Was können digitale Stromzähler/Smartmeter?
Leider ist die Frage nicht so einfach zu beantworten, weil die Bandbreite der technischen Eigenschaften bei digitalen Stromzählern und Smartmetern recht groß ist.
Da gibt es die einfachen Wechselstromzähler (ein oder mehrphasig meistens im Hutschienenformat), welche die elektrische Energie und Leistung messen und im LCD-Display anzeigen. Ausgelesen werden die Daten meistens als Impulsfrequenz an einer IR-LED oder als sog. S0-Ausgang. Die Messwerte stehen für die Weiterverarbeitung in der Hausautomation nur als Impulsfrequenz (x Imp/kWh) zur Verfügung. Für die Auswertung ist immer ein Impulszähler notwendig, wie das mit dem 4-kanaligen PULSECOUNTER 2 sehr gut möglich ist.
Die Energieversorger setzen seit einiger Zeit anstelle des altbekannten Ferraris-Zähler (Drehscheibe) auch digitale Energiezähler ein. Die Ausgabe der Messwerte erfolgt meistens mit der bereits genannten IR-LED als Impulsfolge und kann dann ebenfalls mit dem PULSECOUNTER 2 ausgewertet werden. Oben im Beitragsbild ist so ein IR-LED-Ausgang sichtbar. In diesem Fall gibt der Stromzähler 10000 Imp/kWh an deiner IR-LED aus. An diesem Ausgang kann aber nur ein Signal ausgegeben werden, was meistens die verbrauchte Gesamtenergie ist. Wenn aber mehrere zusätzliche Messwerte erfasst werden (wie z.B. Nachtstromenergie, Solar-Rückspeisung, Leistung etc.), dann funktioniert die Methode mit der IR-LED nicht mehr. Für diesen Fall gibt es eine bidirektionale IR-Schnittstelle (im Bild oben rechts), über die die Daten mit dem jetzt Smartmeter genannten Energiezähler bidirektional ausgetauscht werden können. Für die Verwendung in der Hausautomation ist aber nur das Auslesen der Daten über die IR-Schnittstelle interessant. Eine Steuerung des Stromzählers kann/soll in der Regel ja nicht erfolgen.
Das Format der ausgegebenen Daten ist zwar grundsätzlich standardisiert, aber innerhalb der Standards gibt es leider riesige Spielräume, die den Smartmeter-Herstellern und den Energieversorgern eigene Datenvariationen erlauben. Man ist sprachlos, wenn man sich in das Thema etwas tiefer einarbeitet. Hier ist z.B. eine Tabelle der gebräuchlichen Smartmeter Datenformate.
Gerade bei der verwirrenden Vielzahl von verschiedenen Smartmetern und Datenformaten muß man sich leider etwas tiefer in das Thema einarbeiten, um für seinen individuellen Zähler herauszufinden, wie man die Daten „anzapft“. Hilfreich sind insbesondere diese Websites:
https://www.volkszaehler.org/
https://www.msxfaq.de/sonst/bastelbude/smartmeter_d0_sml.htm
Das per IR-LED ausgegebene Datentelegramm hat eine Grundkodierung im D0 oder SML-Format bei verschiedenen Baudraten. Um alle Formate beim Auslesen abzudecken, ist eine äußerst komplizierte Einstellung notwendig. Ich habe mich deshalb aktuell nur auf das SML-Datenformat beschränkt, welches mit 9600Bd arbeitet. Dieses Datenformat ist aktuell bei den meisten neuen Stromzählern sehr verbreitet.
Wichtig!
Viele digitale Stromzähler geben standardmäßig nicht alle Daten aus. Insbesondere die Leistung wird nicht ausgegeben. Um den sog. erweitereten Datensatz auszulesen muß man den digitalen Stromzähler mit einer PIN freischalten. Die PIN wird meist mit einer Taschenlampe als Blinkcode eingegeben. Die PIN erhält man von seinem örtlichen Energieversorger.
Wie werden die Daten gelesen?
Für die Auslesung der Daten wird ein IR-Lesekopf verwendet, der die Lichtimpulse in Spannungssignale umsetzt. Obwohl es solche Leseköpfe zu kaufen gibt, habe ich bewusst einen eigenen Lesekopf zum Selbstbau entwickelt. Dieser Lesekopf ist besonders flach (wichtig bei wenig tiefen Zählerschränken) und hat eine Anzeige-LED(wichtig!), mit der man einfach erkennen kann, ob an dem eigenen Stromzähler überhaupt Daten ausgegeben werden. Darüber hinaus ist damit sehr gut eine Justage und Funktionskontrolle möglich. Das folgende Bild zeigt die wirklich einfache Herstellung des Lesekopfes, Ein Bausatz ist hier verfügbar.
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Diesen Lesekopf kann man nicht nur zum Lesen des Datentelegramms verwenden, sondern kann ihn auch zur Auswertung der IR-Impuls-LED in Verbindung mit dem normalen Zähleingang des PULSECOUNTER 2 verwenden. Leider ist aber bei den meisten Smartmetern für die Anbringung des Lesekopfes keine Metallplatte vorhanden, an die man den Lesekopf anklipsen kann. Man muß sich deshalb mit Klebepads oder dergleichen behelfen.
Für die Auswertung des Datentelegramms bei Smartmetern befestigt man den Lesekopf sehr einfach mit dem Ringmagneten an der entsprechenden Stahlplatte. Meistens ist die IR-Sendediode rechts, so daß der Kabelabgang des Lesekopfes ebenfalls rechts ist.
Der Anschluß des Lesekopfes an den PULSECOUNTER 2 erfolgt mit nur drei Leitungen wie im folgenden Bild rechts:
Als Eingang für die Daten wird der Impulsausgang (IO13) des WeMos genommen. Dieser Ausgang kann je nach Parameter-Konfiguration der Firmware zum Testen des PULSECOUNTERS als Ausgang für den eingebauten Impulsgenerator verwendet werden oder aber alternativ hier als neuer Eingang für die Anbindung des IR-Lesekopfes.
Konfiguration des PULSECOUNTER 2
Wenn man ein Smartmeter mit dem PULSECOUNTER 2 auslesen will, dann verwendet man entweder Zähler Z1 und je nach Zählertyp auch noch Z2. Ist das Smartmeter ein einfacher Eintarif-Stromzähler, dann ist nur ein Zähler im PULSECOUNTER 2 dafür belegt. Wenn aber ein Zweitarif-Zähler (z.B. für Nachtstrom) zu Anwendung kommt, dann werden zwei Zähler Z1 und Z2 belegt. Bei Solaranlagen liegt meist ein sog. Zweirichtungszähler vor. Dann sind ebenfalls zwei Zähler Z1 und Z2 für die Anzeige von verbrauchter und rückgespeister Energie notwendig.
Am Beispiel des Zweirichtungszählers wird nachfolgend die Einstellung des PULSECOUNTER 2 dargestellt:
Zuerst wird param 2 auf 0 gestellt, was die Messung über den IR-Lesekopf am Impulseingang aktiviert. Mit dem param 6 auf 3 gesetzt ist ein Zweirichtungszähler (Solaranlage!) aktiviert. Die param 9, 10 und 7 werden erst mal wie auf dem Bild eingestellt. Dies sind die sog. OBIS-Kennzahlen für die Bezugs-Energie(Z1), die abgegebene Energie (Z2) und die aktuelle Leistung. Was das mit den sog. OBIS-Kennzahlen genau auf sich hat, wird weiter unten beschrieben.
Wenn man die Parameter für seinen individuellen Smartmeter richtig eingestellt hat, dann werden die Messwerte wie auf folgendem Bild dargestellt:
Die Daten werden natürlich automatisch auf die entsprechenden CCU-Systemvariablen repliziert oder aber (wenn man keine Homematic hat) per JSON an beliebige andere IoT-Systeme verschickt. Aktualisiert wird die Webseite etwa alle 15sec, die Versendung der CCU-Daten erfolgt im Minutenraster, um die CCU oder andere nachfolgende Server nicht zu überlasten.
Die Einstellung mit OBIS-Kennzahlen
Das Datentelegramm, welches vom Smartmeter über den IR-Lesekopf abgegeben wird, ist einige hundert Bytes lang. Um daraus die wenigen für die Hausautomation wichtigen Daten wie bezogene Energie in kWh, aktuelle Leistung in kW und bei Solarbesitzern die abgegebene Energie „herauszufischen“ sind die sog. OBIS-Kennzahlen wichtig. Diese Kennzahlen sind im Datentelegramm den jeweiligen Messwerten vorangestellt und helfen, die genaue Position der wichtigen Bytes im Datentelegramm zu finden. Die Eingabe der Kennzahlen erfolgt auf der Expertenseite des PULSECOUNTER 2 als param 9, 10 und 7. In der großen Gesamtmenge der OBIS-Kennzahlen sind für die Auslesung der im Privat-Haushalt verwendeten digitalen Stromzähler/Smartmeter nur folgende Kennzahlen wichtig:
Wichtiger Hinweis zum Schluß
Die hier beschriebene Vorgehensweise funktioniert bei meinem Stromzähler MT681-D4A52 von Iskraemeco einwandfrei. Ich gehe davon aus, daß die Methode auch bei allen neuen Stromzählern mit SML-Protokoll und 9600Bd ebenfalls funktioniert. Ausprobieren kann ich das leider nicht! Bei der Unzahl an verschiedenen Zähler- und Einstellungsvarianten der verschiedenen Energieversorger kann ich eine sichere Funktion leider nicht versprechen!!
Das D0-Datenprotokoll wird aktuell (noch) nicht unterstützt!
Um das Thema wirklich zu verstehen, verweise ich nochmals auf die anfangs verlinkten Informationsquellen.
… und wo kann man den Bausatz bekommen?
Für den Nachbauer habe ich Bausätze zusammengestellt. Diese können bei mir bezogen werden:
PULSECOUNTER-2 im Hutschienen- Format
Haftungs- und Sicherheitshinweise
Beim Nachbau müssen natürlich alle wichtigen einschlägigen Sicherheitsvorschriften für den Umgang mit gefährlichen Spannungen eingehalten werden. Fundierte theoretische und praktische Fachkenntnisse der Elektrotechnik und für den Umgang mit gefährlichen Spannungen sind unverzichtbar!! Durch eine unsachgemäße Installation gefährden Sie ihr Leben und das Leben ihrer Mitmenschen! Darüber hinaus riskieren Sie erhebliche Sachschäden , welche durch Brand etc. hervorgerufen werden können ! Für alle Personen- und Sachschäden durch falsche Installation etc. ist nicht der Hersteller sondern nur der Betreiber verantwortlich. Ich verweise hier unbedingt auf die „Sicherheitshinweise und Haftungsausschluss„-Seite dieses Blogs.
