Slimme verdeelinrichtingen – data uitlezen via Ethernet in plaats van Serieel RS485?

Verdeelinrichtingen worden steeds slimmer, naast de basisfunctie van het ‘verdelen van elektrische energie’ is het noodzakelijk om steeds beter te weten waar en hoeveel energie ergens naar toe gaat. Hiervoor wordt nu vrijwel elke verdeelinrichting communicatief en “slim” gemaakt met ingebouwde powermeters, energie-sensoren, temperatuur-sensoren en communicerende vermogensschakelaars. Met deze slimme apparaten kan er heel veel inzichtelijk worden gemaakt: Energieverbruik, actuele belasting, voor-alarmering bij hoge belasting, maar ook onderhoud gerelateerde informatie die helpt om service- en onderhoud te optimaliseren.

Voor communicatie in een industriële toepassing wordt geruime tijd gebruik gemaakt van traditionele RS485 seriele bussystemen. Eind jaren negentig is Ethernet geïntroduceerd voor industriële toepassingen en wordt inmiddels veelvuldig gebruikt. In dit artikel wil ik een onderbouwing en beschrijving geven om zo het beste van deze twee communicatie methode te benutten.

GebouwBeheer Systemen en Power Monitoring Systemen

Veel gebruikers willen beperkte data (kWh informatie) ontvangen in hun Gebouw Beheer Systeem (GBS) bijvoorbeeld voor Energie en Duurzaamheids (bv. BREEAM) rapportages. Tegelijkertijd zijn er ook Energie Management Systemen (EMS) die veel meer gegevens nodig hebben zoals stroom, spanning, vermogen, harmonischen, schakelaar status, ect. Een EMS kan ook alarmeren en veel andere aanvullende informatie geven over de elektrische installatie. Hiervoor is het noodzakelijk dat een slimme verdeelinrichting data kan geven aan meerdere bovenliggende systemen.

Het is van belang dat communicatie van de verdeelinrichting met meerdere bovenliggende systemen mogelijk moet zijn. Dit onderstreept het belang van goede ontwerp afwegingen van de te kiezen communicatie (en Data) infrastructuur.

Bussystemen

Er zijn van oudsher twee veel gebruikte communicatiemethoden beschikbaar: ‘bus bekabeling’ (Serieël RS485) en ‘netwerk bekabeling’ (Ethernet). Kijkend naar doelmatigheid, kosten en toekomstbestendigheid is het gebruik van een (standaard) Ethernet netwerk een voor de hand liggende keus. Maar wat zijn de voordelen en nadelen van beide methoden?

Ethernet communicatie

Dit is de meest voorkomende vorm van communicatie in de IT-wereld en zal ook in de toekomst blijven bestaan. Elk computernetwerk maakt gebruik van deze communicatie standaard, en ook in de industriële automatisering zijn Ethernet communicatienetwerken een belangrijke standaard. Daarnaast hebben steeds meer componenten in de elektrische installatie (bv. powermeters, vermogensschakelaars) een Ethernet aansluiting waardoor informatie uitlezen eenvoudig wordt.

Voordelen

• Meerdere bovenliggende systemen kunnen informatie ophalen (multiple master connection)
• Snel, 100Mb/s en hoger zijn geen uitzondering meer
• Toekomstbestendig met betrekking tot het gebruik van o.a. moderne digitale tools en apps ter ondersteuning van het operationele proces

Nadelen

• Initieel mogelijk (beperkt) duurder

Aandachtpunten

• In elk ‘netwerk’ ontwerp dient aandacht te worden besteed aan Cybersecurity. Het ontwerp van het netwerk en de selectie van de te gebruiken apparatuur (netwerk + actieve componenten) speelt hierin een belangrijke rol.

In onderstaand voorbeeldschema is een Ethernet netwerkaansluiting [K] beschikbaar voor verschillende bovenliggende systemen.

Serieële RS485 communicatie

Deze communicatievorm bestaat al vele decennia en heeft zich bewezen betrouwbaar te zijn. Dit communicatiesysteem is al vele jaren in gebruik in de industriële automatisering. Het is eenvoudig van opzet en verbinden van meerdere toestellen kan plaatsvinden met “doorlussen” ofwel “Daisy-chaining”. Binnen een slimme verdeelinrichting is dit dan ook een prima communicatienetwerk.

Voordelen

• Eenvoudige bekabeling
• Geen “lastige” IP adres configuraties

Nadelen

• Het Master-Slave principe beperkt het gebruik van informatie tot één systeem (single master connection)
• Traag, de datasnelheid is beperkt tot ca. 56kb/s
• Beperkt toekomstbestendig met betrekking tot het gebruik van o.a. moderne digitale tools en apps ter ondersteuning van het operationele proces.

Aandachtspunt (generiek)

• In elk ‘netwerk’ ontwerp dient aandacht te worden besteed aan Cybersecurity. Het ontwerp van het netwerk en de selectie van de te gebruiken apparatuur (netwerk + actieve componenten) speelt hierin een belangrijke rol.

Uitgelicht: Master-Slave principe

Dit principe maakt dat binnen een RS485 verbinding er één apparaat de Master “baas” is en alle andere aangesloten apparaten de Slaves. De Master is dus degene die de vraag stelt aan de Slave, die vervolgens moet antwoorden. Het is niet mogelijk om meerdere “Masters” aan te sluiten op één RS485 netwerk. Binnen een slimme verdeler kan heel goed gewerkt worden met het seriële RS485 netwerk om alle informatie van de aangesloten apparaten te verzamelen.

In het voorbeeldschema staat een Master-Slave netwerk afgebeeld. Hierin is het IFE-interface [D] de Master die alle data verzameld en de interfaces [J] de Slaves die hun informatie geven. Zo kan de slimme verdeelinrichting via het IFE-interface [D] alle data naar een bovenliggend systeem brengen.

Tot slot

We krijgen wel eens de vraag om een seriële RS485 verbinding beschikbaar te maken voor een bovenliggend GBS. Dat kan uiteraard, maar als we dit doen dan wordt het GBS de “master” en kunnen er geen andere bovenliggende software platformen meer (direct) toegang krijgen tot de slimme verdeler. Uiteraard zou dit via het GBS wel kunnen, maar geeft een onnodig complicerende (en voorkombare!)  situatie en bemoeilijkt het (toekomstig) gebruik van Energie & Power Monitor Systemen en het gebruik van Expert en Advisor tooling.

Schneider Electric beveelt het gebruik van Ethernet aansluiting van een slimme verdeler sterk aan om optimaal van verschillende bovenliggende systemen gebruik te kunnen maken. Daarnaast kan binnen verdeelinrichtingen het RS485 netwerk gebruikt worden, vanwege de eenvoudige bekabeling en de relatief lage kosten.

Bekijk hier Industrieel ethernet