Dowiedz się, jak liczniki energii z komunikacją mogą pomóc Ci nie tylko w zdalnym odczycie danych, ale też w kontroli zużycia prądu i obniżeniu rachunków – nawet jeśli dopiero zaczynasz przygodę z elektryką.
W pierwszej części artykułu zatytułowanej: Licznik energii elektrycznej – praktyczny poradnik dla instalatora cz. 1 omówiłem istotne, a często pomijane zagadnienia, o których użytkownik (a nawet instalator) zwykle nie wie na etapie wyboru licznika. Tymczasem te informacje mogą okazać się kluczowe podczas eksploatacji, szczególnie przy odczytach danych i korzystaniu z funkcji, jakie oferują nowoczesne liczniki energii.
W tym poradniku kontynuuję temat, skupiając się na licznikach wyposażonych w funkcje komunikacyjne. Wyjaśnię, czym jest komunikacja w liczniku, jakie daje możliwości i dlaczego warto ją uwzględnić w instalacji. Przedstawione informacje są uniwersalne, dlatego pozostają aktualne niezależnie od producenta, którego licznik wybierzesz.
Dlaczego warto stosować licznik z komunikacją?
Wyobraź sobie instalację elektryczną, która nie tylko mierzy zużycie energii, ale także podpowiada, jak ją optymalizować. Licznik z komunikacją to właśnie taki element. Jest nowoczesnym miernikiem, który otwiera drzwi do inteligentnego zarządzania energią w domu, firmie czy zakładzie przemysłowym. Dzięki niemu możesz nie tylko kontrolować koszty, ale też zyskać wygodę i pełną integrację z systemami automatyki.
Co daje komunikacja w liczniku?
- Zdalny dostęp do danych – odczyt parametrów bez wizyty przy urządzeniu, z poziomu aplikacji lub komputera.
- Integrację z systemami Smart Home, BMS i SCADA – automatyczne sterowanie odbiornikami, analiza trendów, wykrywanie nieprawidłowości.
- Precyzyjne rozliczenia i ciągła kontrola – idealne w budynkach z wieloma użytkownikami, gdzie każdy płaci za swoje zużycie.
A to dopiero początek. Przykładem praktycznego zastosowania jest dobór magazynu energii do domu lub firmy. Bez historycznych danych o zużyciu energii nie da się dobrać pojemności magazynu w sposób optymalny. Nowoczesny licznik połączony z bazą danych, która umożliwia tworzenie wykresów i wizualizacji, to dziś podstawa efektywnego zarządzania energią elektryczną. Dzięki temu możesz podejmować decyzje oparte na faktach, a nie na domysłach.
Licznik z komunikacją to nie jest gadżet dla fanów nowinek, to narzędzie, które dzięki dostarczonym do analizy danym realnie może przyczynić się do obniżenia kosztów, zwiększenia efektywności a także upraszcza analizy przez co ułatwia życie. W dalszej części artykułu pokażę Ci, jak działa licznik z komunikacją, jakie ma funkcje i w jakich sytuacjach jego zastosowanie jest najbardziej opłacalne. Jeśli chcesz wiedzieć, jak w praktyce wykorzystać te możliwości, czytaj dalej!
Co to jest komunikacja w liczniku?
Komunikacja w licznikach energii oznacza możliwość przesyłania danych pomiarowych z urządzenia pomiarowego do innych urządzeń lub systemów w celu prezentacji wyników w innym miejscu niż licznik. Taki przesył danych zawsze jest formą odczytu zdalnego, niezależnie od tego, czy odbywa się przewodowo, czy bezprzewodowo.
W praktyce wyróżniamy:
- Odczyt zdalny w układzie lokalnym – realizowany w obrębie jednego obiektu, np. budynku lub zakładu produkcyjnego. Może wykorzystywać przewodowe protokoły komunikacyjne (RS-485, Modbus RTU, M-Bus) lub sieci lokalne (Ethernet, Wi-Fi).
- Odczyt zdalny w układzie globalnym – gdy transmisja wychodzi poza lokalną sieć i korzysta z internetu lub sieci rozległych, np. LTE, LoRa.
Warto podkreślić, że w kontekście tego poradnika „zdalny” nie oznacza „bezprzewodowy”. Częstym błędem jest utożsamianie „zdalności odczytu” wyłącznie z komunikacją bezprzewodową. W rzeczywistości transmisja przewodowa również jest formą odczytu zdalnego, ponieważ dane są prezentowane w innym miejscu niż punkt pomiaru (umieszczenie licznika). Dzięki temu licznik energii elektrycznej staje się częścią większego ekosystemu, który wspiera zarządzanie energią, automatyzację i rozliczenia.
Spis treści:
-
- Interfejs optyczny w liczniku energii elektrycznej
-
GSM / GPRS / UMTS – komunikacja za pomocą sieci komórkowych
-
-
-
-
-
-
-
Przegląd protokołów komunikacyjnych – typy, okablowanie, zastosowanie
M-Bus, Modbus, DLMS – brzmi znajomo? Wiele osób słyszało te nazwy i wie, że to protokoły komunikacyjne. Ale gdy zapytam: jak przygotować okablowanie, jakie zasady trzeba spełnić, jakie są zalety i wady każdego z nich? To najczęściej brak odpowiedzi. Dlatego przygotowałem ten poradnik, aby uporządkować wiedzę i pokazać, jak robi się to w praktyce oraz jak powinno się robić zgodnie z zasadami.
Celem tego opracowania jest pomoc wszystkim, którzy do tej pory nie zajmowali się montażem liczników z komunikacją albo chcą dowiedzieć się więcej. Znajdziesz tu konkretne wskazówki, schematy i porady, które ułatwią Ci pracę i pozwolą uniknąć błędów.
Na koniec na przykładzie pokażę, dlaczego dane z licznika to klucz do odpowiedzialnego doboru magazynu energii, i co grozi, gdy ich zabraknie.
Co to jest protokół komunikacyjny?
Protokół komunikacyjny to zestaw zasad, które określają, w jaki sposób urządzenia elektroniczne „rozmawiają” ze sobą, czyli jak przesyłają dane. Można to porównać do języka, którym posługują się urządzenia, aby się nawzajem rozumieć.
Na przykład:
- Jeśli licznik energii ma komunikację Modbus RTU, to oznacza, że potrafi wysyłać dane w określony sposób, który inne urządzenia (np. komputer, sterownik, system Smart Home) posiadające ten sam protokół komunikacji potrafią odczytać i zrozumieć.
- Jeśli dwa urządzenia używają różnych „języków” (czyli protokołów), to nie będą się rozumiały, chyba że zastosujemy „tłumacza” (np. konwerter protokołów).
Przypominam, dzięki protokołom komunikacyjnym możliwy jest: zdalny odczyt danych z licznika, monitoring zużycia energii, integracja z systemami automatyki (np. Smart Home, BMS, SCADA), rozliczenia między użytkownikami w budynkach wielolokalowych.
Jakie są rodzaje protokołów komunikacyjnych?
Wybierając licznik energii elektrycznej z komunikacją, warto wiedzieć, jakie protokoły transmisji danych są dostępne i czym się różnią. To właśnie protokół komunikacyjny decyduje o tym, jak licznik będzie współpracował z innymi urządzeniami w instalacji (od prostych systemów monitoringu zużycia energii, po zaawansowane rozwiązania typu Smart Home, BMS czy SCADA).
Poniżej opiszę kilka popularnych używanych w licznikach protokołów komunikacyjnych oraz wyjaśnię zagadnienia, które są często używane, ale nie zawsze właściwie rozumiane.
Wyjście impulsowe – proste, ale wciąż użyteczne
Wyjście impulsowe (SO) to chyba najstarszy i najprostszy sposób przekazywania informacji o zużyciu energii z licznika do systemu nadrzędnego. Każdy impuls odpowiada określonej ilości energii (np. 1 impuls = 1 Wh lub 10 Wh). Informacji, co dokładnie oznacza impuls należy szukać w dokumentacji technicznej wybranego licznika. Choć dziś coraz częściej stosujemy komunikację opartą o protokoły komunikacyjne np. Modbus, M-Bus, Ethernet, impuls nadal ma swoich zwolenników i w niektórych rozwiązaniach jest nadal stosowany.
Okablowanie i montaż jest proste. Wyjście impulsowe realizowane jest najczęściej jako styk tranzystorowy (otwarty kolektor) lub optoizolowany. Wymaga dwużyłowego przewodu, który ze względu na możliwe zakłócenia powinien być odsunięty od kabli zasilających i prowadzony w tej samej trasie co przewody sterownicze a w przypadku środowiska z zakłóceniami elektromagnetycznymi do przesyłu sygnału należy użyć kabla ekranowanego który jest podłączony do systemu uziemienia.
Zastosowanie: Proste systemy rozliczeniowe, gdzie wystarczy informacja o całkowitej energii (przy czym należy pamiętać, że sam licznik z wyjściem impulsowym przekazuje tylko informacje o przyroście zużycia energii). Ten rodzaj komunikacji jest stosowany w instalacjach, gdzie wymagana jest integracja z licznikami „starego typu” które nie mają nowoczesnej magistrali komunikacyjnej. Wykorzystywane do podłączenia z sterownikami PLC, które obsługują wejścia impulsowe.
Niestety ten typ komunikacji ma spore ograniczenia:
- Brak dostępu do szczegółowych danych (brak chwilowej mocy, napięcia, prądu, kierunku przepływu).
- Brak możliwości konfiguracji taryf czy alarmów.
- Wymaga fizycznego okablowania.
Wyjścia impulsowe liczników – najczęściej popełniane błędy
- Nieprawidłowa polaryzacja przy podłączeniu do wejścia sterownika PLC.
- Zbyt duża długość przewodu bez separacji galwanicznej co zwiększa ryzyko powstawania zakłóceń.
Praktyczna wskazówka
Jeśli projektujesz instalację z możliwością rozbudowy, wyjście impulsowe traktuj jako opcję awaryjną lub dodatkową. W nowych systemach lepiej postawić na komunikację opartą na protokołach komunikacyjnych, ale impuls może być przydatny do prostych backupów lub integracji z urządzeniami, które nie obsługują omawianych poniżej protokołów.
RS-232
Jest starszym standardem komunikacji szeregowej, który ze względu na ograniczenia długości przewodu i liczby urządzeń jest obecnie rzadziej stosowany. Może być używany w prostych lokalnych aplikacjach.
Co to jest komunikacja szeregowa?
Komunikacja szeregowa np. RS-232 to sposób przesyłania przez magistralę danych między dwoma urządzeniami, w którym dane „lecą” jedno po drugim, czyli szeregowo.
Wyobraź sobie, że masz komputer i licznik energii, które chcesz połączyć. RS-232 to technologia, która pozwala im się „dogadać” przez prosty kabel (najczęściej zakończony wtyczką DB9 – taką z dziewięcioma pinami). Warto podkreślić, że w odróżnieniu od nowoczesnych sieci, RS-232 przesyła dane tylko między dwoma urządzeniami naraz i nie tworzy sieci, jak Ethernet czy RS-485.
W praktyce oznacza to:
- dane są przesyłane w jednym kierunku na raz (czasem naprzemiennie),
- przewód może mieć tylko kilka metrów długości (zwykle do 15 m),
- nie da się podłączyć wielu urządzeń do jednej linii – tylko jedno do jednego.
Protokół RS-232 był kiedyś bardzo popularny (stosowany w komputerach, drukarkach, modemach, kasach fiskalnych). Dziś jest rzadziej używany, ale nadal spotykany w prostych lokalnych aplikacjach, np. do konfiguracji urządzeń, testów serwisowych, komunikacji z pojedynczym licznikiem lub sterownikiem. Jest prosto, ale bez możliwości rozbudowy przez co RS-232 w kontekście liczników energii jest „przestarzały” bez możliwości rozwoju.
Zastosowanie: integracja z konkretnym komputerem lub pojedynczym sterownikiem PLC.
Interfejs optyczny w liczniku energii elektrycznej
Interfejs optyczny to standardowy port w licznikach energii elektrycznej, przeznaczony do lokalnego odczytu danych. Nie należy go mylić z protokołem IrDA – chociaż oba wykorzystują podczerwień, działają inaczej i opierają się na różnych standardach.
Interfejs optyczny powinien być zgodny z wymaganiami normy PN‑EN 62056‑21 (odpowiadająca międzynarodowej normie IEC 62056‑21, dawniej IEC 1107) który do komunikacji między licznikiem a głowicą odczytową wykorzystuje promieniowanie podczerwone, co wymaga fizycznego zbliżenia głowicy czytnika do właściwego miejsca na obudowie licznika.
Warto podkreślić, że omawiany tu interfejs optyczny nie jest rozwiązaniem zdalnego odczytu i w praktyce jego zastosowanie ogranicza się do ręcznego odczytu dokonywanego np. przez inkasenta.
Podsumowując – interfejs optyczny zgodny z PN‑EN 62056‑21 to niezawodne, bezprzewodowe i krótkodystansowe rozwiązanie do lokalnego odczytu i konfiguracji liczników energii. Choć nie oferuje zdalnego dostępu jak współczesne liczniki inteligentne, jest standardem zapewniającym bezpieczeństwo i standaryzację. Jednak obecnie operatorzy i dostawcy energii elektrycznej coraz częściej zastępują liczniki z interfejsem optycznym licznikami z automatycznym, zdalnym odczytem, opartym o protokoły komunikacji.
PLC (Power Line Communication)
To technologia, która pozwala przesyłać dane przez istniejące kable zasilające, czyli bez potrzeby prowadzenia dodatkowych kabli komunikacyjnych. W praktyce oznacza to, że urządzenia mogą się ze sobą komunikować „po kablu zasilającym 230 V”, który już jest zainstalowany w instalacji.
Jak działa PLC w instalacji elektrycznej?
- Dane są modulowane na sygnał elektryczny i przesyłane razem z napięciem zasilającym,
- komunikacja odbywa się między urządzeniami podłączonymi do tej samej instalacji,
- nie trzeba prowadzić osobnych przewodów do liczników, sterowników czy koncentratorów.
Zakres działania, czyli gdzie komunikacja PLC ma sens?
- PLC działa w obrębie jednej fazy, tej samej dla wszystkich komunikujących się urządzeń. W przypadku próby komunikacji pomiędzy różnymi fazami konieczne jest zastosowanie specjalnego sprzęgła fazowego, które umożliwia przenoszenie sygnału PLC między różnymi fazami.
- Komunikacja PLC jest szczególnie wrażliwa na jakość połączeń. Luźne, niedbale wykonane lub nieserwisowane zaciski żył mogą powodować zakłócenia transmisji. Dodatkowo harmoniczne coraz częściej pojawiające się w instalacjach domowych, biurowych i przemysłowych mają istotny wpływ na stabilność komunikacji.
- Należy podkreślić, że komunikacja jest możliwa w ramach jednego transformatora energetycznego, czyli w obrębie jednej stacji transformatorowej (np. w ramach jednej ulicy, jednym budynku lub zasilanym obiekcie),
Ograniczenia PLC:
- technologia przesyłu danych za pomocą kabli zasilających jest podatna na zakłócenia np. od silników, falowników, zasilaczy impulsowych,
- jakość komunikacji zależy od stanu instalacji elektrycznej np. długości przewodów, rodzaju kabli, obecności filtrów,
- wymaga urządzeń zgodnych z tym samym standardem PLC (istnieje kilka standardów PLC i nie każde urządzenie „rozumie” każdy typ komunikacji po sieci energetycznej).
- w instalacjach trójfazowych przy dużych odległościach lub obecności filtrów EMC komunikacja PLC może być mocno utrudniona.
Zastosowanie: instalacje domowe, Smart Metering, obiekty bez infrastruktury sieciowej. Technologia PLC jest popularna w inteligentnych sieciach energetycznych (Smart Grid).
M-Bus (przewodowy)
M-Bus to protokół stworzony z myślą o licznikach mediów, takich jak woda, gaz, ciepło czy energia elektryczna. Jest prosty, energooszczędny i umożliwia podłączenie wielu liczników do jednej magistrali. Do komunikacji wykorzystuje dwużyłowy kabel oraz dedykowany koncentrator.
Warto wiedzieć, że sieć M-Bus służy do odczytu liczników zasilanych bateryjnie lub z miniaturowych przepływowych turbinek, przy czym magistrala jest zasilana z jednostki Master (koncentratora), a bateria obsługuje elektronikę licznika (slave). Master komunikuje się z maksymalnie 250 urządzeniami typu slave (np. ciepłomierze, wodomierze, liczniki energii, gazomierze, czujniki).
Przy niższej prędkości przesyłu danych długość magistrali może przekraczać nawet 1 km, ale odległość między poszczególnymi slave’ami (np. licznikami) nie powinna być większa niż 350 m.
Czym jest koncentrator?
Koncentrator to urządzenie, które zbiera dane z wielu liczników i przekazuje je dalej. Można go porównać do routera lub switcha w sieci Ethernet, który łączy komputery i przesyła dane między nimi. W systemie M-Bus koncentrator pełni rolę „centrum komunikacji”. Do jednej magistrali M-Bus (czyli dwużyłowego kabla) można podłączyć wiele liczników wody, gazu, ciepła czy energii elektrycznej. Same liczniki nie potrafią wysyłać danych bezpośrednio do komputera lub systemu nadrzędnego, lecz potrzebują koncentratora, który:
- zasila magistralę M-Bus,
- komunikuje się z każdym licznikiem z osobna,
- zbiera dane i udostępnia je dalej np. przez USB, RS-232, Ethernet lub GSM.
Koncentrator można porównać do listonosza, który chodzi po domach (licznikach), zbiera listy (dane) i zawozi je do urzędu pocztowego (systemu nadrzędnego).
W praktyce koncentrator M-Bus:
- pozwala odczytać dane z kilkudziesięciu lub nawet kilkuset liczników,
- upraszcza instalację, bo zamiast wielu kabli wystarczy jedna magistrala,
- umożliwia zdalny odczyt np. przez Internet, jeśli koncentrator ma Ethernet lub GSM.
Zastosowanie: budynki wielolokalowe, akademiki, biurowce (szczególnie przydatny do rozliczeń wewnętrznych).
A co na temat M-Bus podają producenci – sprawdź i pobierz materiał przygotowany przez F&F>>
M-Bus – wyjaśnienie nieścisłości
Uważni czytelnicy zauważyli, że istnieją rozbieżności między moim opracowaniem a informacjami podawanymi w materiałach różnych producentów. Kto ma rację?
Norma EN 13757 i praktyka instalacyjna mówią jasno: zalecana jest magistrala liniowa (szeregowa). Dlaczego? Ponieważ daje największą stabilność i przewidywalność parametrów. Rozgałęzienia typu „gwiazda” czy „drzewo”, szczególnie przy dużych odległościach i większej liczbie urządzeń typu slave (np. liczniki), mogą powodować problemy z komunikacją (odbicia, spadki napięcia).
Dlaczego więc np. F&F w swoich dokumentach pokazuje magistralę połączoną w gwiazdę, drzewo i ring?
Te topologie są możliwe do wykonania i taki układ będzie działał, ale wymaga spełnienia dodatkowych warunków:
- w gwieździe lub drzewie (tzw. stub) odgałęzienia muszą być krótkie w stosunku do całkowitej długości magistrali,
- koncentrator i konwerter muszą być odpowiednio dobrane w stosunku do długości trasy i liczby urządzeń,
- musi być zachowana kontrola spadków napięcia (na całej długości linii max 10 V),
- musi być ustawiona niska prędkość transmisji (typowo od 300 do 2 400 bps), dzięki czemu zmniejsza się ryzyko odbić.
Warto podkreślić, że pierścień (ring) w M-Bus nie działa jak w Ethernet. W przypadku przerwania kabla nie zapewnia automatycznej redundancji ani mechanizmu przełączania. To tylko fizyczny układ kabli, w którym urządzenia są połączone w zamkniętą pętlę. Jeśli w jednym miejscu nastąpi przerwa, komunikacja zostaje przerwana w całym obwodzie. Dlatego topologia pierścieniowa w M-Bus jest stosowana bardzo rzadko i wymaga szczególnej ostrożności przy projektowaniu.
M-Bus – praktyczna rada:
- Jeśli instalacja jest prosta i przewidywalna – stosuj linię szeregową.
- Gwiazda lub drzewo tylko w małych systemach lub gdy producent koncentratora dopuszcza takie rozwiązanie.
- Zawsze sprawdzaj w dokumentacji koncentratora maksymalną liczbę urządzeń i długość kabla.
- Przy dużych instalacjach korzystaj z kalkulatorów spadku napięcia (F&F zaleca max 10 V na całej linii).
Najczęściej zadawane pytania instalatorów dotyczące M-Bus
Czy M-Bus wymaga specjalnego kabla?
Nie, wystarczy dwużyłowy kabel o odpowiednim przekroju np. UNITRONIC BUS PB A 1 x 2 x 0,64 – najczęściej stosuje się kabel o przekroju żył około 0,5 mm², który jest wystarczający dla typowych instalacji. W przypadku długich magistral lub dużej liczby liczników, aby zmniejszyć spadki napięcia i zapewnić stabilną komunikację warto rozważyć użycie kabla o przekroju żył 1,5 mm². W instalacjach przemysłowych w celu ograniczenia wpływu zakłóceń elektromagnetycznych zaleca się stosowanie kabli ekranowanych.
Czy magistralę M-Bus można prowadzić w gwiazdę?
Nie jest to zalecane. Podobnie jak RS-485, M-Bus jest magistralą liniową. Rozgałęzienia typu „gwiazda” mogą powodować problemy z komunikacją. Zaleca się prowadzenie przewodu w sposób szeregowy.
Czy w M-Bus zawsze potrzebny jest koncentrator?
Tak. Liczniki M-Bus nie komunikują się bezpośrednio z komputerem i wymagają koncentratora, który pełni rolę interfejsu i zasilacza.
Jak zasila się liczniki M-Bus?
Zasilanie jest realizowane przez magistralę. Koncentrator dostarcza napięcie do wszystkich podłączonych urządzeń, co upraszcza instalację.
Czy M-Bus można połączyć z Modbus?
Tak, ale wymaga to konwertera protokołów (gateway), który „tłumaczy” komunikację między M-Bus a Modbus. To popularne rozwiązanie w systemach zarządzania mediami i energią.
Czy M-Bus działa przez Internet?
Tak, jeśli koncentrator ma interfejs Ethernet lub GSM. Wtedy dane z liczników mogą być zdalnie przesyłane do systemu nadrzędnego.
Wireless M-Bus
Wireless M-Bus to bezprzewodowa (radiowa) wersja protokołu M-Bus, stosowana tam, gdzie prowadzenie przewodów jest utrudnione lub niemożliwe, na przykład w budynkach już wykończonych, w rozproszonych lokalizacjach lub przy licznikach zamontowanych w trudno dostępnych miejscach. Umożliwia zdalny odczyt danych z liczników bez ingerencji w strukturę budynku.
Do działania systemu Wireless M-Bus potrzebny jest koncentrator wyposażony w z antenę, który odbiera sygnały radiowe wysyłane przez liczniki znajdujące się w jego zasięgu.
Zasięg oznacza odległość pomiędzy licznikiem a koncentratorem, czyli maksymalną odległość, na jaką licznik może przesłać dane bezprzewodowo. W typowych warunkach, zależnie od przeszkód (np. ścian, stropów), rodzaju anteny i mocy nadajnika zasięg wynosi od kilkudziesięciu do kilkuset metrów.
Zastosowanie: modernizacje istniejących instalacji, obiekty rozproszone, budynki wielolokalowe, gdzie dostęp do liczników jest utrudniony.
Najczęściej zadawane pytania instalatorów dotyczące Wireless M-Bus
Czy Wireless M-Bus działa w każdym budynku?
Tak, ale zasięg zależy od warunków np. grube ściany, stropy żelbetowe i metalowe konstrukcje mogą znacząco go ograniczyć. W takich przypadkach stosuje się koncentratory z mocniejszymi antenami lub dodatkowe repeatery.
Jaki jest typowy zasięg Wireless M-Bus?
Od kilkudziesięciu do kilkuset metrów w zależności od przeszkód i mocy nadajnika. W otwartej przestrzeni zasięg może sięgać nawet 500 – 1 000 m, w budynkach zwykle jest to 30 – 100 m.
Czy Wireless M-Bus wymaga licencji radiowej?
Nie, działa w pasmach ISM (np. w Europie 868 MHz), które są ogólnodostępne i nie wymagają dodatkowych zezwoleń.
Czy można łączyć Wireless M-Bus z przewodowym M-Bus?
Tak, ale wymaga to koncentratora lub gateway’a, który obsługuje oba protokoły i potrafi przekazać dane do systemu nadrzędnego.
Czy Wireless M-Bus jest bezpieczny?
Tak, protokół przewiduje szyfrowanie danych, aby chronić informacje o zużyciu mediów przed nieautoryzowanym dostępem.
Czy Wireless M-Bus działa przez Internet?
Nie bezpośrednio. Dane trafiają najpierw do koncentratora, który może być podłączony do sieci Ethernet lub GSM i przesyłać dane do systemu nadrzędnego.
Modbus RTU (RS-485)
Modbus RTU to jeden z najpopularniejszych protokołów komunikacyjnych stosowanych w automatyce. Najczęściej działa w oparciu o magistralę RS-485, która umożliwia wymianę danych między wieloma urządzeniami w ramach jednej linii. Rozwiązanie to jest tanie w implementacji, odporne na zakłócenia i szeroko wspierane przez systemy zarządzania energią.
RS-485 to cyfrowy standard transmisji danych, wykorzystujący do komunikacji dwie żyły (oznaczane jako A i B lub + i – lub DP i DN lub P i N) którymi przesyłany jest sygnał różnicowy. Dzięki temu osiągnięta jest wysoka odporność na zakłócenia elektromagnetyczne co pozwala na komunikację nawet do 1 200 metrów. Aby dodatkowo ograniczyć wpływ zakłóceń, zaleca się stosowanie kabli ekranowanych, a magistralę należy rozpocząć i zakończyć rezystorem terminującym.
Co to jest magistrala?
W zależności od stosowanego protokołu rozróżniamy różne magistrale ale tłumacząc ogólnie, magistrala to wspólny kabel, do którego podłączone są różne urządzenia, dzięki czemu mogą się ze sobą komunikować. W praktyce oznacza to, że zamiast prowadzić osobny kabel do każdego urządzenia (układ gwiazdy), stosuje się jeden przewód (liczba budowa żył zależą od rodzaju magistrali np. otwarta lub zamknięta), do którego podłącza się wszystkie liczniki, czujniki lub sterowniki. Taki układ (w porównaniu do układu gwiazdy) jest prostszy, tańszy i łatwiejszy w utrzymaniu.
Omawiana tu magistrala RS-485 jest magistralą otwartą (nie można łączyć jej w zamkniętą pętlę), którą należy rozpocząć i zakończyć rezystorem terminującym.
RS-485 i rezystor terminujący – praktyczne wyjaśnienie
Terminatory w sieci RS-485 – jak je prawidłowo stosować?
W prawidłowej instalacji RS-485 terminatory (rezystory 120 Ω o mocy minimum 0,25 W) muszą być umieszczone na obu końcach magistrali. Oznacza to:
- jeden rezystor przy urządzeniu master (lub pierwszym urządzeniu fizycznie na początku linii),
- drugi rezystor przy ostatnim urządzeniu na końcu linii.
 |
 |
Dlaczego w RS-485 są konieczne dwa rezystory terminujące?
RS-485 to magistrala różnicowa, w której przewody A i B tworzą linię transmisyjną o określonej impedancji charakterystycznej (zwykle ok. 120 Ω). Impedancja charakterystyczna to wartość oporu, jaką „widzi” sygnał przemieszczający się wzdłuż kabla przy sygnale zmiennym (np. impulsach cyfrowych). Zależy ona od parametrów fizycznych przewodu, czyli jego geometrii, odległości między żyłami, rodzaju izolacji i przenikalności dielektrycznej. W praktyce dla typowych skrętek stosowanych w RS-485 wynosi około 120 Ω.
Jeśli linia nie jest zakończona rezystorem o wartości zbliżonej do tej impedancji, na końcach przewodu pojawiają się odbicia sygnału (refleksje). Powoduje to zniekształcenia przebiegów, a przy dużych prędkościach transmisji lub długich kablach nawet błędy komunikacji.
Dlatego każdy koniec magistrali Modbus RTU RS-485 powinien być zakończony rezystorem odpowiadającym impedancji kabla (najczęściej 120 Ω). Urządzenia wpięte w środku magistrali (slave’y, np. liczniki) są podłączone równolegle i nie mają rezystorów terminujących.
Dlaczego przy RS-485 czasem mówi się o jednym rezystorze?
W krótkich instalacjach (np. poniżej 50 m, prędkość ≤ 9600 bps) może wystarczyć jeden rezystor terminujący umieszczony na końcu magistrali. Dlaczego? Ponieważ:
- odbicia są minimalne,
- sygnał tłumi się na krótkim odcinku.
Jednak zgodnie ze standardem TIA/EIA-485 należy stosować dwa terminatory.
Czy zawsze trzeba samodzielnie dodawać rezystory?
Nie zawsze. Wiele urządzeń z standardem RS-485 (np. sterowniki PLC, falowniki, moduły I/O, konwertery USB-RS-485) ma fabrycznie wbudowane rezystory 120 Ω, które:
- mogą być podłączone na stałe,
- albo włączane/wyłączane zworką, przełącznikiem (np. programowo lub fizycznie DIP).
Zawsze, przed dodaniem zewnętrznego rezystora warto sprawdzić dokumentację urządzenia. Jeśli rezystor terminujący jest umieszczony i włączony w urządzeniu na końcu lub na początku linii, to nie wolno dodawać drugiego. Dlaczego? Rezystancja dwóch równolegle połączonych rezystorów 120 Ω = 60 Ω.
Ile terminatorów może być w sieci RS-485?
W magistrali RS-485 mogą być tylko dwa rezystory o wartości 120 Ω każdy, po jednym na każdym końcu magistrali. Więcej niż dwa spowoduje nadmierne obciążenie linii, co pogorszy sygnał (zbyt mała impedancja, spadek amplitudy).
Jak sprawdzić, czy urządzenie ma wbudowany rezystor terminujący?
Zajrzyj do instrukcji lub schematu technicznego. Często znajdziesz opis typu: „120 Ω termination – selectable by jumper JP1”. Jeśli nie masz dokumentacji (przy odłączonym zasilaniu), zmierz omomierzem rezystancję pomiędzy liniami A i B. Wynik:
- ok. 60 Ω – oznacza że dwa rezystory po 120 Ω są już wpięte w magistralę,
- ok. 120 Ω – w magistrali jest jeden rezystor terminujący,
- brak odczytu (kilka kΩ lub ∞) oznacza brak rezystorów terminujących.
W krótkich instalacjach (kilka metrów w jednej rozdzielnicy) w praktyce rezystor terminujący może nie być konieczny, ale jego zastosowanie nie zaszkodzi i jest zalecane, a dodatkowo może zapobiec trudnym do zdiagnozowania błędom.
Ile urządzeń można podłączyć w sieci RS-485?
W sieci RS-485 maksymalna liczba urządzeń SLAVE (np. liczników) zależy od obciążenia magistrali. Standard TIA/EIA-485 definiuje jednostkę obciążenia jako UL (Unit Load), odpowiadającą rezystancji około 12 kΩ.
Podstawowe zasady:
- Urządzenia MASTER muszą obsługiwać 32 jednostki obciążenia (32 UL).
- Każde urządzenie SLAVE ma określone obciążenie, najczęściej 1 UL, ale nowoczesne urządzenia mogą mieć mniejsze wartości (np. ½ UL, ¼ UL, ⅛ UL).
Jak obciążenie RS-485 wpływa na liczbę urządzeń?
Im mniejsze obciążenie jednostkowe, tym więcej urządzeń można podłączyć do jednej magistrali:
- 1 UL do 32 urządzeń
- ½ UL do 64 urządzeń
- ¼ UL do 128 urządzeń
- ⅛ UL do 256 urządzeń
Dlaczego to ważne?
Przekroczenie dopuszczalnego obciążenia powoduje: spadek amplitudy sygnału, błędy komunikacji, niestabilną pracę magistrali.
Dlatego zawsze sprawdzaj w dokumentacji urządzeń np. liczników wartość UL i sumuj obciążenia w całej sieci.
RS-485 – praktyczna wskazówka
Jeśli planujesz dużą sieć RS-485 wybieraj urządzenia o obciążeniu mniejszym niż 1 UL i w przypadku, gdy liczba urządzeń przekracza możliwości magistrali stosuj odpowiednio dobrane repeatery (np. RM-07) lub konwertery.
Jak sprawdzić, jakie UL ma licznik?
Każdy licznik lub urządzenie RS-485 ma w dokumentacji informację o obciążeniu magistrali. Szukaj w specyfikacji parametru Unit Load (UL) lub opisu „obciążenie magistrali RS-485”. Typowe oznaczenia:
- 1 UL – standardowe urządzenie (ok. 12 kΩ),
- ½ UL, ¼ UL, ⅛ UL – urządzenia o mniejszym obciążeniu, pozwalające na większą liczbę podłączeń.
Jeśli producent nie podaje informacji o UL, możesz omomierzem sprawdzić rezystancję między liniami A i B (przy odłączonym zasilaniu):
- ok. 12 kΩ przyjmujemy 1 UL,
- ok. 24 kΩ przyjmujemy ½ UL,
- ok. 48 kΩ przyjmujemy ¼ UL.
RS-485 – praktyczna rada
Przy zakupie różnych liczników zawsze sprawdź w dokumentacji UL, zsumuj obciążenia wszystkich urządzeń w magistrali, a jeśli przekraczasz 32 UL to zastosuj repeater lub podziel sieć na segmenty.
Dla chętnych wiedzy – zagadnienie jest szerzej opisane w opracowaniu F&F dotyczące Modbus RS-485 Pobierz >>
Najczęstsze pytania instalatorów dotyczące RS-485
Czy trzeba stosować skrętkę ekranowaną?
Skrętka ekranowana (np. F/UTP lub U/FTP) minimalizuje zakłócenia i poprawia jakość transmisji. Prawidłowo podłączony ekran chroni przed wpływem pól elektromagnetycznych, a skręcone żyły zapewniają równomierne warunki przesyłu sygnału różnicowego.
Czy można podłączyć RS-485 w gwiazdę?
Nie. RS-485 to magistrala liniowa. Rozgałęzienia typu „gwiazda” powodują odbicia sygnału i błędy transmisji. W ramach jednej magistrali urządzenia należy podłączać równolegle do dwużyłowej magistrali.
Czy można użyć rezystora terminującego 100 Ω zamiast 120 Ω?
W awaryjnych sytuacjach tak, ale najlepiej zgodne ze specyfikacją RS-485 stosować wartość 120 Ω.
Czy rezystor terminujący można wlutować w złącze?
Tak, jeśli urządzenie nie ma wbudowanego rezystora, można go dodać zewnętrznie np. w złączu śrubowym, na listwie zaciskowej lub w puszce.
W jaki sposób podłączać skrętkę komputerową do RS-485?
W przypadku stosowania kabla wieloparowego do podłączenia RS-485 należy wykorzystać tylko jedną parę żył.
Zastosowanie: monitoring zużycia energii w rozdzielnicach, integracja z systemami BMS i SCADA.
Ethernet
Ethernet jest jednym z najczęściej stosowanych standardów komunikacyjnych w automatyce budynkowej i przemysłowej. Wykorzystuje protokół TCP/IP, co pozwala na przesyłanie danych w sieciach LAN, czyli lokalnych sieciach komputerowych łączących urządzenia w jednym obiekcie np. komputer, sterownik, licznik, router. Dzięki temu urządzenia mogą wymieniać dane i komunikować się w obrębie tej samej infrastruktury. W praktyce Ethernet zapewnia fizyczną i łączeniową warstwę transmisji dla protokołów takich jak Modbus TCP, umożliwiając komunikację pomiędzy sterownikami, licznikami energii, modułami pomiarowymi i systemami nadrzędnymi.
Zalety Ethernetu w automatyce:
- Wysoka szybkość transmisji danych
- Obsługa wielu urządzeń bez ograniczeń typowych dla magistrali RS‑485
- Łatwa rozbudowa sieci dzięki topologii gwiazdy
- Możliwość tworzenia hierarchicznych struktur drzewa poprzez łączenie switchy
- Zdalny dostęp do urządzeń i integracja z systemami IT
W praktyce pomiędzy licznikiem a switchem oraz pomiędzy kolejnymi switchami należy stosować kable ułożone w topologię gwiazdy. Cała instalacja, w której kilka switchy obsługuje podłączone urządzenia, tworzy strukturę drzewa, co pozwala skalować i łatwo rozbudowywać sieć.
 |
 |
Wymagania instalacyjne sieci Ethernet
Do poprawnego działania sieci Ethernet należy stosować skrętkę U/UTP lub F/UTP kategorii co najmniej 5e, zakończoną złączami RJ‑45. Każde urządzenie w sieci Ethernet musi mieć własny, unikalny adres IP, co można porównać do numeru domu w ulicy, który pozwala znaleźć właściwe urządzenie. Konfiguracja TCP/IP w sieci Ethernet obejmuje trzy podstawowe elementy:
- Adres IP – identyfikator urządzenia w sieci
- Maska – informuje, która część adresu należy do sieci
- Brama – wskazuje drogę do internetu lub innej sieci
Dla wielu instalatorów omawiane tu pojęcia są trudne, ale konfigurację urządzeń można zlecić osobie, która w danym budynku tworzy lub serwisuje sieć internetową.
Ogólny schemat integracji w sieci Ethernet
Urządzenia końcowe (np. liczniki) podłączamy do switchy w topologii gwiazdy. Konwertery RS‑485 do Ethernetu (np. CN‑ETH‑485) umożliwiają komunikację urządzeń Modbus RTU z systemami Modbus TCP. Sieć LAN zapewnia połączenie z systemem nadrzędnym np. BMS lub SCADA, a serwer lub sterownik główny obsługuje protokół Modbus TCP.
Najczęściej zadawane pytania instalatorów dotyczące Ethernetu
Czy Ethernet wymaga specjalnych kabli?
Tak, należy stosować skrętkę komputerową U/UTP lub F/UTP lub S/FTP kategorii minimum 5e. W środowiskach z silnymi zakłóceniami elektromagnetycznymi w celu ograniczenia ich wpływu na przesyłane dane zaleca się kable ekranowane (F/UTP, U/FTP, S/FTP).
Czy można prowadzić Ethernet w gwiazdę?
Tak, to podstawowa topologia Ethernetu. Każde urządzenie łączy się bezpośrednio ze switchem, a kolejne switche można łączyć w strukturę drzewa.
Czy Ethernet wymaga adresów IP?
Tak, każde urządzenie musi mieć unikalny adres IP. Bez tego komunikacja w sieci nie będzie możliwa.
Czy Ethernet działa przez Wi-Fi?
Tak, protokoły oparte na TCP/IP mogą działać przez Wi-Fi, ale ze względu na stabilność i odporność na zakłócenia w automatyce zaleca się połączenia przewodowe.
Czy Ethernet można łączyć z RS‑485?
Tak, za pomocą konwerterów protokołów (gateway), które „zamykają” (enkapsulacja) Modbus RTU w warstwie TCP/IP lub „tłumaczą” komunikację między Modbus RTU a Modbus TCP.
Modbus TCP (Ethernet)
Modbus TCP to odmiana protokołu Modbus działająca w sieci Ethernet, czyli w tej samej technologii, którą wykorzystujemy w domowych i firmowych sieciach komputerowych. Dzięki temu komunikacja z licznikami energii jest szybka, stabilna i może odbywać się zarówno w sieciach lokalnych (np. w obrębie budynku), jak i zdalnie przez Internet. Wykorzystanie standardowego okablowania sieciowego (skrętki komputerowej) oraz typowych urządzeń sieciowych, takich jak routery czy switche, sprawia, że Modbus TCP jest łatwy do integracji z istniejącą infrastrukturą IT.
Co to jest Ethernet?
Ethernet to technologia tworząca sieć komputerową (LAN), która umożliwia komunikację urządzeń przez kabel. Jeśli w domu lub biurze masz router i kilka komputerów, to właśnie Ethernet odpowiada za ich połączenie. Dzięki temu:
- komputery korzystają z Internetu,
- mogą się nawzajem „widzieć” (np. udostępniać pliki, drukarki, dyski sieciowe),
- komunikują się z innymi urządzeniami (np. kamerami IP, licznikami energii, sterownikami Smart Home).
W firmach wygląda to podobnie, to Ethernet łączy komputery pracowników, serwery, drukarki, a także systemy monitoringu i automatyki, tworząc szybką, stabilną sieć lokalną.
Dlaczego warto stosować Modbus TCP?
Modbus TCP korzysta z tej samej infrastruktury, co komputery, co oznacza, że licznik energii może być odczytywany z dowolnego miejsca w sieci, bez dodatkowych przewodów czy konwerterów. To rozwiązanie jest szczególnie wygodne w obiektach komercyjnych i przemysłowych, gdzie integracja z serwerami danych, aplikacjami webowymi i systemami BMS jest kluczowa.
Co warto wiedzieć o Modbus TCP
Modbus TCP i Modbus TCP/IP oznaczają w praktyce ten sam protokół. Nazwa „Modbus TCP” jest oficjalna i odnosi się do sposobu komunikacji w sieci Ethernet, natomiast „TCP/IP” podkreśla, że protokół działa w oparciu o stos TCP/IP (warstwa transportowa TCP i warstwa sieciowa IP). Obie nazwy są poprawne, ale w dokumentacji technicznej najczęściej używa się określenia Modbus TCP.
Zastosowanie: obiekty komercyjne, przemysł, integracja z serwerami danych i aplikacjami webowymi.
Najczęściej zadawane pytania instalatorów dotyczące Modbus TCP
Czy Modbus TCP wymaga specjalnych kabli?
Nie. Wystarczy standardowa skrętka komputerowa (np. U/UTP lub F/UTP) zgodna z kategorią sieci (Cat 5e, Cat 6). W środowiskach z zakłóceniami elektromagnetycznymi zaleca się stosowanie kabli ekranowanych (np. F/UTP, U/FTP, S/FTP).
Czy w Modbus potrzebny jest rezystor terminujący jak w RS-485?
Nie. Ethernet to technologia oparta na switchach i punktach dostępowych, a nie na magistrali liniowej. Odbicia sygnału są eliminowane przez urządzenia sieciowe, więc rezystory terminujące nie są stosowane.
Czy można podłączyć urządzenia Modbus TCP bezpośrednio do komputera?
Tak, jeśli komputer ma kartę sieciową i odpowiednie oprogramowanie (np. SCADA, BMS lub aplikację producenta). W praktyce jednak zaleca się stosowanie switcha lub routera, aby sieć umożliwiała dalszą rozbudowę.
Czy Modbus TCP działa przez Wi-Fi?
Tak, protokół Modbus TCP opiera się na warstwie IP, więc może działać zarówno przez przewód, jak i przez sieć bezprzewodową. Należy jednak pamiętać, że Wi-Fi jest bardziej podatne na zakłócenia i opóźnienia, co może wpływać na niezawodność komunikacji w systemach automatyki.
Jakie są typowe problemy w konfiguracji Modbus TCP?
Najczęściej pojawiają się błędy związane z adresacją IP (np. konflikt adresów, brak ustawienia maski sieciowej) oraz z konfiguracją portów w firewallu. Standardowy port dla Modbus TCP to 502 – musi być otwarty w sieci i urządzeniach.
Czy można łączyć Modbus TCP z Modbus RTU?
Tak, ale wymaga to konwertera protokołów (gateway), który „tłumaczy” komunikację między RS-485 a Ethernetem. To popularne rozwiązanie w instalacjach, gdzie część urządzeń działa w magistrali RS-485, a część w sieci Ethernet.
Ethernet (bez Modbus)
Niektóre liczniki oferują komunikację Ethernetową bez protokołu Modbus np. przez HTTP, SNMP lub dedykowane API. Umożliwia to integrację z systemami IT, aplikacjami mobilnymi lub chmurą producenta.
Zastosowanie: nowoczesne instalacje domowe, Smart Home, zdalny dostęp przez aplikację.
GSM / GPRS / UMTS – komunikacja za pomocą sieci komórkowych
To technologie transmisji danych wykorzystywane w licznikach energii elektrycznej, które umożliwiają zdalny dostęp do danych przez sieć operatora komórkowego (podobnie jak telefon komórkowy łączy się z Internetem). Licznik wyposażony w modem komórkowy może przesyłać dane pomiarowe do chmury, aplikacji lub systemu monitoringu bez potrzeby podłączania go do Wi-Fi, lub lokalnej sieci kablowej.
Do działania wymagane są:
- karta SIM lub e-SIM z aktywną usługą transmisji danych,
- odpowiedni zasięg sieci komórkowej w miejscu instalacji.
UWAGA!
Bardzo rzadko spotyka się liczniki energii elektrycznej z fabrycznie wbudowanym modemem komunikacyjnym. W praktyce, gdy mówi się o liczniku komunikującym się np. przez GSM, jest to skrót myślowy – fizycznie realizuje się taką komunikację za pomocą liczników obsługujących określony protokół oraz konwerterów z wbudowanym modemem, np. CN-GPRS-485, które umożliwiają transmisję danych przez sieć komórkową.
Zmiany technologiczne – ważna uwaga przed zakupem!
Na przestrzeni lat zmieniały się standardy sieci komórkowych. Obecnie w Polsce trwa likwidacja sieci 3G (UMTS – większość operatorów zakończy jej działanie do końca 2025 roku). Co ciekawe, według dostępnych informacji starsza sieć 2G (GSM/GPRS) pozostaje aktywna i będzie utrzymywana dłużej, bo nawet do 2028 – 2030 roku. Dzieje się tak, ponieważ 2G nadal obsługuje wiele prostych urządzeń M2M/IoT (np. liczniki, terminale płatnicze, lokalizatory), których masowa wymiana byłaby kosztowna i czasochłonna.
Dlatego przed zakupem licznika z komunikacją komórkową należy:
- sprawdzić, jaką technologię obsługuje modem (2G, 3G, LTE),
- upewnić się, że sieć danego typu nie jest w trakcie likwidacji,
- zweryfikować, czy urządzenie nie pochodzi z wyprzedaży starszych modeli, które obecnie mogą być w bardzo atrakcyjnych cenach, działają, ale wkrótce mogą stracić łączność.
W nowych instalacjach zaleca się wybór liczników z modemem LTEM (czyli kat. M1, 4G) lub NB-IoT, które są zgodne z aktualnymi i przyszłymi standardami sieci komórkowej. NB-IoT (Narrowband Internet of Things) to technologia komunikacji bezprzewodowej komunikacji komórkowej opracowana specjalnie dla urządzeń IoT (Internetu Rzeczy).
Zastosowanie: obiekty rozproszone, monitoring zużycia energii w czasie rzeczywistym, instalacje bez dostępu do sieci lokalnej.
Kończąc omawianie protokołów przypomnę i wyjaśnię:
Co to jest RS-485?
RS‑485 to jeden z najczęściej spotykanych i najbardziej mylących terminów stosowanych w dokumentacji liczników energii. Dlaczego?
Ponieważ:
- RS‑485 nie jest protokołem.
- RS-485 jest standardem transmisji danych który występuje w różnych protokołach, czyli sposobem przesyłania sygnału po kablu.
Najłatwiej to wyjaśnić na przykładzie który można porównać do autostrady: sama droga nie mówi, jakie samochody po niej jeżdżą, ale określa zasady ruchu. Na tej „autostradzie” (kablu) mogą jeździć różne „auta” czyli protokoły komunikacyjne.
W jakich protokołach występuje RS‑485?
Najczęściej spotykane protokoły działające na RS‑485 (w standardzie RS-485) to:
- Modbus RTU – najpopularniejszy w automatyce i licznikach energii.
- BACnet MS/TP – w systemach automatyki budynkowej (BMS).
- Profibus DP – w przemyśle (sterowniki, linie technologiczne).
- DNP3 – w energetyce (systemy SCADA, stacje rozdzielcze).
- IEC 60870‑5‑101 – w telemechanice i systemach przesyłu energii.
- oraz różne protokoły własnościowe pisane przez producentów.
Do tej pory omówiłem kilka protokołów komunikacyjnych, a teraz przejdę do najczęściej spotykanych w praktyce sytuacji, czyli integracji różnych protokołów.
Integracja różnych protokołów komunikacyjnych w instalacjach z licznikami energii
W realnych instalacjach elektrycznych rzadko spotykamy sytuację, w której wszystkie urządzenia korzystają tylko z jednego protokołu komunikacyjnego. Najczęściej mamy do czynienia z mieszanym środowiskiem, gdzie liczniki energii, sterowniki PLC, moduły pomiarowe i systemy nadrzędne (BMS, SCADA, Smart Home) wykorzystują różne standardy transmisji danych. Aby zapewnić spójność i niezawodność komunikacji, konieczna jest integracja tych protokołów.
Dlaczego integracja różnych protokołów jest potrzebna?
W budynkach wielolokalowych, zakładach przemysłowych czy inteligentnych domach stosuje się liczniki z M-Bus, Modbus RTU, Modbus TCP, Ethernet, a czasem także komunikację bezprzewodową (Wireless M-Bus, GSM/LTE). Przypominam łącząc protokoły mamy różne wymagania funkcjonalne: M-Bus jest idealny do odczytu wielu liczników mediów, RS-485 z Modbus RTU sprawdza się w automatyce, a Ethernet z Modbus TCP umożliwia integrację z systemami IT. Jeśli chcemy, aby dane z różnych źródeł trafiły do jednego nadrzędnego systemu, potrzebne są konwertery i koncentratory.
W praktyce instalatorzy napotykają szereg problemów, które mogą prowadzić do braku komunikacji, błędów odczytu lub niestabilności systemu. Najczęstsze to:
Błędy w warstwie fizycznej:
- Brak rezystorów terminujących w RS‑485 (przypominam – szczególnie przy dużych prędkościach lub długich przewodach magistrala RS-485 bez terminacji powoduje odbicia sygnału i błędy transmisji).
- Nieprawidłowa topologia – jak zostało już omówione w tym poradniku RS‑485 i M‑Bus wymagają magistrali liniowej, tymczasem instalatorzy często stosują typ gwiazdy, co generuje odbicia i zakłócenia.
- Złe okablowanie – brak skrętki ekranowanej, prowadzenie przewodów komunikacyjnych równolegle z zasilającymi, brak uziemienia ekranu (zagadnienie opisałem poradniku: Jak dobrać i ułożyć kable i przewody teleinformatyczne?).
Przekroczenie obciążenia magistrali:
- RS‑485 ma limit 32 jednostek obciążenia (UL). Podłączenie większej liczby urządzeń bez repeaterów powoduje spadek amplitudy sygnału i utratę komunikacji.
- W M‑Bus zbyt długa magistrala lub podłączonych zbyt wiele urządzeń bez kontroli spadków napięcia (max 10 V) skutkuje niestabilnością.
Problemy z konwerterami i integracją:
- Niewłaściwy typ konwertera – mylenie M‑Bus z Modbus RTU. M‑Bus wymaga napięcia ok. 36 V, więc konwerter RS‑485 nie będzie działał.
- Słabej jakości konwertery USB‑RS‑485 – najczęściej pozornie tanie urządzenia (bez porządnej dokumentacji) często nie obsługują wszystkich trybów transmisji, co powoduje błędy w komunikacji.
- Brak izolacji galwanicznej – może prowadzić do zakłóceń i uszkodzeń urządzeń.
Parametry transmisji i adresacja:
- Nieprawidłowe ustawienia – różne prędkości transmisji (baudrate), bity parzystości, liczba bitów stopu w urządzeniach.
- Konflikty adresów – duplikacja adresów slave w Modbus lub brak unikalnych identyfikatorów w M‑Bus.
Zakłócenia elektromagnetyczne EMC:
- Silniki, falowniki i zasilacze impulsowe (również te wbudowane w urządzenia) generują zakłócenia, które wpływają na komunikację również w protokołach RS‑485 i PLC. Brak ekranowania i prawidłowego podłączenia do uziemienia ekranów kabli może znacznie pogorszyć komunikację.
Problemy przy mieszaniu protokołów:
- Brak kompatybilności – system nadrzędny obsługuje np. Modbus TCP, a urządzenia pracują w Modbus RTU lub M‑Bus. W takich sytuacjach wymagane są gateway’e tłumaczące protokoły.
- Opóźnienia w konwerterach – niektóre przejściówki USB ‑ RS‑485 mają duże bufory, co powoduje timeout a w konsekwencji błędy w komunikacji Modbus.
Chcesz wiedzieć więcej? Kilka przykładów wraz z schematami jest pokazane w krótkim opracowaniu F&F Pobierz >>
Ponieważ jest to poradnik przeznaczony również dla mniej zaawansowanych użytkowników wyjaśnię dwa użyte powyżej pojęcia:
Bit parzystości – o co chodzi?
Wyobraź sobie, że urządzenia przesyłają dane w postaci ciągu zer i jedynek (np. 10101100). Aby sprawdzić, czy dane dotarły poprawnie, dodaje się dodatkowy bit kontrolny, zwany bitem parzystości.
Jak działa Bit parzystości?
Liczymy, ile jest „jedynek” w przesyłanych danych. Jeśli ustawimy:
- parzystość (ang. even), to bit kontrolny sprawia, że suma jedynek jest parzysta,
- nieparzystość (ang. odd), to suma jedynek ma być nieparzysta.
Przykład:
Dane: 10101100 (ma 4 jedynki – liczba parzysta). Przy ustawieniu parzystości (even) bit kontrolny = 0 (bo już jest parzyście), ale przy nieparzystości (odd) bit kontrolny = 1 (żeby suma była nieparzysta).
Dlaczego stosuje się takie zabezpieczenie?
Jeśli „urządzenie” odbiorcze policzy jedynki i zobaczy, że suma się nie zgadza, wie, że wystąpił błąd w transmisji.
Dlaczego bity kontrolne mogą powodować problemy?
Jeśli jedno urządzenie ustawi „even”, a drugie „odd” albo wyłączy parzystość, komunikacja się nie uda – urządzenia „nie rozumieją” się nawzajem.
Co to jest Bit stopu?
Wyobraź sobie, że urządzenia przesyłają dane w „paczkach” (ramkach), które zaczynają się od bitu startu i kończą bitem stopu.
Bit stopu to taki „znak końca zdania” w komunikacji, który informuje odbiornik, że dana paczka się skończyła i można przygotować się na kolejną.
Jak działa Bit stopu?
Po wysłaniu wszystkich bitów danych i ewentualnego bitu parzystości, nadajnik dodaje 1 lub 2 bity stopu. Odbiornik wie, że po tych bitach nastąpi przerwa i kolejny bajt danych.
Dlaczego Bit stopu jest ważny?
Jeśli jedno urządzenie ustawi 1 bit stopu, a drugie oczekuje 2 bity, odbiornik „pogubi się” i zacznie czytać dane w złym momencie, co spowoduje błędy komunikacji.
Przykład:
Ustawienia portu: 9600, 8N1 oznacza:
- 9600 – prędkość transmisji (baudrate),
- 8 – liczba bitów danych,
- N – brak parzystości,
- 1 – jeden bit stopu.
Jeśli drugie urządzenie ma ustawione: 9600, 8N2, komunikacja się nie uda.
Bit stopu – podsumowanie
Bit stopu to „pauza” na końcu każdej paczki danych. Musi być zgodny w obu komunikujących się urządzeniach, inaczej pojawią się błędy i poprawna komunikacja nie dojdzie do skutku.
Najczęstsze problemy z integracją liczników energii z Home Assistant
Home Assistant (HA) jest popularną platformą stosowaną do integracji wielu urządzeń i protokołów automatyki domowej. W przypadku liczników energii przed rozpoczęciem konfiguracji warto znać kilka trudności, które mogą pojawić się w trakcie prac.
Brak natywnej obsługi protokołów przemysłowych
HA bez dodatkowych komponentów lub integracji nie obsługuje bezpośrednio Modbus RTU (RS‑485) czy M‑Bus. Do skutecznej komunikacji wymagane są konwertery protokołów (np. RS‑485 na Ethernet) oraz konfiguracja w YAML, co bywa problematyczne dla osób bez doświadczenia. Należy uwzględnić, że dodatkowe urządzenia zwiększają koszty i złożoność instalacji.
Problemy z konwerterami i gateway’ami
Kiepskiej jakości najczęściej kuszące atrakcyjną ceną konwertery np. USB na RS‑485 często powodują błędy w komunikacji z HA (opóźnienia, brak odpowiedzi).
Brak izolacji galwanicznej magistrali
Może prowadzić do zakłóceń i restartów urządzeń (zagadnienie krótko wyjaśnię w dalszej części).
Konfiguracja Modbus w HA
Adresacja i parametry transmisji, najczęściej błędne ustawienia baudrate, parzystości czy adresów slave skutkują brakiem odczytu danych.
Timeout i buforowanie
HA wymaga precyzyjnych czasów odpowiedzi, a niektóre konwertery wprowadzają opóźnienia.
Integracja przez Ethernet
(Modbus TCP) – Wymaga stabilnej sieci LAN i poprawnej konfiguracji IP.
Konflikty adresów IP lub błędne porty
Standardowy port Modbus TCP to 502 – jest to częste źródło problemów.
Problemy z MQTT i chmurą
Niektóre liczniki oferują integrację przez MQTT lub API producenta, ale wymaga to dodatkowej konfiguracji i często nie jest zgodne z lokalnymi standardami bezpieczeństwa.
Brak szyfrowania lub certyfikatów SSL
Może blokować komunikację.
Aktualizacje i kompatybilność
Po aktualizacji HA zdarzają się zmiany w integracjach, które powodują brak odczytu danych z liczników co skutkuje koniecznością ręcznej edycji plików YAML lub ponowną konfigurację.
Jak minimalizować problemy z Home Assistant?
- Wybieraj liczniki z obsługą Modbus TCP lub MQTT, które są łatwiejsze do integracji z HA.
- Stosuj sprawdzone konwertery z izolacją galwaniczną i wsparciem producenta.
- Dokumentuj konfigurację YAML i wykonuj kopie zapasowe przed aktualizacją HA.
- Przy M‑Bus używaj koncentratorów z wyjściem Modbus TCP lub MQTT.
W powyższym rozdziale użyłem kilka pojęć, które mogą być niezrozumiałe więc wyjaśnię:
Co to jest izolacja galwaniczna?
To „oddzielenie elektryczne” dwóch obwodów, które się komunikują. Dzięki temu sygnały mogą przechodzić, ale prąd i napięcie się nie przedostaną, to tak jakby między nimi była szybka z okienkiem, przez które przechodzą tylko informacje, a nie napięcie i prąd.
Dlaczego brak izolacji galwanicznej jest problemem?
Zagadnienie dotyczy większych instalacji a w szczególności tych, w których urządzenia są zasilane z kilku różnych źródeł (różne rozdzielnice, różne fazy bez wspólnego dobrze wykonanego uziemienia i systemu wyrównania potencjałów). W takim wypadku, jeśli urządzenia są połączone bez izolacji galwanicznej, ich masy (punkty odniesienia napięcia) są bezpośrednio połączone. W praktyce, gdy w jednym urządzeniu pojawi się różnica potencjałów (np. przez zakłócenia, przepięcia), niekontrolowane prądy mogą popłynąć pomiędzy urządzeniami, co może spowodować zakłócenia w komunikacji, a nawet restart lub uszkodzenie elektroniki liczników, konwerterów (ogólnie elektroniki).
Jak izolacja galwaniczna pomaga?
Izolacja galwaniczna (np. przez transoptory lub izolatory RS‑485) działa jak „filtr bezpieczeństwa”, bo przepuszcza dane, ale blokuje prąd i różnice napięć. Dzięki temu komunikacja jest stabilna, i urządzenia są chronione przed zakłóceniami i przepięciami.
Co to jest warstwa natywna?
Warstwa natywna oznacza wbudowaną w system lub urządzenie obsługę wybranego protokołu, na przykład M‑Bus, RS‑485 czy Ethernet. Jeśli sterownik ma natywną integrację z wybranym protokołem, to oznacza, że komunikacja działa bez dodatkowych konwerterów czy aplikacji i wystarczy włączyć odpowiednią opcję w konfiguracji. Można to porównać do sytuacji, gdy telefon od razu obsługuje Wi-Fi, bez instalowania dodatkowych sterowników.
Jeśli w jakimś opracowaniu wspomniane jest, że Home Assistant ma natywną integrację to oznacza, że platforma HA ma oficjalną integrację i obsługę danego protokołu (np. Modbus TCP, MQTT, API producenta). W praktyce wystarczy włączyć integrację w konfiguracji (np. w pliku YAML lub przez interfejs). Warto zaznaczyć, że nie zawsze obejdzie się bez dodatkowego sprzętu. Jeśli licznik obsługuje tylko RS‑485 (Modbus RTU), a Home Assistant działa w sieci Ethernet, potrzebny będzie konwerter RS‑485 na Ethernet. W tym wypadku natywna integracja dotyczy obsługi protokołu w oprogramowaniu HA, a nie fizycznego interfejsu.
Co to jest MQTT?
MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) to protokół komunikacyjny używany w automatyce i IoT. Działa jak „posłaniec”, który przekazuje dane między urządzeniami a systemem nadrzędnym. Wyobraź sobie, że licznik energii wysyła informacje o zużyciu do „pośrednika” (broker MQTT), a Home Assistant odbiera te dane i pokazuje je w aplikacji. Dzięki temu urządzenia nie muszą komunikować się bezpośrednio i wystarczy, że „rozmawiają” z brokerem.
Co to jest API?
Application Programming Interface (w skrócie API) to zestaw zasad i „drzwi”, przez które aplikacje mogą się ze sobą komunikować. Jeśli licznik ma API, oznacza to, że np. Home Assistant może pobierać z niego dane przez Internet lub sieć lokalną. Można to porównać do okienka w urzędzie – jeśli wiesz, gdzie zapukać i jakie dokumenty (parametry) podać, dostaniesz potrzebne informacje.
Co to jest certyfikat SSL?
Certyfikat SSL to „pieczęć bezpieczeństwa” w komunikacji internetowej. Dzięki SSL dane są szyfrowane, co chroni je przed nieautoryzowanym dostępem. Najłatwiej wytłumaczyć to na uproszczonym przykładzie. Jeśli licznik wysyła dane do chmury producenta, certyfikat SSL sprawia, że nikt po drodze nie podejrzy tych informacji. Bez SSL połączenie jest mniej bezpieczne.
Co to jest YAML?
YAML to prosty format plików tekstowych używany do konfiguracji w Home Assistant. Otwarty w notatniku wygląda jak czytelna lista, gdzie każda linia określa dany parametr. Poniżej przykład konfiguracji Modbus TCP w YAML:
| 1 modbus: 2 type: tcp 3 host: 192.168.1.100 4 port: 502 |
Dzięki YAML w prosty sposób możesz ustawić adres IP licznika, port komunikacyjny i inne parametry.
Rozmawiając o licznikach z komunikacją prędzej czy później spotkamy się z tabelą rejestrów, a ponieważ wiele osób nie rozumie tego zagadnienia postanowiłem je omówić.
Tabela rejestrów komunikacyjnych – o co chodzi?
Tabela rejestrów komunikacyjnych wyjaśnia, jak interpretować dane w dokumentacji urządzenia:
- Rejestr – adres miejsca w pamięci licznika, gdzie przechowywany jest konkretny parametr (np. napięcie, prąd). Może być zapisany w formie dziesiętnej (Dec) lub szesnastkowej (Hex).
- Funkcja – nazwa parametru, np. „Napięcie fazowe”, „Energia czynna”.
- Typ – format danych w rejestrze:
- U16 – liczba 16-bitowa bez znaku,
- U32 – liczba 32-bitowa bez znaku,
- FLOAT – liczba zmiennoprzecinkowa w standardzie IEEE 754.
- R/W – określa, czy parametr można tylko odczytać (R), tylko zapisać (W), czy odczytać i zapisać (R/W).
- Ilość – ile rejestrów zajmuje dany parametr (np. wartość 32-bitowa wymaga dwóch rejestrów).
- Nastawy – zakres wartości, które można ustawić (np. limity prądu, napięcia).
A tak po „naszemu” 😉
Tabela rejestrów jest instrukcją dla integratora lub instalatora, w jaki sposób ma komunikować się z licznikiem przez protokół (np. Modbus).
Dzięki niej wiadomo:
- pod jaki adres wysłać zapytanie,
- w jakim formacie odebrać dane,
- czy można zmienić wartość (np. ustawić próg alarmu),
- ile rejestrów trzeba odczytać, aby uzyskać pełną wartość.
Bez informacji zawartych w tabeli rejestrów nie da się poprawnie skonfigurować integracji z systemem nadrzędnym (BMS, SCADA, Home Assistant), bo każdy protokół wymaga znajomości adresów i typów danych.
Dane stało i zmiennoprzecinkowe
Należy mieć świadomość, że w protokołach komunikacji występują zarówno dane stałoprzecinkowe, jak i zmiennoprzecinkowe:
- Stałoprzecinkowe (U16, U32) – to liczby całkowite zapisane w określonej liczbie bitów (np. 16-bitowe lub 32-bitowe). Używane do parametrów takich jak adresy, stany, liczniki impulsów, wartości bez ułamków.
- Zmiennoprzecinkowe (FLOAT) – liczby umożliwiające zapis wartości z częścią ułamkową zgodnie ze standardem IEEE 754. W przeciwieństwie do liczb całkowitych pozwalają reprezentować wielkości ciągłe i szeroki zakres wartości, co czyni je odpowiednimi do parametrów wymagających części ułamkowej, takich jak napięcie, prąd, moc czy energia.
Dlaczego informacja w jakiej formie są dane jest taka ważna?
System nadrzędny (np. BMS, Home Assistant, sterownik PLC) musi wiedzieć, w jakim formacie odczytać dane z rejestru. Jeśli odczytasz wartość FLOAT jako U16, wynik będzie błędny.
Stałoprzecinkowe i zmiennoprzecinkowe formaty danych w praktyce
Każdy protokół komunikacyjny musi określić sposób reprezentacji danych liczbowych, ponieważ urządzenia wymieniają informacje w formie binarnej, czyli w systemie, w którym wszystkie informacje są zapisywane za pomocą dwóch stanów: 0 i 1. Te stany odpowiadają wartościom logicznym (fałsz / prawda) lub sygnałom elektrycznym (np. brak napięcia / obecność napięcia).
W praktyce format danych (np. stałoprzecinkowy lub zmiennoprzecinkowy zgodny z IEEE 754) definiuje producent licznika, a szczegóły są opisane w dokumentacji urządzenia lub w mapie rejestrów.
Podsumowując: w protokołach opartych na rejestrach, takich jak Modbus RTU (RS‑485) czy Modbus TCP (Ethernet), wartości pomiarowe mogą być zapisane w różnych formatach (stałoprzecinkowym lub zmiennoprzecinkowym) a wybór formatu zależy od producenta.
W jaki sposób dane są przechowywane w rejestrze i dlaczego musimy to wiedzieć?
Załóżmy, że licznik energii zapisuje wartość energii czynnej jako liczbę 32-bitową (U32), czyli potrzebuje dwóch rejestrów po 16 bitów np.:
- Rejestr 40001 = pierwsze 16 bitów (tzw. „High”)
- Rejestr 40002 = drugie 16 bitów (tzw. „Low”)
Co się stanie, jeśli odczytasz tylko jeden rejestr?
Otrzymasz połowę danych, czyli tylko część liczby i wynik będzie niepoprawny np. zamiast 123456 kWh zobaczysz wartość typu 1234 lub zupełnie losową liczbę.
Dlaczego? Bo system interpretuje dane jako kompletne, a w rzeczywistości brakuje drugiej części. Nasuwa się pytanie:
Czy w przypadku zapisu wartości w dwóch rejestrach odczyt jednej jego części może „zadziałać” i dać poprawny odczyt?
Tak, ale tylko w jednym przypadku, gdy wartość mieści się w pierwszych 16 bitach (np. bardzo mała liczba, do 65535). Wtedy druga część jest zerowa, więc wynik będzie poprawny. W praktyce przy parametrach takich jak energia, moc czy napięcie, błąd wystąpi prawie zawsze, bo wartości są większe niż zakres 16-bitowy.
Jak uniknąć błędu z odczytem rejestrów?
W protokołach opartych na rejestrach, takich jak Modbus RTU (RS‑485), Modbus TCP (Ethernet), a także w niektórych odmianach M‑Bus, CANopen czy BACnet MS/TP, dane są zapisywane w blokach 16‑bitowych. Jeśli urządzenie udostępnia wartości 32‑bitowe (np. U32, FLOAT zgodny z IEEE 754), dokumentacja powinna wskazywać, ile rejestrów należy odczytać. Najczęściej są to dwa rejestry dla jednej 32‑bitowej wartości. Wówczas system nadrzędny (np. BMS, SCADA, Home Assistant) musi pobrać oba rejestry i połączyć je w jedną liczbę.
Problem kolejności słów i bajtów
To, co poniżej przeczytasz, dla elektryka może wyglądać jak szyfr z kosmosu, i w sumie tak jest 😉 Dlatego przyjmij, że to skomplikowane, a do integracji zatrudnij kogoś, kto naprawdę lubi takie łamigłówki.
Warto wiedzieć, że Modbus i podobne protokoły nie narzucają jednolitego standardu kolejności rejestrów ani bajtów przy zapisie 32‑bitowych danych. W efekcie producenci stosują różne rozwiązania. Najczęściej spotykane są:
Kolejność rejestrów (word order):
- High word – Low word (pierwszy rejestr zawiera starsze 16 bitów)
- Low word – High word (pierwszy rejestr zawiera młodsze 16 bitów)
Kolejność bajtów w rejestrze (byte order):
- Big‑endian (najpierw bajt starszy)
- Little‑endian (najpierw bajt młodszy)
Kombinacje:
- zamiana kolejności rejestrów (word swap)
- zamiana bajtów w rejestrze (byte swap)
- układy złożone (np. ABCD, CDAB, BADC, DCBA)
Dlatego samo odczytanie dwóch rejestrów nie wystarczy, bo trzeba znać zarówno kolejność słów, jak i bajtów.
Jak postępować w praktyce?
1. Sprawdź dokumentację urządzenia, w której powinieneś znaleźć informacje o:
- liczbie rejestrów dla danej wartości
- adresach rejestrów
- sposobie scalania danych (kolejność słów i bajtów)
2. Gdy dokumentacja nie podaje szczegółów to musisz wykonać test:
- Odczytaj wartość, której się spodziewasz (np. napięcie ~230 V)
- Przetestuj różne kombinacje układu bajtów i rejestrów (ABCD, BADC, CDAB, DCBA)
- Wybierz wariant, który daje prawidłowy wynik
3. W systemie nadrzędnym ustaw:
- odczyt odpowiedniej liczby rejestrów (zwykle 2 dla 32 bitów)
- właściwy tryb interpretacji danych (word swap, byte swap) zgodny z możliwościami systemu nadrzędnego.
Dlaczego to ważne?
Nieprawidłowa interpretacja kolejności rejestrów lub bajtów może prowadzić do skrajnie błędnych wyników np. zamiast 230 V możesz zobaczyć wartość rzędu kilku milionów, liczbę ujemną lub kompletnie niepasujące dane. Dlatego zawsze sprawdzaj dokumentację producenta i w praktyce testuj konfigurację urządzenia.
Stałe czy zmienne adresy IP – rozważania w kontekście liczników z komunikacją
Każde urządzenie w sieci Ethernet (np. licznik energii, sterownik, komputer), aby można było się z nim połączyć musi mieć adres IP. Ten adres może być:
- Zmienny (Dynamiczny IP)
- Stały (Statyczny IP)
Zmienny adres IP
Czyli dynamiczny adres IP jest automatycznie przydzielany każdemu urządzeniu wpiętemu w sieć Ethernet przez router (DHCP). Najczęściej po restarcie routera lub urządzenia dane urządzenie otrzymuje nowy, inny numer IP. Jest to wygodne w małych sieciach bez automatyki, ponieważ z punktu widzenia użytkownika nie trzeba nic konfigurować.
Niestety zmienny adres IP, może stwarzać problemy w instalacjach w których zastosowana jest automatyka lub wykonane są integracje.
Dlaczego? Jeśli licznik ma zmienne IP, system nadrzędny (np. Home Assistant, BMS) może go „zgubić”, bo adres się zmienił. Wtedy odczyt danych przestaje działać.
Stały adres IP
Czyli statyczny adres IP jest na stałe ustawiany w routerze. Oznacza to, że dane urządzenie zawsze otrzymuje taki sam adres IP, który nie zmienia się np. po restarcie.
Dlaczego warto ustawić stałe IP?
Gdy integrujesz licznik z systemem (Modbus TCP, API, MQTT), adres IP jest wpisany w konfiguracji. Jeśli IP się zmieni, komunikacja padnie, dlatego stały adres IP zapewnia stabilność i niezawodność. Jest to szczególnie ważne w: instalacjach przemysłowych, systemach BMS i SCADA, integracji np. z Home Assistant.
Nadal trudne? To wyobraź sobie, że chcesz zadzwonić do znajomego który cały czas przebywa w swoim mieszkaniu, ale jego numer telefonu zmienia się codziennie. Trudno go znaleźć, prawda? Stałe IP to „stały numer telefonu” dla urządzenia w sieci jakim jest np. licznik energii.
Protokoły komunikacyjne – najczęściej popełniane błędy
Instalatorzy często bagatelizują trasy którymi prowadzony jest kabel do transmisji danych co może powodować zakłócenia spowodowane:
- Minimalnym promieniem gięcia – jeśli kabel zostanie zbyt mocno zgięty (przekroczony zostanie minimalny promień gięcia) uszkodzeniu ulega wewnętrzna budowa kabla. Elektrycznie żyły nadal mają swoją ciągłość lecz w miejscu zgięcia pojawiają się zakłócenia. Przy zginaniu kabla promień gięcia nie powinien nigdy przekroczyć minimalnej wartości. Dopuszczalny minimalny promień gięcia określany jest jako krotność średnicy zewnętrznej kabla i odnosi się do promienia zgięcia wewnętrznej powierzchni kabla, a nie do jego osi.
- Brak odstępu separacyjnego – pomiędzy kablami do transmisji danych układanych zbyt blisko kabli zasilających (zagadnienie dotyczy szczególnie tych kabli które na jakimś odcinku są ułożone równolegle). Kable teleinformatyczne powinny być ułożone w odpowiednich, minimalnych odległościach odstępu od kabli energetycznych dzięki czemu transmisja nie jest zakłócana. Odległość ta nazywa się „minimalnym wymaganym odstępem separującym A” i jest to wartość, której wyliczenie ściśle określa Polska Norma.
Zagadnienie związane z doborem i montażem kabli do transmisji danych (w tym wykresy zakłóceń w kablach przy przekroczeniu minimalnego promienia gięcia) szerzej opisałem w poradniku: Jak dobrać i ułożyć kable i przewody teleinformatyczne?
- Separacja galwaniczna polega na odizolowaniu elektrycznym dwóch obwodów, które wymieniają dane, tak aby prąd nie przepływał bezpośrednio między nimi. Jej głównym celem jest ochrona przed prądami różnicowymi, które pojawiają się, gdy urządzenia są zasilane z różnych źródeł lub znajdują się w instalacjach o odmiennych potencjałach uziemienia. Takie sytuacje występują w rozległych sieciach RS‑485, w budynkach z wieloma rozdzielnicami, przy integracji automatyki z siecią LAN oraz wtedy, gdy przewody komunikacyjne biegną obok linii zasilających. Bez separacji galwanicznej prądy różnicowe mogą powodować zakłócenia transmisji, uszkodzenia elektroniki, a nawet przepięcia. Przykładem separatora galwanicznego z oferty F&F jest RM‑07, który wzmacnia sygnał RS‑485 i jednocześnie izoluje magistralę od urządzeń nadrzędnych. Dzięki temu chroni instalację przed skutkami prądów różnicowych i zakłóceń, szczególnie w dużych sieciach Modbus RTU, gdzie przewody komunikacyjne biegną na długich odcinkach w pobliżu linii zasilających. RM‑07 jest zalecany w instalacjach wymagających stabilnej komunikacji i wysokiego poziomu bezpieczeństwa.
- Przepięcia są poważnym zagrożeniem dla urządzeń podłączanych do kabli transmisyjnych np. liczników energii elektrycznej. Przepięcia mogą wyindukować się w żyłach na skutek zakłóceń pochodzących od innych kabli, lub pobliskiego wyładowania atmosferycznego. Aby temu zapobiec należy stosować odpowiednio dobrane i poprawie zainstalowane ograniczniki przepięć.
Zagadnienie ochrony przeciwprzepięciowej teletechniki opisałem w poradniku: Zabezpieczenie przeciwprzepięciowe teletechniki, czyli: anten, kamer, LAN itd. – Poradnik.
- Błędna adresacja IP – jest kolejnym częstym błędem w konfiguracji sieci komunikacyjnych, takich jak Ethernet z protokołem TCP/IP, która prowadzi do konfliktów i zakłóceń w transmisji danych. Każde urządzenie (niezależnie od tego, czy pracuje w standardzie Modbus TCP, HTTP czy innym protokole opartym na IP) musi mieć unikalny adres. Powielenie adresów powoduje, że urządzenia nie mogą prawidłowo odpowiadać na zapytania, co skutkuje utratą komunikacji lub błędami systemu. Aby uniknąć takich problemów, warto zlecić konfigurację osobie, która w danym budynku tworzy lub serwisuje sieć internetową.
- Zbyt długie kable – czyli ograniczenia długości przewodów w popularnych standardach komunikacji:
- Ethernet (LAN) – maksymalna długość pojedynczego odcinka przewodu w standardzie Ethernet to 100 m (dla skrętki UTP/FTP kategorii 5e lub 6). Przy większych odległościach w celu uniknięcia spadku jakości transmisji należy stosować dodatkowe urządzenia, takie jak switche lub media konwertery.
- Modbus RTU (RS‑485) – magistrala może mieć długość do 1 200 m, pod warunkiem zastosowania odpowiedniego przewodu (skrętka o impedancji ok. 120 Ω) i prawidłowej terminacji. Przy większych odległościach lub dużej liczbie urządzeń stosuje się wzmacniacze sygnału i separatory galwaniczne.
- M‑Bus – ten standard jest przeznaczony do komunikacji na dużych odległościach, nawet kilka kilometrów, ale wymaga odpowiedniego doboru przewodu i koncentratorów. Długość zależy od liczby urządzeń i spadku napięcia w linii (typowo do kilku km przy prędkości transmisji 300 – 9600 bps).
- Cyberbezpieczeństwo, czyli zagrożenie związane z brakiem zabezpieczeń sieciowych, takich jak VLAN czy VPN, nie dotyczy wyłącznie dużych instalacji przemysłowych. Automatyczne ataki są przeprowadzane na ogromną skalę i nie analizują, czy celem jest domek jednorodzinny, czy fabryka. Skanują internet w poszukiwaniu urządzeń z otwartymi portami i słabymi zabezpieczeniami. Wystarczy, że licznik energii lub sterownik jest dostępny w sieci bez odpowiedniej konfiguracji, aby stał się podatny na przejęcie lub zakłócenia. Warto podkreślić, że mówimy tu o zabezpieczeniach realizowanych nie przez dodatkowe fizyczne urządzenia, lecz przez odpowiednią konfigurację routera i zarządzalnych switchy.
- VLAN (Virtual LAN) nie jest fizycznym urządzeniem, lecz funkcją konfiguracyjną w zarządzalnych switchach i routerach. Pozwala logicznie podzielić jedną fizyczną sieć na odseparowane segmenty, dzięki czemu urządzenia automatyki są izolowane od komputerów biurowych, co zmniejsza ryzyko ataków i zakłóceń.
- VPN (Virtual Private Network) może być realizowany jako oprogramowanie lub zewnętrzne urządzenie, które tworzy szyfrowany tunel dla zdalnej komunikacji. Bez VPN dane przesyłane przez internet mogą zostać przechwycone, a dostęp do sterowników czy liczników jest narażony na nieautoryzowane ingerencje.
Jeśli konfiguracja VLAN lub VPN wydaje Ci się skomplikowana, najlepiej zlecić ją osobie, która w danym budynku tworzy lub serwisuje sieć internetową.
Należy zaznaczyć, że w kontekście cyberbezpieczeństwa w przypadku urządzeń IoT zaleca się również regularne aktualizacje firmware (oprogramowania).
- Nieprawidłowe ekranowanie kabli to problem nie tylko w zakładach przemysłowych, ale coraz częściej również w biurach, lokalach usługowych i domach jednorodzinnych. Wynika to z nagminnego stosowania urządzeń generujących silne zakłócenia elektromagnetyczne (EMC), takich jak falowniki (przemienniki częstotliwości), a także z braku stosowania odpowiednich kabli ekranowanych i zachowania odstępów separacyjnych między przewodami komunikacyjnymi a zasilającymi. Jeśli ekran jest źle podłączony, albo w ogóle niepodłączony, może działać jak antena, wzmacniając zakłócenia zamiast je tłumić. Skutkiem są błędy transmisji, resetowanie urządzeń, a nawet uszkodzenia elektroniki. Dlatego ekran należy podłączać zgodnie z zaleceniami producenta, oraz stosować kable o odpowiedniej konstrukcji i prowadzić je w bezpiecznej odległości od źródeł zakłóceń.
Zagadnienie podłączenia do systemu uziemienia ekranu rozwinąłem w dwóch artykułach: Jak podłączyć do uziemienia ekran? oraz Jak uziemić ekran?
- Łączenie urządzeń komunikujących się w różnych standardach bez odpowiednich konwerterów. Jednym z najczęstszych błędów jest próba bezpośredniego połączenia liczników lub innych urządzeń pracujących w różnych standardach komunikacji. Typowy przykład to podłączenie urządzeń Modbus RTU (RS‑485) do sieci LAN bez zastosowania konwertera, takiego jak CN‑ETH‑485.
Dlaczego jest to problem? W dużym uproszczeniu RS‑485 i Ethernet różnią się zarówno warstwą fizyczną, jak i sposobem komunikacji. RS‑485 to magistrala szeregowa oparta na transmisji różnicowej, pracująca najczęściej w trybie półdupleksowym i wykorzystująca proste ramki danych (np. w protokole Modbus RTU). Ethernet natomiast jest siecią pakietową, działającą w pełnym dupleksie, opartą na standardach IEEE 802.3 i protokołach takich jak TCP/IP. Te różnice sprawiają, że bez konwersji sygnału i protokołu bezpośrednia komunikacja jest niemożliwa.
Próby „skręcenia przewodów” (czyli fizycznego łączenia różnych magistral) mogą prowadzić nie tylko do braku komunikacji, ale również do uszkodzenia portów lub całych urządzeń. Problem dotyczy zarówno dużych instalacji, jak i małych systemów, gdzie instalatorzy bez odpowiedniej wiedzy próbują uprościć połączenia, aby zaoszczędzić czas lub koszty.
Jak uniknąć problemu? Należy stosować dedykowane konwertery np. RS‑485 na Ethernet (np. CN‑ETH‑485), które tłumaczą Modbus RTU na Modbus TCP jednocześnie zapewniając separację galwaniczną.
Sprawdzone konwertery do integracji instalacji elektrycznej – poradnik dla praktyków
Do tej pory skupialiśmy się na teorii, czyli ogólnych i uniwersalnych zagadnieniach, teraz warto przejść do praktyki, pokazując elementy, które można wykorzystać do wykonania instalacji ze zdalnym odczytem, na przykład energii elektrycznej.
Rozmawiając z elektrykami, wiem, że najczęściej obawiają się integracji różnych protokołów, dlatego zacznę niestandardowo i najpierw pokażę przykłady konwerterów, które możesz łatwo wykorzystać, wykonując prostą integrację pomiędzy różnymi protokołami, co pozwoli znacznie poszerzyć, a często także uprościć całość instalacji.
Teraz na przykładzie polskiego producenta F&F omówimy konkretne konwertery, które sprawdzą się w takich zastosowaniach.
CN-USB-485, czyli podręczne urządzenie serwisowe do diagnostyki i programowania
Jednym z najczęściej stosowanych konwerterów jest CN-USB-485, który umożliwia podłączenie magistrali RS-485 do komputera lub sterownika posiadającego złącze typu USB-A. Należy pamiętać, aby nawet przy tak wydawałoby się „prostych” konwerterach zawsze czytać instrukcję obsługi oraz do konfiguracji wykorzystywać oryginalne oprogramowanie, które bezpłatnie można pobrać z strony producenta.
 |
 |
Konwerter do komunikacji przewodowej
Do stałej komunikacji przewodowej wykorzystuje się konwerter CN-ETH-485, który obsługuje sygnały z interfejsów RS-232, RS-422 oraz RS-485, umożliwiając ich konwersję na komunikację w sieci Ethernet (TCP/IP). Dzięki temu może współpracować z urządzeniami wykorzystującymi różne standardy transmisji szeregowej i integrować je z systemami opartymi na protokołach sieciowych.
Należy pamiętać, że konwerter CN-ETH-485 obsługuje trzy interfejsy: RS-232, RS-422 oraz RS-485, ale w konfiguracji należy wybrać jeden typ komunikacji, z którego będziesz korzystać w danej instalacji. W praktyce oznacza to, że konwerter nie działa równocześnie na wszystkich interfejsach. Instalator wybiera tryb pracy (np. RS-485 dla Modbus RTU) i ustawia odpowiednie omawiane w tym poradniku parametry transmisji. Dzięki temu komunikacja jest stabilna i zgodna z wymaganiami urządzeń w danej gałęzi sieci. Możliwości konwertera są znacznie szersze, co z pewnością docenią zaawansowani użytkownicy, a najlepiej przekonasz się o tym, zapoznając się z instrukcją obsługi. Pobierz instrukcje obsługi CN-ETH-485 >>
 |
 |
Konwerter do komunikacji bezprzewodowej GSM lub GPRS
Do tej pory omawiałem rozwiązania oparte na sieci Ethernet, ale co zrobić, gdy w miejscu instalacji nie ma dostępu do Internetu kablowego? Właśnie w takich sytuacjach sprawdzi się konwerter CN-GPRS-485. To urządzenie pozwala na zdalny odczyt danych z urządzeń komunikujących się w standardzie RS-485, wykorzystując sieć komórkową GSM/GPRS. Dzięki temu możesz monitorować liczniki energii, sterowniki czy inne urządzenia Modbus w lokalizacjach, gdzie jedyną opcją jest transmisja mobilna.
Konwerter CN-GPRS-485 pozwala na zdalny odczyt danych z urządzeń komunikujących się w standardzie RS-485, wykorzystując sieć komórkową GSM/GPRS. Dzięki temu możesz monitorować liczniki energii, sterowniki czy inne urządzenia Modbus w lokalizacjach, gdzie najlepszą opcją jest transmisja mobilna. Nikogo zapewne nie zaskoczę pisząc, że możliwości omawianego konwertera są znacznie szersze, co docenią zaawansowani użytkownicy, ale najlepiej przekonasz się o tym, pobierając instrukcję obsługi CN-GPRS-485 >>
 |
 |
Jaką kartę SIM wybrać do CN-GPRS-485?
Do konwertera CN-GPRS-485 możesz użyć zwykłej karty SIM od operatora komórkowego, pod warunkiem że ma aktywną usługę transmisji danych. W praktyce oznacza to, że karta musi mieć włączony Internet mobilny (wystarczy najprostszy pakiet danych). Dzięki temu urządzenie będzie mogło przesyłać informacje do systemu, ale zaleca się korzystanie z kart M2M (Machine to Machine).
GSM a GPRS – jaka jest różnica?
- GSM to technologia, która umożliwia rozmowy i SMS-y.
- GPRS to rozszerzenie GSM, które pozwala przesyłać dane (np. odczyty z urządzeń, komunikację z serwerem).
Bez GPRS urządzenie nie wyśle danych do systemu, dlatego karta SIM musi mieć włączony Internet.
Dlaczego w telemetrii lepsze są karty M2M (Machine to Machine)?
Choć zwykła karta SIM w instalacjach przemysłowych będzie działać, to warto stosować karty M2M. Dlaczego?
- Informacje przez nie wysyłane mają wyższy priorytet i są projektowane do pracy ciągłej.
- Zapewniają stabilne połączenie i lepsze zarządzanie sesjami transmisji.
- Oferują parametry dopasowane do telemetrii (mają niższą przepustowość, ale większą niezawodność).
Takie karty zamówisz u operatorów (np. Orange IoT, T-Mobile M2M) lub w firmach specjalizujących się w usługach dla automatyki. Bardzo rzadko można je kupić w standardowym punkcie obsługi klienta.
Konwerter do komunikacji bezprzewodowej Wi-Fi
W sytuacjach, gdy w miejscu instalacji nie ma możliwości podłączenia przewodowego Ethernetu, a inwestor nie chce korzystać z GSM lub GPRS idealnym rozwiązaniem może okazać się konwerter EW-11A. To urządzenie umożliwia dwukierunkową transmisję danych z interfejsu RS-485 do sieci LAN poprzez Wi-Fi, zapewniając pełną integrację z systemami opartymi na protokołach TCP/IP. Dzięki temu możesz zdalnie odczytywać dane z liczników energii, sterowników, modułów I/O czy przetworników pomiarowych (bez konieczności prowadzenia dodatkowych kabli). W praktyce najczęściej okazuje się, że stosunkowo łatwo można doprowadzić w pobliże miejsca instalacji licznika (lub grupy liczników) przewodowy dostęp do Internetu (w technologii skrętki komputerowej lub światłowodowej) i zamontować punkt dostępowy rozgłaszający sieć Wi-Fi, z którą łączy się konwerter EW-11A.
Ponieważ konwerter EW-11A obsługuje popularne protokoły komunikacyjne, takie jak TCP, UDP, Telnet oraz Modbus TCP, pozwala na łatwe włączenie go do systemów BMS, SCADA czy platform monitoringu energii. W praktyce oznacza to, że konwerter EW-11A działa jako transparentny most pomiędzy siecią bezprzewodową a magistralą RS-485, umożliwiając stabilną i bezpieczną komunikację w czasie rzeczywistym. Instalator parametryzując konwerter wybiera odpowiednie parametry transmisji (np. prędkość, parzystość, tryb pracy), aby zapewnić zgodność z urządzeniami w danej gałęzi sieci. Dzięki szerokiemu zakresowi napięcia zasilania (5 – 36 V DC), kompaktowej obudowie i niskiej mocy pobieranej (ok. 0,7 W), EW-11A sprawdzi się zarówno w małych instalacjach domowych, jak i w rozbudowanych systemach przemysłowych. Możliwości konwertera Wi-Fi są znacznie szersze niż tu w skrócie opisałem, osoby zainteresowane, pobierając instrukcję obsługi EW-11A.
 |
 |
Dlaczego profesjonaliści mogą więcej?
Ponieważ nie idą na skróty, nie szukają pozornych oszczędności i w swoich instalacjach stosują dodatkowe akcesoria, które nieznacznie podnoszą koszt instalacji, ale znacznie poprawiają jej stabilność i niezawodność całego systemu. Dlatego bez zbędnego wdawania się w szczegóły krótko omówię przydatne elementy stosowane przez profesjonalistów.
Moduł terminacyjny LT-04 – stabilna komunikacja w sieci RS-485
W rozbudowanych instalacjach opartych na magistrali RS-485 (np. Modbus RTU) kluczowe znaczenie ma jakość transmisji danych. Właśnie w tym celu stosuje się moduł LT-04, który pełni trzy istotne funkcje: terminację, polaryzację oraz wzmocnienie sygnału linii komunikacyjnej. Dzięki temu zapewnia stabilną i bezbłędną komunikację pomiędzy wpiętymi w sieć urządzeniami.
Terminacja była już w tym poradniku omawiana, więc skupię się na polaryzacji. W magistrali RS-485 polaryzacja jest niezbędna w sytuacji, gdy w sieci znajdują się urządzenia Slave bez sygnału odniesienia. W takim przypadku moduł LT-04 zapewnia prawidłową detekcję stanów logicznych. Dodatkowo moduł aktywnie wzmacnia sygnał, co poprawia niezawodność transmisji w instalacjach z długimi przewodami lub dużą liczbą urządzeń. Możliwości modułu LT-04 są znacznie szersze, co docenią instalatorzy i integratorzy systemów automatyki. Najlepiej przekonasz się o tym, pobierając instrukcję obsługi LT-04 >>. A czy warto czytać instrukcję? Porównaj poniższe schematy i sam przekonaj się jak sposób podłączenia wpływa na otrzymane funkcjonalności.
 |
 |
 |
Wzmacniacz i separator RM-07, czyli niezawodna komunikacja w sieci RS-485
W rozbudowanych instalacjach opartych na magistrali RS-485 (np. Modbus RTU) kluczowe znaczenie ma stabilność transmisji danych, co może być szczególnie utrudnione przy dużych odległościach lub wielu urządzeniach podłączonych do magistrali. W dużych instalacjach, aby ograniczyć zakłócenia wynikające ze zbyt słabego sygnału, stosuje się moduł RM-07, który pełni dwie istotne funkcje: wzmacnianie sygnału oraz separację galwaniczną. Dzięki temu zapewnia niezawodną komunikację i chroni podłączone do magistrali RS-485 urządzenia przed zakłóceniami.
Wzmacnianie sygnału w praktyce umożliwia zwiększenie długości magistrali RS-485 oraz podłączenie większej liczby odbiorników bez ryzyka utraty jakości transmisji. RM-07 pozwala również na rozgałęzianie linii komunikacyjnych, co jest szczególnie przydatne w rozbudowanych systemach automatyki. Separacja galwaniczna chroni grupy urządzeń przed zakłóceniami generowanymi w innych częściach sieci, zwiększając bezpieczeństwo i odporność instalacji na wpływy elektromagnetyczne.
Warto wiedzieć, że moduł RM-07 wzmacnia sygnał w obu kierunkach i sygnalizuje pracę za pomocą diod LED. Należy pamiętać że dla poprawnej pracy modułu podczas konfiguracji należy ustawić prędkość transmisji zgodnie z parametrami sieci (regulacja odbywa się za pomocą potencjometru na froncie urządzenia).
Możliwości modułu RM-07 są znacznie szersze, co docenią instalatorzy i integratorzy systemów automatyki. Najlepiej przekonasz się o tym, pobierając instrukcję obsługi RM-07 >>.
 |
 |
 |
 |
Czym są i kiedy ich używać CN-LEM-3 i CN-RTC-4?
W systemach monitorowania energii często pojawiają się dodatkowe moduły, które nie mierzą energii, ale są kluczowe dla poprawnej komunikacji i wiarygodności danych. Dwa z nich to: CN-LEM-3 i CN-RTC-4. Choć nazwy brzmią technicznie, ich rola jest prosta, bo jeden „tłumaczy” dane, a drugi „pilnuje czasu”.
CN-LEM-3
To konwerter formatu danych, który jest przeznaczony do współpracy z licznikami serii LE (np. LE-01M, LE-03M, LE-03MW). Jego zadanie to umożliwienie działania na jednej magistrali RS-485 wielu różnych typów liczników, które mają różne i niezmienne parametry transmisji. W praktyce oznacza to, że CN-LEM-3 „tłumaczy” dane z liczników na format, który rozumie urządzenie nadrzędne (Master). Dzięki temu system może poprawnie odczytywać dane z różnych modeli liczników bez konfliktów komunikacyjnych.
Bez CN-LEM-3, jeśli na jednej magistrali są różne typy liczników, komunikacja może być błędna a nawet niemożliwa. Konwerter eliminuje ten problem, zapewniając spójność przesyłanych danych.
CN-RTC-4
Jest synchronizatorem zegara RTC (Real Time Clock, czyli „zegar czasu rzeczywistego”). W instalacji pełni rolę „zegarmistrza” systemu 😉 ponieważ synchronizuje czas w różnych licznikach.
Dlaczego to ważne? Bo dane pomiarowe poddawane dalszej analizie (a po to je zbieramy i przesyłamy) muszą mieć poprawne znaczniki czasu. Jeśli nastawy zegarów w urządzeniach różnią się, to raporty i analizy będą błędne. CN-RTC-4 dba o to, aby wszystkie urządzenia w systemie miały dokładnie ten sam czas.
Czy można używać CN-RTC-4 bez CN-LEM-3?
Tak, jeśli Twoim celem jest tylko ustawienie lub synchronizacja w licznikach czasu. CN-RTC-4 nie potrafi przesyłać danych pomiarowych i pełni tylko funkcję synchronizacji czasu. Moduł ten może na magistrali RS-485 działać samodzielnie, ale jeśli liczniki wysyłają dane w różnych formatach i chcesz je zdalnie odczytywać to w takim przypadku CN-LEM-3 jest niezbędny.
Jak do magistrali RS-485 podłączyć CN-RTC-4 i CN-LEM-3?
Jeśli masz dwa liczniki na jednej magistrali, to CN-RTC-4 i CN-LEM-3 wpinamy w tę samą linię RS-485 i nie ma znaczenia fizyczna kolejność. W tym wypadku ważne jest poprawne adresowanie i konfiguracja protokołu Modbus.
Logicznie wygląda to tak: CN-RTC-4 ustawia w licznikach czas, CN-LEM-3 odczytuje dane i przekazuje je dalej (np. do konwertera CN-GPRS-485, który wysyła dane przez sieć GSM/GPRS do serwera).
Zwróć uwagę, że CN-RTC-4 jak i CN-LEM-3 mają takie same schematy podłączenia i bardzo podobne wyglądy dlatego zamieściłem jednie zdjęcie CN-RTC-4.
 |
 |
Jakie liczniki z komunikacją wybrać?
Tytuł tego poradnika brzmi: „Liczniki energii z komunikacją – poradnik dla instalatora cz. 2”, więc możesz się zastanawiać, dlaczego (mimo że zbliżamy się do końca) jeszcze nie pisałem o „najważniejszym” elemencie, czyli liczniku?
Powód jest prosty. Decydując się na zdalny odczyt energii elektrycznej, tworzymy system, w którym dane z licznika są przesyłane, gromadzone i analizowane. W takim ujęciu nie ma jednego najważniejszego elementu, bo wszystkie kluczowe komponenty są równie istotne.
Przykładowo:
- bez licznika nie dokonamy pomiaru zużycia energii,
- przy uszkodzeniu kabla w magistrali RS-485 nie wyślemy danych zarejestrowanych przez licznik,
- bez konwertera dane nie trafią do bazy, w której są gromadzone,
- bez bazy danych nie mamy możliwości rejestracji przesyłanych parametrów,
- bez poprawnej konfiguracji i działania całego systemu dane mogą być błędne, co czyni proces rejestracji bezwartościowym.
Dlatego licznik jest tak samo ważny jak wszystkie omówione wcześniej elementy systemu.
Teraz, aby system był kompletny na przykładzie oferty F&F omówię liczniki z komunikacją (w poniższym zestawieniu nie wyszczególniłem funkcji wyjścia impulsowego). Ale nie zacznę od najczęściej stosowanych liczników, lecz od licznika prądu stałego o którym wiedzą tylko nieliczni profesjonaliści.
Dlaczego pomiar prądu stałego to przyszłość?
Coraz więcej instalacji wykorzystuje prąd stały. Gdzie? Od systemów fotowoltaicznych, przez magazyny energii, po zasilanie urządzeń w telekomunikacji i automatyce. Ale to nie wszystko. Pomiar energii DC jest kluczowy również w systemach zasilania awaryjnego (UPS-y, centra danych), stacjach ładowania DC (do pojazdów elektrycznych), systemach telekomunikacyjnych i serwerowniach, liniach technologicznych z napędami DC oraz aplikacjach przemysłowych, gdzie stosuje się prostowniki i zasilacze dużej mocy. Dzięki temu licznik LE-01DC znajduje zastosowanie nie tylko w OZE, ale wszędzie tam, gdzie prąd stały jest podstawą zasilania.
Co mierzy LE-01DC?
Napięcie (w zakresie od 5 do 1 000 V DC), prąd obciążenia (do 2 000 A), moc chwilową oraz zużycie energii w kWh w obwodzie DC. Dzięki temu umożliwia zbieranie danych niezbędnych do otrzymania pełnego obrazu pracy instalacji (od podstawowych parametrów po sumaryczne zużycie energii).
Licznik prądu stałego – praktyczne wskazówki instalatora
- zwróć uwagę na polaryzację po stronie DC
- może Cię zaskoczę, ale licznik LE-01DC do działania potrzebuje zasilania 230 V AC (patrz poniższy schemat)
- czy na schemacie zauważyłeś bocznik? Licznik LE-01DC dokonuje pomiaru prądu na podstawie spadku napięcia na boczniku (możesz zastosować boczniki o napięciu strony wtórnej: 45; 60; 75 mV).
Co to jest i jak działa bocznik?
Gdy chcesz zmierzyć prąd w obwodzie, ale nie możesz szeregowo wpiąć klasycznego miernika (bo wartość spodziewanego prądu jest zbyt duża w stosunku do zakresu pomiarowego licznika, albo pomiar musi być ciągły i nawet chwilowe rozłączenie obwodu jest niedopuszczalne), to rozwiązaniem tej sytuacji jest bocznik. Można go zamontować na przykład podczas zaplanowanej przerwy serwisowej.
Co to jest bocznik?
Bocznik to nic innego jak precyzyjny rezystor o bardzo małej wartości, przez który przepływa cały prąd obwodu. Dzięki temu na jego zaciskach powstaje niewielki spadek napięcia proporcjonalny do przepływającego prądu. Licznik lub moduł pomiarowy mierzy ten spadek napięcia, i na tej podstawie oblicza wartość prądu.
Spadki napięcia na boczniku są ustandaryzowane i przy pełnym prądzie znamionowym najczęściej wynoszą: 60 mV, 75 mV (te wartości są kompromisem ponieważ zapewniają dobrą równowagę między dokładnością pomiaru a minimalizacją strat energii).
Dlaczego zamiast bocznika nie można użyć zwykłego rezystora?
Ponieważ rezystancja musi być bardzo stabilna i dokładna, a materiał użyty do produkcji bocznika musi być odporny na zmiany temperatury, bo w przeciwnym razie pomiar będzie błędny. Dlatego boczniki są wykonywane z materiałów o niskim współczynniku temperaturowym (np. manganin, constantan, zeranin).
Dlaczego klasa bocznika to nie detal, a fundament pomiaru?
Ponieważ ma duży wpływ na dokładność pomiaru. Przykład: bocznik 100 A / 75 mV w klasie 0,5 oznacza, że przy mierzonym prądzie znamionowym (100 A) błąd nie przekroczy ± 0,5 % wartości mierzonej (w omawianym przypadku 100 A bocznika w klasie 0,5 błąd pomiarowy może wynosić 1 A).
Najczęściej spotykane klasy dokładności boczników to:
- 0,2 – bardzo wysoka dokładność, stosowana w pomiarach laboratoryjnych i rozliczeniowych
- 0,5 – standardowa dla pomiarów technicznych i liczników energii
- 1,0 – wystarczająca w pomiarach kontrolnych, gdzie nie jest wymagana precyzja rozliczeniowa
Bocznik – praktyczna wskazówka instalatora
- Montuj bocznik zawsze w dobrze wentylowanym miejscu, aby nie nagrzewał się przy przepływie dużych prądów.
- Nie skracaj zacisków pomiarowych i pamiętaj, że przewody miernika (np. licznika) muszą być podłączone do dedykowanych im zacisków.
- Sprawdź, czy bocznik jest prawidłowo dobrany do prądu znamionowego i spadku napięcia wymaganego np. przez licznik.
- Upewnij się, czy klasa dokładności bocznika spełnia wymagania inwestora.
Czy zwróciłeś uwagę, że w tym i innych licznikach oferowanych przez F&F pojawia się funkcjonalność opisana jako „Zapotrzebowanie na moc”.
Co to jest zapotrzebowanie na moc?
Funkcja „zapotrzebowanie na moc” w licznikach energii F&F to coś więcej niż chwilowy odczyt mocy. To narzędzie, które pozwala ocenić, jak bardzo obciążasz instalację w określonym czasie.
W praktyce działa to tak:
- licznik mierzy moc w sposób ciągły, ale nie zapisuje każdej sekundy osobno.
- Zamiast tego uśrednia chwilowe wartości w wybranym przedziale czasu np. 5, 10, 15, 30 lub 60 minut (domyślnie 15 minut).
- Po zakończeniu cyklu zapisuje wynik jako „zapotrzebowanie na moc” dla danego okresu i rozpoczyna kolejny cykl.
Co zapotrzebowanie na moc oznacza dla użytkownika?
Jeśli ustawisz cykl na 15 minut, licznik będzie analizował pobór mocy w każdym takim przedziale. Wartość, którą zapisze, to średnia moc w tym ustawionym okresie, a nie chwilowy „pik” ani całkowite zużycie energii. Dzięki temu możesz sprawdzić, jak intensywnie obciążasz instalację w krótkich ustawionych odcinkach czasu.
Co grozi za przekroczenie mocy umownej i jak dostawca energii np. Tauron to rozlicza?
Moc umowna to limit, którego zobowiązujesz się przestrzegać w umowie z operatorem systemu dystrybucyjnego (OSD), takim jak np. Tauron. Jej przekroczenie wiąże się z dodatkowymi opłatami, które mogą znacząco podnieść „rachunek za prąd”.
Dlatego nowoczesne liczniki dostawców energii automatycznie rejestrują przekroczenia mocy przyłączeniowej i przesyłają te dane do systemu operatora, co oznacza, że każde naruszenie limitu jest odnotowane. Warto wiedzieć, że np. Tauron monitoruje pobór mocy czynnej w 15‑minutowych cyklach (w szczególnych przypadkach cykle mogą dotyczyć innego okresu czasu np. godzina), dlatego oferowana przez liczniki F&F funkcja pomiaru zapotrzebowania na moc jest szczególnie przydatna i może przyczynić się do osiągniecia oszczędności w opłatach za energię elektryczną.
Liczniki energii prądu przemiennego
Dotarliśmy do momentu, w którym omówię jedno i trójfazowe liczniki zużycia energii elektrycznej. To przyrządy pomiarowe najczęściej kupowane i montowane, a mimo to niewielu instalatorów zna pełnię możliwości, jakie oferują. Nie będę przy tym poruszał zagadnień podstawowych, które omówiłem w pierwszej części poradnika zatytułowanej: Licznik energii elektrycznej – praktyczny poradnik dla instalatora cz. 1
Długo zastanawiałem się, jak w czytelny sposób przedstawić możliwości nowoczesnych liczników F&F. Po rozmowach z instalatorami zdecydowałem się na formę kilku porównawczych tabel. Mam świadomość, że w krótkim podsumowaniu nie da się omówić wszystkich zagadnień związanych z tymi urządzeniami, zwłaszcza że rynek dynamicznie się zmienia i regularnie pojawiają się nowe modele liczników z dodatkowymi funkcjami. Dlatego osoby zainteresowane szczegółami odsyłam na strony producenta (F&F liczniki energii) gdzie można zapoznać się z aktualną ofertą oraz pobrać pełne instrukcje obsługi zawierające komplet informacji (dostępne są również zawierające mniejszą ilość informacji skrócone wersje instrukcji).
1-fazowe liczniki energii elektrycznej
| Model licznika | LE-01MB | LE-01MQ | LE-01MR | LE-01MW |
| Rodzaj licznika | 1-fazowy |
|||
| 2-kierunkowy | TAK | |||
| Protokół komunikacyjny | M-Bus | Modbus | Modbus | Modbus |
| MID | TAK | |||
| Energia czynna | TAK |
|||
| Energia bierna | TAK | |||
| Moc czynna, bierna, pozorna | TAK | |||
| Zapotrzebowanie na moc | TAK | |||
| Napięcie | TAK | |||
| Prąd | TAK | |||
| Częstotliwość | TAK | |||
| Współczynnik mocy | TAK | |||
| Rodzaj pomiaru | Bezpośredni |
|||
| Podświetlenie liczydła | TAK | |||
| Możliwość kasowania | NIE | NIE | TAK | TAK |
A jak podłączyć licznik? Podłączenie jednofazowego licznika energii elektrycznej z komunikacją nie jest trudne co możesz sprawdzić na poniższym schemacie.
3-fazowe liczniki energii elektrycznej
Porównanie funkcjonalności liczników 3-fazowych podzielę na dwie tabele: do pomiaru bezpośredniego, natomiast liczniki do pomiaru półpośredniego oraz pośredniego przedstawię w osobnej tabeli.
| Model licznika | LE-03M | LE-03MP | LE-03MB | LE-03MQ | LE-03MW |
| Ilość faz | 3-fazowy | ||||
| 2-kierunkowy | NIE | NIE | TAK | TAK | TAK |
| Protokół komunikacyjny | Modbus | Modbus | M-Bus | Modbus | Modbus |
| MID | TAK | NIE | TAK | TAK | TAK |
| Energia czynna | TAK | ||||
| Energia bierna | NIE | TAK | TAK | TAK | TAK |
| Moc czynna, bierna, pozorna | NIE | TAK | TAK | TAK | TAK |
| Zapotrzebowanie na moc | TAK | NIE | TAK | TAK | TAK |
| Napięcie | TAK | ||||
| Prąd | TAK | ||||
| Częstotliwość | NIE | TAK | TAK | TAK | TAK |
| Współczynnik mocy | NIE | NIE | TAK | TAK | TAK |
| Pomiar | Bezpośredni | ||||
| Podświetlenie liczydła | NIE | NIE | TAK | TAK | NIE |
| Kasowanie | NIE | NIE | NIE | NIE | TAK |
Po uważnej lekturze tego poradnika, podłączenie licznika 3-fazowego z komunikacją i pomiarem bezpośrednim również nie powinno sprawić kłopotu żadnemu elektrykowi.
Trójfazowe liczniki z pomiarem półpośrednim i pośrednim oferują bardzo podobne funkcje jak ich odpowiedniki do pomiaru bezpośredniego, jednak zastosowanie przekładników w pomiarze półpośrednim i pośrednim znacząco poszerza zakres mierzonych wartości.
| Model licznika | LE-03M CT | LE-03ETH | LE-03ETH-CT | LE-03MB CT | LE-03MQ CT | LE-03MW CT |
| Ilość faz | 3-fazowy | |||||
| 2-kierunkowy | NIE | TAK | TAK | TAK | TAK | TAK |
| Protokół komunikacyjny | Modbus | Ethernet | Ethernet | M-Bus | Modbus | Modbus |
| MID | NIE | TAK | TAK | NIE | TAK | NIE |
| Energia czynna | TAK | |||||
| Energia bierna | NIE | TAK | TAK | TAK | TAK | TAK |
| Moc czynna, bierna, pozorna | NIE | TAK | TAK | TAK | TAK | TAK |
| Zapotrzebowanie na moc | NIE | TAK | TAK | TAK | TAK | TAK |
| Napięcie | NIE | TAK | TAK | TAK | TAK | TAK |
| Prąd | NIE | TAK | TAK | TAK | TAK | TAK |
| Częstotliwość | NIE | TAK | TAK | TAK | TAK | TAK |
| Współczynnik mocy | NIE | TAK | TAK | TAK | TAK | TAK |
| Pomiar | Półpośredni | Półpośredni | Pośredni lub półpośredni | Pośredni lub półpośredni | Pośredni lub półpośredni | Półpośredni |
| Podświetlenie liczydła | NIE | TAK | TAK | TAK | TAK | NIE |
| Kasowanie | NIE | NIE | NIE | NIE | NIE | TAK |
Omawiając liczniki trójfazowe z pomiarem półpośrednim i pośrednim (czyli pomiarem realizowanym za pomocą przekładników), warto odesłać do pierwszej części poradnika, w której szczegółowo omówiłem:
- Bezpośredni, półpośredni czy pośredni licznik energii elektrycznej wybrać?
- Jakie są rodzaje przekładników stosowanych w licznikach energii?
- Różnice między przekładnikami prądowymi i napięciowymi – zasady eksploatacji i rozpoznawania
Zanim przejdę do omawiania schematów liczników do pomiaru półpośredniego i pośredniego wyjaśnię oznaczenia które mogą się pojawić na schematach i w dokumentacji technicznej.
Co oznaczają: 1P2W, 3P3W, 3P4W
Określają one konfigurację układu pomiarowego w instalacji elektrycznej.
- 1P2W oznacza układ jednofazowy, dwuprzewodowy, czyli pomiar realizowany na dwóch przewodach: fazowym i neutralnym. To najczęściej spotykany układ w licznikach jednofazowych.
- 3P3W oznacza układ trójfazowy, trójprzewodowy (bez przewodu neutralnego, tylko trzy fazy). Stosowany w sieciach symetrycznych, głównie w przemyśle i w układach, gdzie nie ma potrzeby prowadzenia przewodu N.
- 3P4W oznacza układ trójfazowy, czteroprzewodowy (trzy fazy i przewód neutralny). To najpopularniejszy układ w budynkach mieszkalnych, komercyjnych i w większości instalacji trójfazowych.
Każdy z tych układów może być realizowany w formie pomiaru bezpośredniego, półpośredniego lub pośredniego, co pozwala dostosować pomiar do zakresu prądów i napięć w instalacji.
Zwróć uwagę na poniższe schematy podłączeń licznika LE-03MQ-CT, który w zależności od pomiarowych potrzeb możesz użyć do pomiaru półpośredniego i pośredniego.
 |
 |
 |
 |
 |
 |
Przypominam!
Nigdy nie wolno otwierać obwodu wtórnego przekładnika prądowego, gdy przez uzwojenie pierwotne płynie prąd. Jeśli konieczne jest odłączenie urządzenia pomiarowego, należy najpierw zewrzeć zaciski wtórne (stosuje się do tego specjalne zworki, lub dedykowane listwy pomiarowe z funkcją zwarcia).
Podsumowanie i rekomendacje dla instalatora
Komunikacja w liczniku energii to nie dodatek, lecz fundament nowoczesnej instalacji elektrycznej. Dzięki niej możliwe jest nie tylko zdalne odczytywanie danych, ale również integracja z systemami automatyki, analiza zużycia energii i optymalizacja kosztów. W praktyce oznacza to, że licznik z komunikacją staje się elementem inteligentnego ekosystemu, który wspiera zarówno użytkownika, jak i instalatora.
Co warto zapamiętać z tego poradnika?
- Dobór protokołu komunikacyjnego decyduje o możliwościach integracji. RS‑485 z Modbus RTU jest prosty i niezawodny, Ethernet z Modbus TCP daje największą elastyczność, a M‑Bus sprawdza się w budynkach wielolokalowych.
- Poprawna instalacja fizyczna (terminacja, ekranowanie, separacja galwaniczna) jest kluczowa dla stabilności systemu. Błędy w okablowaniu to najczęstsza przyczyna problemów.
- Integracja różnych protokołów wymaga konwerterów i koncentratorów i nie próbuj „skręcać przewodów” (nie łącz bezpośrednio ze sobą urządzeń pracujących w różnych standardach komunikacji np. RS‑485 i Ethernet) poprzez fizyczne skręcenie żył kabli, zamiast użycia dedykowanego konwertera protokołów), bo to prowadzi do awarii i uszkodzeń.
- Bezpieczeństwo sieciowe (VLAN, VPN, aktualizacje firmware) to nie luksus, lecz konieczność w dobie automatycznych ataków na urządzenia IoT.
- Stały adres IP w licznikach Ethernetowych zapewnia stabilność komunikacji w systemach BMS, SCADA i Home Assistant.
- Dodatkowe moduły (np. LT‑04, RM‑07, CN‑LEM‑3, CN‑RTC‑4) nie są zbędnym kosztem. To elementy, które decydują o niezawodności i jakości danych.
Na koniec pamiętaj, że licznik z komunikacją to inwestycja w przyszłość. Dzięki niemu możesz tworzyć instalacje, które nie tylko mierzą energię, ale też wspierają zarządzanie, analizę i optymalizację. To rozwiązanie, które doceni każdy świadomy użytkownik, a Ty, jako instalator, zyskasz przewagę konkurencyjną, oferując systemy zgodne z najnowszymi standardami.
Jeśli chcesz pogłębić wiedzę, sprawdź materiały producentów, normy i poradniki.
A teraz wywiążę się z obietnicy jaką złożyłem na początku poradnika i odpowiem na pytanie:
Dlaczego bez danych z licznika nie da się dobrać magazynu energii do domu lub firmy?
Prawidłowy dobór magazynu energii wymaga danych o całkowitym i chwilowym zużyciu energii (czyli bieżącym zapotrzebowaniu na moc), a także informacji o produkcji (na przykład z instalacji fotowoltaicznej) oraz o tym, jakie jest zapotrzebowanie na energię po zachodzie słońca. Uzyskanie takich danych jest możliwe tylko wtedy, gdy licznik przesyła je do bazy, z której można je pobierać i analizować. Dlatego jedynie licznik z funkcją komunikacji jest w stanie sprostać temu zadaniu.
Dla przykładu podzielę się danymi z mojej instalacji. Poniżej zamieszczam fragment prezentacji, którą przedstawiłem podczas spotkania Stowarzyszenia Elektryków Polskich i Polskiej Izby Inżynierów Budownictwa, oddział Kraków. Z pełną wersją prezentacji możesz zapoznać się w artykule: Magazyn energii w domu, czy to się opłaca?
 |
 |
 |
|
 |
 |
 |
 |
