Snad se mi povedlo vás minule přesvědčit, že není nic lepšího než digitální odečet elektroměru. A třeba také se zamyslet nad otázkou: je gramofon lepší než MP3? V možnostech digitálního odečtu je dobré se orientovat zéjména z důvodu správného výběru elektroměru a případně i systému (či dodavatele) jeho odečtu. Neznalost se zde nevyplácí. Je totiž možné, že časem (až uplyne nějaká doba) zjistíte, že máte doma mrtvou technologii, která byla sice v okamžiku pořízení marketingově cool nicméně nepřežila tempo doby..
podobně jako třeba dinosauři..
Co je to digitální ?
Digitální přenos dat znamená, že zpráva (například hodnota z elektroměru vyjadřující aktuální množství spotřebované energie domácnosti) v signálu je zakódována pomocí jedniček a nul. Tedy obdobně jako je zakódovaná např. hudba v MP3 souboru, nebo fotky v JPEG souborech, nebo třeba video. Výhodou tohoto přenosu je přímý přenos hodnot narozdíl od zmíněného počítání impulsů. Bavíme-li se o možnostech přenosu těchto dat mezi zařízeními (elektroměr - počítač) budou nás zajímat tyto pojmy: interface a komunikační protokol.
Interface
Interface (česky: rozhraní) nebo-li fyzický princip přenosu dat je soubor technických parametrů, které nám ve výsledku definují jakým způsobem jsou data fyzicky přenášena.
Tak například určuje jestli je připojení drátové nebo probíhá bezdrátově (vzduchem). Defi
nuje počet žil použitého kabelu a jejich průřez stejně jako jeho maximální délku, případně tvar a typ konektoru. Analogicky definuje frekvenci a dosah v případě bezdrátového přenosu. Definuje použité napětí či proud, nebo to která z veličin je použita pro modulaci signálu. Dalším parametrem rozhraní je zda se jedná o komunikaci sériovou nebo paralelní (zjednoduše zřešeno jestli jsou jedničky a nuly posílány jedna za druhou nebo více zároveň). Hodně často je interface napevno dán použitým komunikačním protokolem a je s ním přímo svázán. Příkladem je třeba protokol M-bus. Jsou ale i protokoly schopné komunikovat na různých fyzických rozhraních (Ethernet, Modbus). Jednotný interface, který propojuje více zařízení pak často tvoří sběrnici či síť a poté je nutné definovat další podmínky komunikace jako např. maximální počet zařízení na sběrnici, maximální délka sběrnice, pravidla pro topologii sběrnice, správu sítě apod.
Můj výčet možných definic a parametrů rozhraní jistě není kompletní, ale pro pochopení naši problematiky a pojmu si myslím s tímto vystačíme.
Nejčastější rozhraní používaná pro odečet elektroměrů: RS485, M-bus, ETHERNET, RS232, CLO, WiFi, USB
Komunikační protokol
Tak 1 a 0 už nám lítají vzduchem nebo jezdí po drátech, ale co s nimi dále? Komunikační protokoly obecně definují jaký přesně mají přenášená data tvar, šifrování, délku zprávy, strukturu apod. Tento popis protokolu pak umožňuje sestavit algoritmus (počítačový program) schopný data zakódovat, poslat po komunikaci a opět složit ze strojového do člověkem čitelného tvaru. Hromada jedniček a nul se nám tedy opět složí do hodnoty spotřebované energie v domácnosti přenesené z elektroměru.
Komunikační protokoly jsou už tak doménou spíše použitého software stejně tak jako rozhraní je častěji záležitost hardwarová. Není to ale pravidlem. Jednotlivé standardy mají svůj popis protokolu veřejně známý - tzv. otevřené standardy, nebo se jedná o protokoly proprietální (korporátní) a jejich struktura a popis není běžně dostupná. Důvodem držet popis protokolů pod pokličkou může být bezpečností riziko prolomení principu šifrování dat, častěji ale mají společnosti zájem popis neposkytovat z důvodů konkurenčního boje a udržení výsadního postavení na trhu. Použití uzavřených standardů také vede k vyšší závislosti na dodavateli a jeho servisních službách.
Takže asi nemusím říkat, které jsou pro nás jasnou volbou, že?
M-BUS (Meter-Bus)
je evropský otevřený standard (dle pův. normy EN 13757-2/3) zahrnující definici jak fyzické vrstvy tak i aplikačního protokolu pro vzdálené odečty měřidel energií. Komunikace probíhá po dvou-drátové lince, sběrnici lze větvit. Dnes existuje i varianta bezdrátová tzv. Wireless M-Bus (popsán normou EN 13757-4).
Tento protokol byl vyvinut speciálně pro potřeby vzdálených odečtů měřidel a měl by tak být jasnou volbou. Toto lze doporučit v komerční a průmyslové sféře nikterak v té domácí. Každý výrobce měřičů si totiž standard vykládá trochu po svém a do zpráv kóduje různé struktury dat. Softwarový překlad dat je tak postavený před úkol téměř ke každému typu (výrobci) měřiče přistupovat při dekódování individuálně. Je tedy dá se říci složitý pro implementaci a nasazení v domácím prostředí. Rovněž náklady na převodníky této fyzické vrstvy (například převod na Ethernet či seriovou linku RS232) jsou ekonomicky pořád dost nákladné.
Velkou výhodou standardu je možnost komunikovat s jednotlivými zařízeními (měřiči) na sběrnici jak přes primární adresy (uživatelsky definovatelné) tak i přes sekundární adresy (generické, vzniklé ze sériových čísel měřičů).
Modbus
je sériový komunikační protokol poprvé uvedený a představený společností Modicon (nyní Schneider Electric) v roce 1979. Primárně byl určen pro využití pro komunikaci mezi jejich PLC (programovatelné logické regulátory). Modbus se však stal během let fakticky nejpoužívanějším standardem pro komunikaci mezi zařízeními v regulační technice a využívá se také jako běžný standard pro komunikaci mezi různými technologickými zařízeními v průmyslu a komerčním sektoru.
Byl vytvořen a cílen pro průmyslové využití. Jedná se o standard otevřený a jeho využití ve vlastních zařízeních a aplikacích je bezplatné. Protokol je snadné implementovat do odečtových zařízení a softwaru.
Modbus umožňuje komunikaci mezi zařízeními na společné sběrnici včetně přenosu dat mezi těmito zařízeními. Nemá cílené využití, lze tedy posílat zároveň odečet spotřeby stejně jako například teplotu či vlhkost. Často se využívá také jako primární protokol pro sběr dat do nadřazených SCADA systémů.
Vývoj a rozvoj tohoto standardu má od roku 2004 na starosti nezávyslá Modbus Organization na kterou Schneider Electric přepsal svá dosavadní práva na protokol. Modbus Organization je asociace uživatelů a dodavatelů s protokolem kompatibilních zařízení, která má zajišťovat udržitelný rozvoj tohoto standardu.
Vzhledem k jednoduchosti a výhodám tohoto standardu jsem se rozhodl právě tento protokol použít pro integraci domácího elektroměru pro odečet spotřeby elektrické energie.
Existují samozřejmě další možnosti komunikace:
IEC 62056, DLMS/COSEM - převážně pro velkoodběry a odečty na vyšších distribučních úrovních napětí.
Zigbee, Z-wave - nové a módní standardy bezdrátové komunikace vzniklé s fenoménem IoT, elektroměry s těmito standary jsou však stále relativně drahá záležitost v porovnání s Modbusovými.
LoRa a SigFox - budeme se jimi zabývat v dalších článcích tohoto blogu.
Powered by CComment