M-Bus und M-Bus Wireless Grundlagen

Der M-Bus wurde 1992 zum Fernauslesen von Verbrauchsdaten (Zählern) an der Universität Paderborn von Prof. Dr. Horst Ziegler in Kooperation mit der Texas Instruments Deutschland GmbH und der Firma Techem GmbH entwickelt.

Meter-Bus, kurz M-Bus, ist eine einfache und kostengünstige Technologie, die im Bereich der Verbrauchsdatenerfassung am Markt immer mehr an Bedeutung gewinnt. Besonders im Zusammenhang mit preiswerten Verbrauchszählern (Gas-, Strom-, Wärme-, Wasserzähler) in der Gebäudeleittechnik.

Der M-Bus wurde zuerst in der EN1434 standardisiert und dann in der eigenständigen EN13757 definiert, die zusätzlich noch den neuen Funkstandard für drahtlose M-Bus-Kommunikation (EN13757-4) umfasst.

Physik

Der kabelgebundene M-Bus ist eine serielle Übertragung über eine Zweidraht-Leitung (z.B. Telefonkabel J-YstY N2 x 0,8mm²).

Der M-Bus ist ein Master/Slave basiertes System mit einem Master und bis zu 250 Slaves.
Die Übertragung vom Master zum Slave erfolgt über ein Spannungssignal (0 V bis 38 V). Der Slave antwortet dabei durch die Veränderung seines Stromes (11 mA bis 20 mA). Der M-Bus ist verpolungssicher aber nicht kurzschlussfest.

M-Bus Master unterscheiden sich in der Anzahl der M-Bus Slaves, die sie bedienen können. Sprich in der Leistung des integrierten Netzteils. Pro M-Bus Slave werden 1,5 mA benötigt, dies entspricht einer sogenannten „Load“. Es gibt Master die nur einige wenige Slaves bedienen können, andere bis zu 250.

Viele M-Bus Slaves lassen sich über die Bus-Spannung des Masters versorgen. Dabei darf ein Slave maximal bis zu vier Loads von je 1,5 mA Strom aufnehmen. Beim Ausfall der Bus-Versorgung muss der Slave über eine Batterie-Versorgung verfügen, damit keine Daten verloren gehen. Es sind zudem rein Batterie betriebene M-Bus-Slave Geräte verfügbar.

Die maximale Leitungslänge beträgt ca. 1.000 m in Abhängigkeit von der Anzahl der Teilnehmer und Baudrate. Bei Leitungslängen von über 350 m kommen meist Repeater zum Einsatz.

Die Baudrate des Busses kann von 300 Baud bis 9.600 Baud betragen (typisch 2.400 Baud). Alle Teilnehmer müssen aber auf derselben Baudrate arbeiten. Es gilt, je höher die Baudrate, um so kürzer die Leitungslänge.

Als Master kann auch ein PC mit entsprechendem M-Bus zu RS232/Ethernet/USB Pegelwandler fungieren.

Die drahtlose M-Bus-Kommunikation (M-Bus Wireless) verwendet die lizenzfreien Frequenzen 868 MHz, 434 MHz und 169 MHz.

Topologie

Es wird keine bestimmte Topologie vorgeschrieben.

Es gibt zwei Arten M-Bus Slaves am Bus zu adressieren. Die Adressierung erfolgt über die primäre oder die sekundäre Adresse. Die primären Adressen können von 1 bis 250 frei genutzt werden. Die Adressen 251 bis 255 sind reserviert (255 ist die Broadcast Adresse). Die Adresse 0 wird für unkonfigurierte Slaves verwendet.

Die sekundäre Adresse setzt sich aus verschiedenen Informationen (Gerätetyp, Version, Herstellerkennung, eindeutige Identifikationsnummer) zusammen. Diese wird meist zur eindeutigen Identifikation eines Slaves und zur Vergabe einer primären Adresse verwendet.

Die meisten M-Bus Master sind in der Lage nach angeschlossenen primären und sekundären Adressen zu suchen. Wobei die Suche nach sekundären Adressen eingeschränkt werden sollte (über Wildcards), da diese ansonsten sehr lange dauern kann.

M-Bus arbeitet üblicherweise mit Daten-Semantik. Dies bedeutet, dass neben den Zählerwerten bzw. -daten auch die Information (Data Information Block und Value Information Block) über Datenformat (Anzahl Bits für Integer oder Real) und Einheit/Medium (kWh, C° usw.) übertragen wird. Darüber hinaus können Hersteller eigene Datenformate und Einheiten verwenden, die allerdings nicht von jedem Master interpretiert werden können.

Mode	Frequenz (MHz)	Uplink (kbps)	Downlink (kbps)	Uni / bidirectional	Beschreibung der Verwendung
S1 Stationary	868.3 433	32.7	32.7	Uni	Mehrmaliges Senden von Daten pro Tag. Optimiert für Batteriebetrieb und stationären Betrieb.
S2 Stationary	868.3 433	32.7	32.7	Bi	S2 ist wie S1, verwendet aber eine bidirektionale Kommunikation.
T1 Frequent Transmit	868.95 433	67	32.7	Uni	Konfigurierbares Intervall bis hin zum Sekundentakt.
T2 Frequent Transmit	868.95 433	67	32.7	Bi	T2 ist wie T1, verwendet aber eine bidirektionale Kommunikation.
C1 Compact	868.95 433	100	50	Uni	Unidirektionale Kommunikation mit NRZ-Kodierung. Ähnlich wie T1, aber höhere Datenrate, stationärer Betrieb.
C2 Compact	868.95 433 869.525	100	50	Bi	C2 ist wie C1, verwendet aber eine bidirektionale Kommunikation.
N Narrowband	169	2.4 bis 19.2	2.4 bis 19.2	Uni	Schmalband-System mit großer Reichweite.
R Frequent Receive	868.95	2.4		Uni	Kollektor liest mehrere Zähler auf verschiedenen Frequenzkanälen.
F Frequent Tx and Rx	433			Bi	Bidirektionale Kommunikation

Die gebräuchlichsten Modi sind “S” und “T”.

Im Modus “S” sendet ein M-Bus Slave in regelmäßigen Abständen Daten (mehrere Minuten oder Stunden). Hier wird noch unterschieden zwischen:

S1 Der M-Bus Slave sendet Daten
S2 Der M-Bus Slave sendet und empfängt Daten

Der Modus „T“ sagt aus, dass der M-Bus Slave regelmäßig, alle paar Sekunden Daten überträgt. Auch hier gibt es wieder zwei Varianten:

T1 Der M-Bus Slave sendet Daten
T2 Der M-Bus Slave sendet und empfängt Daten

Der M-Bus Wireless Master verwendet immer den Modus S2 oder T2.

M-Bus Wireless sieht auch verschiedene Sicherheitsfunktionen für die Übertragung vor. Es kommt sowohl Verschlüsselungstechnik (DES, AES) als auch Methoden zur Authentifizierung (Message Authentication Code) zum Einsatz. Je nachdem welche Einstellungen gewünscht oder auch von den beteiligten Geräten unterstützt werden, gibt es verschiedene Security-Modi und -Profile.

Konfiguration

Die Konfiguration der M-Bus Slaves bzgl. primärer Adresse und Baudrate ist hersteller- und geräteabhängig. Bei manchen Geräten wird diese per Dreh- oder DIP-Schalter eingestellt. Auch eine Konfiguration über den M-Bus ist bei einigen Geräten möglich. Bei einigen M-Bus Slaves kann auch gewählt werden welche Daten über den Bus übertragen werden sollen.

Je nach Art des M-Bus Masters, muss bei diesem für jeden Typ, der Telegramm-Aufbau der M-Bus Slaves im Netzwerk konfiguriert werden. Andere Master analysieren die eingehenden Telegramme nach der Anfrage beim Slave und erstellen daraus eine Konfiguration. Oft lassen sich herstellerspezifische Daten und Informationen der Slaves unterschiedlicher Fabrikate nur schwer konfigurieren und abbilden.

Varianten / Versionen

Es gibt unterschiedliche Implementierungsstände bei Geräten und Herstellern, die sich mehr oder weniger an den Standard halten. Gerade Geräte die vor der EN-Normung entwickelt wurden, sind nicht immer untereinander kompatibel.

Genormte Daten können gut verarbeitet werden, herstellerspezifische dagegen nur schwer.

Weitere Informationen:

Die OMS-Gruppe e. V. ist eine gemeinnützige Organisation und Interessengruppe von Zählerherstellern, Versorgungsunternehmen, Zählerbetreibern, Elektronikherstellern, Kommunikationsunternehmen und IT-Unternehmen.

https://oms-group.org/

Anwendungsgebiete

Energie- und Verbrauchsdatenerfassung für Strom, Wasser, Heizung, Klimaanlagen, etc.

Unser M-Bus Portfolio:

M-Bus Gateways

Konfigurierbares Gateway für freie Variablenverwaltung
Bis zu 250 M-Bus Teilnehmer anschliessbar
Übertragung der Projektierung über Ethernet

Zu den Produkten

M-Bus Wireless Gateways

Konfigurierbares Gateway für freie Variablenverwaltung
Bis zu 250 M-Bus-Wireless Teilnehmer anschließbar
@ 433 MHz / 868MHz
Übertragung der Projektierung über Ethernet

Zu den Produkten