator Passwort kann nur über die Schaltfläche Change password geändert werden, wenn der Nutzer admin selbst einloggt ist.

Bei Verlust des Administratorpassworts kann das EISBÄR TCP – MBUS nur im Hause der Firma Alexander Maier GmbH zurückgesetzt werden, ein Zugriff auf die Dateien auf dem EISBÄR TCP – MBUS ist nur begrenzt möglich. Beim Zurücksetzen gehen alle Konfigurationsdaten verloren.

Nur der Nutzer admin hat per FTP vollen Zugriff auf das Dateisystem des EISBÄR TCP – MBUS. Der zweite FTP-Nutzer kann auf C:/log zugreifen.

 

Spezifikation Modbus TCP

 

Das Modbus-Protokoll wurde ursprünglich von der Firma Modicon (heute Schneider Electric) für den Datenverkehr mit ihren Controllern entwickelt. Daten wurden in Form von 16-Bit-Registern (Integer-Format) oder als Status-Informationen in Form von Datenbytes übertragen. Im Laufe der Zeit wurde das Protokoll kontinuierlich erweitert. Modbus TCP ist eine Art davon. Modbus TCP ist Teil der Norm IEC 61158. Eine Spezifikation findet sich unter: http://www.modbus.org

 

Das Modbus-Protokoll ist ein Single-Master Protokoll. Dieser Master steuert die gesamte Übertragung und überwacht eventuell auftretende Timeouts (keine Antwort vom adressierten Gerät). Die angeschlossenen Geräte dürfen nur nach Anforderung durch den Master Telegramme versenden. Das EISBÄR TCP – MBUS Gateway ist ein Modbus TCP-Server und daher ein Modbus TCP-Slave. Die Modbus-Kommunikation erfordert den Aufbau einer TCP-Verbindung zwischen einem Client (z. B.: PC mit EisBär SCADA) und dem Server (EISBÄR TCP – MBUS). Für die Kommunikation wird der für Modbus reservierte TCP-Port aus dem Konfigurations-Tab Server verwendet. Dieser ist standardmäßig auf 502 konfiguriert. Falls zwischen Server und Client eine Firewall angeordnet ist, muss sichergestellt werden, dass der konfigurierte TCP-Port freigeschaltet ist.

 

Funktionscodes

 

Folgende Funktionscodes werden beim EISBÄR TCP – MBUS unterstützt:

 

Die mit „ohne Funktion“ gekennzeichneten Funktionscodes werden mit ILLEGAL DATA ADDRESS (0x02) beantwortet, alle anderen, nicht aufgeführten mit der Fehlermeldung ILLEGAL Funktion (0x01).

 

Wird der Funktionscode 0x2B mit MEI = 0x03 genutzt, gibt das Gerät einen Identifikationspaket zurück. Als Device ID Code werden die Werte 0x01 und 0x02 unterstützt, somit können die einfachen "basic device identification" und die normalen "regular device identification" Daten abgerufen werden. Folgende Daten sind über die Geräteidentifikation abrufbar:

 

* Entspricht dem konfigurierten Devicename im Tab General

 

Datenanordnung

 

Die Datenanordnung in den Modbus-Registern entspricht dem üblichen Aufbau. Es wird die big endian Darstellung genutzt, daher wird in den 16 Bit-Registern das höhere Byte zuerst gesendet, das niedrigere dann danach.

 

Beispiel:        Wert: 0x1234        gesendet wird: zuerst 0x12, dann 0x34

 

Zahlen und Datenbereiche, welche über 16 Bit hinausgehen, werden in ähnlicher Weise dargestellt. Auch hier wird das höchstwertige 16 Bit-Register zuerst gesendet, es liegt daher an der niedrigsten Registeradresse.

 

Beispiel:        Wert: 0x12345678        gesendet wird: zuerst 0x12, dann 0x34, 0x56 und 0x78

 

Die Anordnung der 32- und 64-Bit Werte lässt sich innerhalb der Systemkonfiguration über den Parameter MODBUS_SWAP anpassen.

 

Zur Überprüfung des Datenlayouts kann im Tab Server die Übertragung von Pseudodaten aktiviert werden. Es werden dann folgende Daten über Modbus entsprechend der Registerbelegung bereitgestellt:

 

Zählerdatenerfassung und Verarbeitung

 

Die Hauptaufgabe des EISBÄR TCP – MBUS liegt in der Verarbeitung und Weiterleitung der erfassten Zählerwerte. Hierzu müssen folgende Punkte erfüllt sein:

•Die verfügbaren Zähler müssen im EISBÄR TCP – MBUS korrekt konfiguriert sein (Zählerkonfiguration).

•Für die Übertragung der Daten über Modbus-TCP müssen gültige Registeradressen für die einzelnen Zähler bzw. Zählerwerte konfiguriert sein.

•Die erfassten Zählerdaten müssen über Modbus TCP an eine Steuerung übermittelt werden können.

•Die Zählerdaten müssen von der Steuerung verarbeitet werden können (Zählerdatenformat).

 

Modbus Registerlayout

 

Dieses Kapitel beschreibt die Modbus-Registerspezifikation. Diese arbeiten mit einem festen Raster von jeweils 10 Modbus-Registern.

Die Registeradressen werden ausgehend vom Wert 0 gezählt.

Bei Datentypen, die mehr als ein Register umfassen, wird das höherwertige Datenwort an der niedrigeren Adresse encodiert.

Die Modbus-Register werden über den Funktionscode 0x03 (Read holding register) ausgelesen.

 

Im Modbus-Protokoll werden die Daten als Integer- oder Float-Wert übermittelt. Andere Datenformate, welche beim M-Bus spezifiziert sind (z. B.: BCD), werden intern vor der Übertragung bereits in Integer-Werte gewandelt. Die 10 Modbus-Register eines Zählerwerteintrags sind entsprechend der folgenden Tabelle definiert, wobei das Offset zur konfigurierten Modbus-Adresse hinzuaddiert werden muss:

 

 

Die folgende Abbildung zeigt eine Beispielkonfiguration der Modbus-Adressen über die Weboberfläche:

 

Dem Modbus-Master werden in diesem Beispiel folgende Daten übermittelt.