Der PowrPilot …leistungsfähiges Stromzähler/Smartmeter-Interface für die Hausautomation

Problemlösungen und Hinweise von allgemeinem Interesse zur Haussteuerung mit HomeMatic

Moderator: Co-Administratoren

Benutzeravatar
funkleuchtturm
Beiträge: 2362
Registriert: 13.06.2011, 16:42
Hat sich bedankt: 23 Mal
Danksagung erhalten: 355 Mal
Kontaktdaten:

Der PowrPilot …leistungsfähiges Stromzähler/Smartmeter-Interface für die Hausautomation

Beitrag von funkleuchtturm » 29.05.2022, 18:34

Mehr und aktuellere Infos zu diesem Thema auf meiner Webseite

Warum diese Entwicklung?
Der Auslöser für dieses Projekt war bei mir die Installation meiner Photovoltaik-Anlage, die einherging mit der notwendigen Installation eines neuen Stromzählers. Dabei kommen heute nicht mehr die alten Ferrariszähler mit Drehscheibe zur Anwendung sondern neue digitale Stromzähler/Smartmeter, die nicht nur die Energie bzw. den Stromverbrauch in beide Richtungen (Strombezug und Stromabnahme) zählen sondern auch die aktuelle Leistung erfassen.
Folie3.JPG
Gerade die Leistung ist eine wichtige Kenngröße, um in Verbindung mit der Hausautomation die richtige und insbesondere stromsparende Aktion möglichst automatisch auszulösen. Das kann die Einschaltung der besonders stromfressenden Hausgeräte zur richtigen Zeit sein aber auch die Aufladung von eigenen Energiespeichern oder Elektroautos mit gerade nicht für „wertvollere Zwecke“ verwendeter Energie. Ich verwende beispielsweise einen 300l-Warmwasserspeicher, um diesen mit „überflüssiger“ Solarenergie aufzuheizen. Das ist für mich sinnvoller, als die elektrische Energie für das aktuelle geringe Entgelt ins Stromnetz zurück zu speisen. Zu diesem Thema werde ich demnächst meine aktuelle Installation mit der intelligenten Steuerung des WW-Speichers hier vorstellen.

Entscheidend für die Nutzung der vielen kleinen Einsparmöglichkeiten im Haus ist aber, die Informationen des Stromzählers in der Hausautomation verfügbar zu haben. Wie das genau funktioniert zeigt dieser Beitrag.

Was können digitale Stromzähler/Smartmeter?
Leider ist die Frage nicht so einfach zu beantworten, weil die Bandbreite der technischen Eigenschaften bei digitalen Stromzählern und Smartmetern recht groß ist.

Da gibt es die einfachen Wechselstromzähler (ein oder mehrphasig meistens im Hutschienenformat), welche die elektrische Energie und Leistung messen und im LCD-Display anzeigen. Ausgelesen werden die Daten meistens als Impulsfrequenz an einer IR-LED oder als sog. S0-Ausgang. Die Messwerte stehen für die Weiterverarbeitung in der Hausautomation nur als Impulsfrequenz (x Imp/kWh) zur Verfügung. Für die Auswertung ist immer ein Impulszähler notwendig, wie das mit dem 4-kanaligen PULSECOUNTER 2 sehr gut möglich ist.

Die Energieversorger setzen seit einiger Zeit anstelle des altbekannten Ferraris-Zähler (Drehscheibe) auch digitale Energiezähler ein. Die Ausgabe der Messwerte erfolgt meistens mit der bereits genannten IR-LED als Impulsfolge und kann dann ebenfalls mit dem PULSECOUNTER 2 ausgewertet werden. Unten im Beitragsbild ist so ein IR-LED-Ausgang sichtbar. In diesem Fall gibt der Stromzähler 10000 Imp/kWh an deiner IR-LED aus. An diesem Ausgang kann aber nur ein Signal ausgegeben werden, was meistens die verbrauchte Gesamtenergie ist. Wenn aber mehrere zusätzliche Messwerte erfasst werden (wie z.B. Nachtstromenergie, Solar-Rückspeisung, Leistung etc.), dann funktioniert die Methode mit der IR-LED nicht mehr. Für diesen Fall gibt es eine bidirektionale IR-Schnittstelle (im Bild oben rechts), über die die Daten mit dem jetzt Smartmeter genannten Energiezähler bidirektional ausgetauscht werden können. Für die Verwendung in der Hausautomation ist aber nur das Auslesen der Daten über die IR-Schnittstelle interessant. Eine Steuerung des Stromzählers kann/soll in der Regel ja nicht erfolgen.

Das Format der ausgegebenen Daten ist zwar grundsätzlich standardisiert, aber innerhalb der Standards gibt es leider riesige Spielräume, die den Smartmeter-Herstellern und den Energieversorgern eigene Datenvariationen erlauben. Man ist sprachlos, wenn man sich in das Thema etwas tiefer einarbeitet. Hier ist z.B. eine Tabelle der gebräuchlichen Smartmeter Datenformate.

Gerade bei der verwirrenden Vielzahl von verschiedenen Smartmetern und Datenformaten muß man sich leider etwas tiefer in das Thema einarbeiten, um für seinen individuellen Zähler herauszufinden, wie man die Daten „anzapft“. Hilfreich sind insbesondere diese Websites:
https://www.volkszaehler.org/
https://www.msxfaq.de/sonst/bastelbude/ ... d0_sml.htm

Das per IR-LED ausgegebene Datentelegramm hat eine Grundkodierung im D0 oder SML-Format bei verschiedenen Baudraten. Um alle Formate beim Auslesen abzudecken, ist eine äußerst komplizierte Einstellung notwendig. Ich habe mich deshalb aktuell nur auf das SML-Datenformat beschränkt, welches mit 9600Bd arbeitet. Dieses Datenformat ist aktuell bei den meisten neuen Stromzählern sehr verbreitet.

Wie werden die Daten gelesen?
Für die Auslesung der Daten wird ein IR-Lesekopf verwendet, der die Lichtimpulse in Spannungssignale umsetzt. Obwohl es solche Leseköpfe zu kaufen gibt, habe ich bewusst einen eigenen Lesekopf zum Selbstbau entwickelt. Dieser Lesekopf ist besonders flach (wichtig bei wenig tiefen Zählerschränken) und hat eine Anzeige-LED (wichtig!), mit der man einfach erkennen kann, ob an dem eigenen Stromzähler überhaupt Daten ausgegeben werden. Darüber hinaus ist damit sehr gut eine Justage und Funktionskontrolle möglich. Weiterhin ist das Schaltungslayout dahin optimiert, daß die Zuleitung zum IR-Lesekopf recht lang sein kann (ca. 10 bis 15m habe ich erprobt!).
powrpilot_6.JPG
Für die Auswertung des Datentelegramms bei Smartmetern befestigt man den Lesekopf sehr einfach mit dem Ringmagneten an der entsprechenden Stahlplatte. Meistens ist die IR-Sendediode rechts, so dass der Kabelabgang des Lesekopfes ebenfalls rechts ist.
Folie4.JPG
Wie kommen die Daten in die Hausautomation?
Zur Übertragung der Daten wird das normale 2,4Ghz-WLAN verwendet, weil damit hohe Datenraten möglich sind, um insbesondere die Information der Stromleistung ausreichend häufig bzw. zeitnah zu übertragen. Bei Systemen mit Übertragung über die 868Mhz-Frequenz ist eine schnelle Datenübertragung kaum möglich, weil gesetzliche Rahmenbedingungen nur 1%-Sendezeit zulassen. Der sog. duty-cycle würde bei einer zu häufigen Übertragung leicht an die Grenze geraten!

Zur Übertragung der Daten in die Hausautomation wird ein modernes WLAN-Modul Wemos D1 mini (ESP8266) mit integrierter USB-Schnittstelle verwendet. Die Stromzählerinformationen vom IR-Lesekopf werden damit ausgewertet und übersichtlich auf einer eigenen Webseite dargestellt. Gleichzeitig sendet das Modul die Daten automatisch (im Hintergrund!) zur Homematic-CCU oder alternativ als JSON-Datentelegramm zu anderen Hausautomations-Systemen. Die Einstellung der jeweiligen Funktion erfolgt komfortabel mit integrierten Befehlen und wird entsprechend auf der Webseite des PowrPilot dargestellt.

Die technischen Daten des PowrPilot:
> IR-Lesekopf mit Magnethalter zur Auslesung des Stromzählers
> Betriebsarten: Zweirichtungs-Zähler, Eintarif-Zähler und Zweitarif-Zähler
> Geeignet für moderne Stromzähler mit SML-Protokoll und 9600Bd (nicht D0-Protokoll !!)
> OBIS-Kennzahlen einstellbar
> RGB-LED-Anzeige für Leistungsanzeige (Rot = Strombezug, Grün = Stromabgabe)
> einfache WLAN-Einbindung ins Heimnetz
> WLAN-Zugangsdaten werden einmalig im Hotspotmodus eingegeben
> Vergabe einer festen IP-Adresse optional möglich
> „Anlernen“ an die Homematic mit einem „Klick“ oder manuell CCU-Systemvariablen anlegen
> sehr einfach Updatefähig über WLAN, kein Zugang zum Modul notwendig!
> automatische zyklische Messwertübertragung an die Homematic oder andere Homeserver
> Übersichtliche Messwertdarstellung auf eigener Webseite mit Browser
> Integrierte Datenloggerfunktion der Verbräuche stündlich, täglich und monatlich
> komfortabler Download der Verbräuche als Excel csv-File
> alternativ zur CCU ist Datenausgabe auch im JSON-Format möglich
> Stromverbrauch ca. 200mA bei 5V, „gutes“ Micro-USB-Netzteil mit mindestens 1A empfohlen


Die Datenübertragung erfolgt mit dem hauseigenen WLAN. Die Datenübertragung speziell zur Homematic arbeitet völlig automatisch im Hintergrund, indem die Daten auf entsprechende CCU-Systemvariable abgebildet werden. Für die Verwendung in Verbindung mit ioBroker oder anderen Hausautomationssystemen kann der PowrPilot anstatt zur CCU auch JSON Daten an eine programmierbare Serveradresse im Heimnetz versenden. Und natürlich kann man den PowrPilot auch ganz ohne Hausautomation verwenden: dafür hat der PowrPilot seine eigene Webseite, womit die Messdaten im Heimnetz mit jedem üblichen Browser einfach dargestellt werden können. So hat man die aktuellen Verbrauchsdaten jederzeit auch auf dem Tablet oder Smartphone im Blick.
powrpilot_1.png
Die stündlich, täglich und monatlich akkumulierten Verbrauchswerte werden auf weiteren Webseiten Tag , Monat und Jahr tabellarisch dargestellt. Das folgende Bild zeigt beispielsweise die Darstellung des stündlichen Verbrauches über den aktuellen Tag:
powrpilot_5.png
Der Zeitstempel zeigt genau den Zeitpunkt bei der Erstellung des jeweiligen Datensatzes an. Mit dem Button „export csv-file“ kann man die Messdaten auch als Excel csv-Datei exportieren und nach eigenen Wünschen auswerten und grafisch anzeigen.

Nachbau leicht gemacht
Den PowrPilot gibt es nur als Bausatz. Der Nachbau ist auch für den weniger versierten Elektroniker möglich, denn mit dem Bausatz muß man eigentlich nur die wenigen Bauteile verlöten und die Module verbinden. Aber man sollte schon etwas Erfahrung mit dem Zusammenbau und Inbetriebnahme von elektronischen Modulen haben! Mit der detaillierten aktuellen Bauanleitung kann eigentlich wenig „schief “ gehen, wenn man sorgfältig alle Schritte ausführt, über etwas Löterfahrung und ein Multimeter verfügt.

Und so sieht beispielhaft die Montage im Stromschrank aus.
Folie8.JPG
Wichtig ist, dass mit der räumlichen Trennung von Lesemodul und WLAN-Modul die Platzierung des WLAN-Moduls außerhalb des metallischen und dementsprechend abschirmenden Schaltschrankes erfolgen kann. So ist die manchmal schwierige WLAN-Verbindung leichter herzustellen. Bei schwierigen Verbindungsproblemen zum Router kann man auch die Verbindungsleitung zwischen Lesekopf und WLAN-Modul bis etwa 10m verlängern, um das WLAN-Modul näher an den Router zu bringen.

Die Einstellung mit OBIS-Kennzahlen
Das Datentelegramm, welches vom Smartmeter über den IR-Lesekopf abgegeben wird, ist einige hundert Bytes lang. Um daraus die wenigen für die Hausautomation wichtigen Daten wie bezogene Energie in kWh, aktuelle Leistung in kW und bei Solarbesitzern die abgegebene Energie „herauszufischen“ sind die sog. OBIS-Kennzahlen wichtig. Diese Kennzahlen sind im Datentelegramm den jeweiligen Messwerten vorangestellt und helfen, die genaue Position der wichtigen Bytes im Datentelegramm zu finden. Die Eingabe der individuellen Kennzahlen erfolgt auf der Expertenseite des PowrPilot als param 9, 10 und 7. In der großen Gesamtmenge der OBIS-Kennzahlen sind für die Auslesung der im Privat-Haushalt verwendeten digitalen Stromzähler/Smartmeter nur folgende Kennzahlen wichtig:
Folie9.JPG
Bei vielen Stromzählern werden die verwendeten OBIS-Kennzahlen auch im LCD-Display neben den jeweiligen Messwerten angezeigt.
Viele Gruesse
Eugen
________________________________________________
SmartHome-Eintopf mit feinem Homeduino-Gemüse
... und für Feinschmecker gibt´s den WIFFI, den WEATHERMAN-2, den PULSECOUNTER und den AIRSNIFFER
mit vielen Kochrezepten für den ambitionierten Homematiker

HMNutzer
Beiträge: 708
Registriert: 24.10.2016, 17:18
System: Alternative CCU (auf Basis OCCU)
Hat sich bedankt: 150 Mal
Danksagung erhalten: 22 Mal

Re: Der PowrPilot …leistungsfähiges Stromzähler/Smartmeter-Interface für die Hausautomation

Beitrag von HMNutzer » 31.05.2022, 22:03

Servus,

muss die LED am Lesekopf dauerleuchten oder blinken?
Viele Grüße

Martin

RaspberryMatic auf ESXi 7 mit RPI-RF-MOD/HB-RF-ETH. Div. HM und HMIP Funkkomponenten im Holzständerhaus

Benutzeravatar
funkleuchtturm
Beiträge: 2362
Registriert: 13.06.2011, 16:42
Hat sich bedankt: 23 Mal
Danksagung erhalten: 355 Mal
Kontaktdaten:

Re: Der PowrPilot …leistungsfähiges Stromzähler/Smartmeter-Interface für die Hausautomation

Beitrag von funkleuchtturm » 01.06.2022, 07:50

Die LED muß AUS sein, wenn der Lesekopf nicht anliegt!

Wenn der Lesekopf anliegt, dann kommt je nach Zähler ca. alle 2sec ein Datenpaket,wobei die LED weniger als 1sec EIN ist.
Viele Gruesse
Eugen
________________________________________________
SmartHome-Eintopf mit feinem Homeduino-Gemüse
... und für Feinschmecker gibt´s den WIFFI, den WEATHERMAN-2, den PULSECOUNTER und den AIRSNIFFER
mit vielen Kochrezepten für den ambitionierten Homematiker

HMNutzer
Beiträge: 708
Registriert: 24.10.2016, 17:18
System: Alternative CCU (auf Basis OCCU)
Hat sich bedankt: 150 Mal
Danksagung erhalten: 22 Mal

Re: Der PowrPilot …leistungsfähiges Stromzähler/Smartmeter-Interface für die Hausautomation

Beitrag von HMNutzer » 01.06.2022, 09:46

Danke. Das Blinken passt dann; es kommen aber keine Werte. Dann werde ich mal mit dem EVU reden, ob der Zähler überhaupt Daten rausgibt.
Viele Grüße

Martin

RaspberryMatic auf ESXi 7 mit RPI-RF-MOD/HB-RF-ETH. Div. HM und HMIP Funkkomponenten im Holzständerhaus

HMNutzer
Beiträge: 708
Registriert: 24.10.2016, 17:18
System: Alternative CCU (auf Basis OCCU)
Hat sich bedankt: 150 Mal
Danksagung erhalten: 22 Mal

Re: Der PowrPilot …leistungsfähiges Stromzähler/Smartmeter-Interface für die Hausautomation

Beitrag von HMNutzer » 01.06.2022, 09:48

Noch ein Tipp zum Zusammenbau:
Ich habe den Lesekopf ohne Magnet zusammengebaut, die Elektronik entfernt, dann erst den Ringmagnet rein und die Elektronik wieder ins Gehäuse. Dann Kabel dran und läuft.
Mich hat der Magnet bei den ersten Lötstellen zu sehr genervt.
Viele Grüße

Martin

RaspberryMatic auf ESXi 7 mit RPI-RF-MOD/HB-RF-ETH. Div. HM und HMIP Funkkomponenten im Holzständerhaus

Benutzeravatar
shartelt
Beiträge: 7421
Registriert: 14.01.2015, 14:59
System: Alternative CCU (auf Basis OCCU)
Hat sich bedankt: 524 Mal
Danksagung erhalten: 752 Mal

Re: Der PowrPilot …leistungsfähiges Stromzähler/Smartmeter-Interface für die Hausautomation

Beitrag von shartelt » 01.06.2022, 10:41

HMNutzer hat geschrieben:
01.06.2022, 09:46
Dann werde ich mal mit dem EVU reden, ob der Zähler überhaupt Daten rausgibt.
Dein EVU hat damit nix zu tun. Die Zähler sind vom MSB (der meist der VNB ist).
Standard mäßig benötigst Du den PIN um die Datenausgabe freizuschalten.

HMNutzer
Beiträge: 708
Registriert: 24.10.2016, 17:18
System: Alternative CCU (auf Basis OCCU)
Hat sich bedankt: 150 Mal
Danksagung erhalten: 22 Mal

Re: Der PowrPilot …leistungsfähiges Stromzähler/Smartmeter-Interface für die Hausautomation

Beitrag von HMNutzer » 01.06.2022, 10:50

OK, war ein Unschärfe.
Viele Grüße

Martin

RaspberryMatic auf ESXi 7 mit RPI-RF-MOD/HB-RF-ETH. Div. HM und HMIP Funkkomponenten im Holzständerhaus

Benutzeravatar
funkleuchtturm
Beiträge: 2362
Registriert: 13.06.2011, 16:42
Hat sich bedankt: 23 Mal
Danksagung erhalten: 355 Mal
Kontaktdaten:

Re: Der PowrPilot …leistungsfähiges Stromzähler/Smartmeter-Interface für die Hausautomation

Beitrag von funkleuchtturm » 01.06.2022, 13:38

shartelt hat geschrieben:
01.06.2022, 10:41
Dein EVU hat damit nix zu tun. Die Zähler sind vom MSB (der meist der VNB ist).
Standard mäßig benötigst Du den PIN
Aber was hat der KSB mit dem MSB davon, wenn der MNB nur USB hat und der MBN und kein PWD herausgibt. Besser den TB ansprechen, ob der Fieber hat :mrgreen:
Viele Gruesse
Eugen
________________________________________________
SmartHome-Eintopf mit feinem Homeduino-Gemüse
... und für Feinschmecker gibt´s den WIFFI, den WEATHERMAN-2, den PULSECOUNTER und den AIRSNIFFER
mit vielen Kochrezepten für den ambitionierten Homematiker

Benutzeravatar
shartelt
Beiträge: 7421
Registriert: 14.01.2015, 14:59
System: Alternative CCU (auf Basis OCCU)
Hat sich bedankt: 524 Mal
Danksagung erhalten: 752 Mal

Re: Der PowrPilot …leistungsfähiges Stromzähler/Smartmeter-Interface für die Hausautomation

Beitrag von shartelt » 01.06.2022, 13:40

mfg mit freundlichen grüßen, die welt steht uns zu füßen und wir stehen drauf *summ*

HMNutzer
Beiträge: 708
Registriert: 24.10.2016, 17:18
System: Alternative CCU (auf Basis OCCU)
Hat sich bedankt: 150 Mal
Danksagung erhalten: 22 Mal

Re: Der PowrPilot …leistungsfähiges Stromzähler/Smartmeter-Interface für die Hausautomation

Beitrag von HMNutzer » 01.06.2022, 17:28

Servus Eugen,

kann ich eigentlich irgendwo das Datentelegramm sehen, das der PP vom Zähler erhält?
Viele Grüße

Martin

RaspberryMatic auf ESXi 7 mit RPI-RF-MOD/HB-RF-ETH. Div. HM und HMIP Funkkomponenten im Holzständerhaus

Antworten

Zurück zu „HomeMatic Tipps & Tricks - keine Fragen!“