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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik AVR: Strom & Span messen, Leistung errechnen, S0 Impulse verarbeiten und via LAN bereitstellen


Autor: Marcus C. (Gast)
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hallo Community,

zum ersten, ich neu hier und wünsch euch erstmal einen guten Abend.

zum zweiten habe ich ein relativ großes Projekt, quasi auf der Zunge 
liegen, und brauche hilfe was die umsetzung via Mikrokontroller angeht.

Ich habe mit Mikrocontroller bis jetzt noch nicht viel Erfahrung, ich 
hoffe aber, viel zu lernen, denn es ist ein sehr interessantes Thema.

Aber ich fang wohl erstmal von vorn an. Ich arbeite in der 
Veranstaltungstechnik, wir erstellen mobile Stromversorgungen.
Unser Netz ist fast immer Sternförmig aufgebaut, sprich eine zentrale 
Einspeisung und viele Abgänge. Jeder dieser Abgänge soll später 
folgendes können

Ich suche nach einer Möglichkeit eine Strom- und Spannungsmesung in 
einem Drehstromnetz zu machen, Drehstrom & Wechselstromzähler via S0 Bus 
auszulesen und diese gesammelten Daten direkt über das bestehende 
Stromnetz zu einem Zentralen Auslesepunkt zu schicken, um an diesem die 
Daten via PC+UMTS ins WWW auf einen Server zu schicken, der die Daten 
Live auf einer Zugangsgesicherten I-Net Seite bereitstelle, von der ich 
dann von überall aus per PC/Smartphone einsehen kann. :)

puh, was für ein Satz, aber jetzt ist es raus.

Jetzt stellt sich mir folgende frage. Die zu messenden Ströme befinden 
sich meist jenseits der 80A, 100-160 um genau zu sein ;)
Ich dachte da an Messwandler, die mir die Strome bis auf 5A oder evt. 
sogar weniger, ich muss mich da noch umschauen, runtersetzen.

Welcher Mikrocontroller ist denn für diese 9 Messungen 
(L1-N,L2-N,L3-N,L1-L2,L2-L3,L3-L1(in volt) sowie L1,L2,L3 (in Ampere)) 
am geeignetsten?

Wie verarbeite ich den S0 Bus?

Darf ich überhaupt HF Signale zur Übertragung in ein Stromnetz senden?
Wenn ja, wie?


Für den ein oder anderen ist dies sicherlich ein Interessantes Thema, 
ich freue mich über jede Antwort und jede Hilfestellung.

gruß Marcus C.

Autor: holger (Gast)
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>Ich habe mit Mikrocontroller bis jetzt noch nicht viel Erfahrung, ich
>hoffe aber, viel zu lernen, denn es ist ein sehr interessantes Thema.

Dann fang mit ner blinkenden Leuchtdiode an. Das was du vorhast
ist vier Zehnerpotenzen zu hoch für dich.

Autor: Flo (Gast)
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Das Projekt ist nicht von Pappe.

>>Ich habe mit Mikrocontroller bis jetzt noch nicht viel Erfahrung, ich
>>hoffe aber, viel zu lernen, denn es ist ein sehr interessantes Thema.

Wie siehts mit sonstigen Kenntnissen aus? Messtechnik, 
Starkstromtechnik, Programmieren,...
Das Projekt deckt viele Themen ab, das wird seehr lange dauern.

Für den uC-Einstieg würde ich dir raten, ganz einfach anzufangen:
1. uC besorgen und das hier auf der Seite befindliche Tutorial 
durcharbeiten.
2. eigne dir Grundlagen zur Messtechnik an, grad deine genannten Ströme 
sind nicht unbedenklich! (sowas wird normalerweise induktiv gemessen)
3. Anforderungen: bei so einem Projekt (sehr große Leistungen) erst mal 
genau festlegen, was man braucht, Schaltplan, Doku und so weiter. Wenn 
du die Anforderungen hast, kannst du dir eine Realisierung überlegen.

Autor: 900ss D. (900ss)
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holger schrieb:
> Dann fang mit ner blinkenden Leuchtdiode an. Das was du vorhast
> ist vier Zehnerpotenzen zu hoch für dich.

Das sehe ich genauso, vielleicht schaust du hier mal vorbei.
Beitrag "Energy Meter mit ADE7769 - AVR"

Autor: Axel Ro. (axelroro)
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Marcus,
schaue mal hier

http://busware.de/tiki-index.php?page=4S0ETH

Das müsste eigentlich ziemlich in die Richtung gehen. Ethernet dann 
ggfs. über kommerzielle Powerline Adapter (z.B. D-link Ethernet über das 
Stromnetz) anbinden, zentral noch eines dieser Teile an einen Internet 
Router, wenn es diese nicht eh schon als DSL Router gibt - müsste 
machbar sein.

Hoffe, das hilft weiter.

Grüsse
Axel

Autor: themo (Gast)
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Warum nicht einen ungeeichten Meßwandlerzähler für die Hutschiene 
kaufen? - dürfte ja nicht die Welt kosten -oder?

Autor: Axel Ro. (axelroro)
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Marcus,
themo hat vermutlich recht, aber wenn's Dich Doch nach Selbstbau 
gelüstet, hier noch ein Link zum obigen mit Schaltplan.

Grüsse
Axel

Autor: themo (Gast)
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sorry, habe ich vergessen zu schreibe: S0 ausgang ist doch einfach nur 
ein Potentialfreier ausgang der je nach gerät eine bestimmte anzahl an 
Impulsen pro kWh ausgibt. Die Auswertung der S0 ausgänge könnte man dann 
wieder relativ einfach mit einem MC machen.

Autor: Marcus C. (Gast)
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hi,

wow so viele antworten in so kurzer zeit, der Wahnsinn.

also, ich bin Ausgebildeter Elektroniker für Energie & Gebäudetechnik 
mit knapp 2 Jahren Berufserfahrung. Ständige Weiterbildung in EIB und 
versch. Messtechniken sind da nich auszulassen.

Ich bin ebend noch nicht fit in sachen Mikrocontroller, aber das wird 
schon.

@  holger: "Dann fang mit ner blinkenden Leuchtdiode an. Das was du 
vorhast
ist vier Zehnerpotenzen zu hoch für dich."

Das mag sein, nur "Das was du vorhast ist vier Zehnerpotenzen zu hoch 
für dich." gibt bei mir nicht.
Ich bin nicht jemand der beim ersten Kommentar aufhört nachzudenken und 
den schwanz einzieht. Es gibt immer eine Möglichkeit und es ist noch 
kein Meister vom Himmel gefallen. Für die diesjährige 
Veranstaltungssaison ist es eh zuspät. Das Projekt muss nich von heut 
auf morgen fertig sein.

Also fang ich mit dem Starterpackes ind ner blinkenden LED an ;)

@ Flo: Messtechnik und Starkstrom sind kein Problem, ich denk das 
Programmieren wirds sein.

@ Axel Ro.: jo was in der dast von PowerNet hatte ich mir auch schon 
gedacht. Das könnte das Problem der Netzinternen Datenübermittlung lösen

@ Axel Ro.: Die Zweite:

endlich jemand der es verstanden hat. Das Selbstbaufieber ist wieder 
ausgebrochen. Das wird gepackt und fertig gemacht. ;)

@ themo: Das Problem ist, das unsere Verteilerschränke Modular aufgebaut 
sind (s. Bild) ich also fertige "Module" habe, die nur noch in passender 
Bestückung in die Verteiler geschraubt werden. Die Stromzähler haben 
ebend einen S0 Bus, und den möchte ich mir für die Abrechnung zu nutze 
machen.


Gemessen soll, über induktion mit passenden Messwandlern, direkt an den 
Stromschienen. die sind auf dem Foto leider nicht zusehen, ich denke 
aber das die Eingangsebene ganz linkt die drei Phasen gut verdeutlicht. 
Zudem sieht man unten die N & PE Schiene.

gruß Marcus

Autor: Marcus C. (Gast)
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EDIT: Falsche foto zur Verdeutlichung der Stromschienen hochgelanden. 
Hier kommt das richtige, sry.

Autor: Axel Ro. (axelroro)
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Genau - kaufen ist langweilig, selbstmachen ist in, unken auch !

Wenn's Messwandler sein sollen, dann vielleicht das hier:

http://de.rs-online.com/web/search/searchBrowseAct...

Dann mit Operationsverstärker gleichrichten und auf Analogeingang eines 
uC und messen. Schaltungen gibts bestimmt irgendwo - hab ich noch nicht 
danach gesucht.

Grüsse
Axel

Autor: Kevin K. (nemon) Benutzerseite
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kauf dir passende Stromsensoren auf Halleffektbasis, 1:100 
Spannungsteiler mit entsprechender Spannungsfestigkeit, einen ad7656, 
einen passenden µC und einen ENC28J60, sowie einen Haufen Hühnerfutter, 
insbesondere zur galvanisch getrennten Erfassung der drei Spannungen. 
Zur Ermittlung der Wirkleistung hilft dir die Aronschaltung weiter. 
Schick die Daten lieber über Lan und nicht über ein Starkstromnetz. Mit 
einem entsprechenden XPORT wär auch WLAN möglich.

Ich baue gerade einen Wirkleistungsmesser für beliebige 
Drehstromverbraucher und dieses Prinzip beginnt, sich zu bewähren. Zwar 
hing die Schaltung noch nicht am heißen Netz, mit Testspannungen sehen 
die ersten Versuche aber schonmal gut aus.

Autor: 900ss D. (900ss)
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Kevin K. schrieb:
> kauf dir passende Stromsensoren auf Halleffektbasis, 1:100
> Spannungsteiler mit entsprechender Spannungsfestigkeit, einen ad7656,
> einen passenden µC und einen ENC28J60, sowie einen Haufen Hühnerfutter,

Darum hatte ich einen Link oben gepostet.
Beitrag "Re: AVR: Strom & Span messen, Leistung errechnen, S0 Impulse verarbeiten und via LAN bereitstellen"
Dort kann man ein paar Ideen sammeln. Man muss ihn allerdings
durchlesen. ;-) Dort sind auch ein paar unterschiedliche Schaltungen 
gepostet.

Autor: Thilo M. (Gast)
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Evtl. hilft dir zur Strommessung das weiter:
http://www.allegromicro.com/en/Products/Part_Numbe...
Das Ausgangssignal und die Versorgung sind schon µC-kompatibel und bis 
3kV Spannungsfest.
Strombereich bis 300A ist möglich, gleichrichten muss man den Ausgang 
bei AC aber noch.

Autor: fabian (Gast)
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Genau das was Du vor hast hat mein Kommulitone (wie auch immer man das 
schreibt) auch seinerzeits als Diplomarbeit gemacht. (Auch 
Veranstaltungstechnik / auch mit Messwandlern, gleiche Anforderungen)
Ich werde ihn nachher mal auf diesen Thread aufmerksam machen...

Autor: Marcus C. (Gast)
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Guten  Morgen,

@  Kevin K.: An den X-Port habe ich auch schon gedacht, der "C´t 
Netzschalter" gab mir den anschwung. Ich glaube nur nicht, das mit W-Lan 
weiter hilft. Ich muss oft große distanzen überbrücken. Sind auch schon 
mal 200-400m. Ich weiß ehrlich gesagt nicht, ob W-Lan über diese Distanz 
sinnvoll ist.

Die Lösung über das errichtete Stromnetz erscheint mit immer noch als 
beste.

Meine erste Idee war, den X-Port ohne W-Lan Funktion zu nutzen und Ihn 
durch eine Fertig Lösung a la "Devolo MicroLink dLAN" über eine 
"Datenphase" zu versenden.
Auf dem X-Port hätte ich eine kleine Website die dann Live zu einem 
Zentralen Netbook sendet, das diese Daten sammelt und via UMTS 
versendet.


@ fabian: Das wäre echt nett, wenn du deinen Kommilitone auf diesen 
Thread einladen würdest. Ich bin sehr gesapnnt aus seine Lösung.


Ich werde mich jetzt mal in die Grundlagen einlesen, ein bisl Zeit habe 
ich noch. Kommende Woche ist schon die nächste Veranstaltung, die 
geplant werden will

gruß Marcus C.

Autor: Frank K. (fchk)
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Marcus C. schrieb:

> Jetzt stellt sich mir folgende frage. Die zu messenden Ströme befinden
> sich meist jenseits der 80A, 100-160 um genau zu sein ;)
> Ich dachte da an Messwandler, die mir die Strome bis auf 5A oder evt.
> sogar weniger, ich muss mich da noch umschauen, runtersetzen.
>
> Welcher Mikrocontroller ist denn für diese 9 Messungen
> (L1-N,L2-N,L3-N,L1-L2,L2-L3,L3-L1(in volt) sowie L1,L2,L3 (in Ampere))
> am geeignetsten?

Schau Dir die Doku zum ST STPM01 an, auch wenn Du den Baustein nachher 
nicht einsetzt. Da kannst Du viel lernen, und im Gegensatz zu den 
Alternativen ist hier die Dokumentation schon auf hiesige Verhältnisse 
angepasst. Es gibt auch eine Application Note zum Messen an 
Dreiphasensystemen.

Andere Lösungen gibts auch von Cirrus (dort auch welche, die drei Phasen 
in einem Baustein verarbeiten, aber die Doku ist eben für 
US-Verhältnisse angepasst, d.h. 2*110V in Privathaushalten, und 220V ist 
bei denen Starkstrom) und Analog Devices.

http://www.st.com/stonline/products/literature/ds/...

> Darf ich überhaupt HF Signale zur Übertragung in ein Stromnetz senden?
> Wenn ja, wie?

Guckst Du hier:

http://www.st.com/stonline/products/families/commu...

fchk

Autor: fwb (Gast)
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fabian schrieb:
> Genau das was Du vor hast hat mein Kommulitone (wie auch immer man das
> schreibt) auch seinerzeits als Diplomarbeit gemacht. (Auch
> Veranstaltungstechnik / auch mit Messwandlern, gleiche Anforderungen)
> Ich werde ihn nachher mal auf diesen Thread aufmerksam machen...

Das bin dann wohl ich.

Also: eine Variante ist L1-N, L2-N, L3-N über Transformatoren auf eine 
geringe Spannung transformieren, dann für den uC aufbereiten. Damit kann 
man dann alle anderen relevanten Spannungen berechnen. Strom messen: 
Stromwandler (x:5 oder x:1) +Shunt, da die Zuleitungen durchführen, für 
L1, L2, L3, und N. (N ist eine sehr interessante Größe beim Einsatz von 
Dimmer und LED-Zeug!). Da man durch den niederohmigen Shunt nur geringe 
Spannungen erhält, braucht man noch ein paar OPs dafür, um mit dem uC 
messbare Spannungen zu erhalten.
Es ist durchaus möglich die AD Wandlung und die Messwertermittlung nur 
mit dem uC zu machen.
Vielleicht hilft das ja.

Autor: Marcus C. (Gast)
Datum:

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fwb schrieb:
> Also: eine Variante ist L1-N, L2-N, L3-N über Transformatoren auf eine
> geringe Spannung transformieren, dann für den uC aufbereiten. Damit kann
> man dann alle anderen relevanten Spannungen berechnen.

fwb schrieb:
> N ist eine sehr interessante Größe beim Einsatz von
> Dimmer und LED-Zeug!

Hi,

danke für dein Vorbeischauen. Ich hatte in den vergangenen Tage leider 
wenig Zeit. Klappt aber ab mitte kommender Woche besser.

Die Trafo Lösung gefällt mir gut, ebenso der vorschlag den N 
mitzumessen, hätt ich auch gemacht, aber aus anderen Gründen.


Spielt es denn für die elektronik eine große rolle, ob ich einen MW mit 
einer X:5 oder X:1 übersetzung nehme?

Autor: fwb (Gast)
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Marcus C. schrieb:
> Spielt es denn für die elektronik eine große rolle, ob ich einen MW mit
> einer X:5 oder X:1 übersetzung nehme?
Wenig. Aber durch den notwendigen Shunt/Bürdenwiderstand ergibt sich 
dann, wie du das Signal verstärken/aufbereiten musst.
Noch als Tipp zu den Trafos: mach vorher einen Testaufbau mit den 
Trafos, und schau ob das mit deinem gewählten Lastwiderstand am Ausgang 
auch noch ein Sinus ist.

Autor: Frank K. (fchk)
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Marcus C. schrieb:

> Die Trafo Lösung gefällt mir gut

... aber möglichwerweise weniger genau. Du hast ja nicht nur Deine 50 Hz 
Grundschwingung, sondern auch diverse Oberschwingungen durch 
nichtlineare Lasten (Dimmer, Schaltnetzteile, ...), die Du auch 
berücksichtigen musst.

Tipp: Überlege Dir, bis zu welcher Oberschwingung Du messen 
willst/kannst (Abtastrate?), und dann überlege Dir die 
Übertragungsfunktion an Deinen Trafos und ob sich der beispielsweise bei 
300 Hz (5. Harmonische) noch genauso verhält wie bei 50 Hz!

Dann weißt Du auch, warum diese Lösung in den Appnotes der einschlägigen 
Wandlerchips nicht auftaucht.

fchk

Autor: Thilo M. (Gast)
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Frank K. schrieb:
> Tipp: Überlege Dir, bis zu welcher Oberschwingung Du messen
> willst/kannst (Abtastrate?), und dann überlege Dir die
> Übertragungsfunktion an Deinen Trafos und ob sich der beispielsweise bei
> 300 Hz (5. Harmonische) noch genauso verhält wie bei 50 Hz!

Meine oben vorgeschlagene Lösung mit AllegroMicro Hallsensoren minimiert 
nicht nur Wärmeentwicklung (Shunt) und Bauteilaufwand, mit 
nachgeschaltetem Effektivwertgleichrichter ist das Ganze auch schnell an 
den µC-Pegel angepasst. ;)

Autor: Frank K. (fchk)
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Thilo M. schrieb:
> Frank K. schrieb:
>> Tipp: Überlege Dir, bis zu welcher Oberschwingung Du messen
>> willst/kannst (Abtastrate?), und dann überlege Dir die
>> Übertragungsfunktion an Deinen Trafos und ob sich der beispielsweise bei
>> 300 Hz (5. Harmonische) noch genauso verhält wie bei 50 Hz!
>
> Meine oben vorgeschlagene Lösung mit AllegroMicro Hallsensoren minimiert
> nicht nur Wärmeentwicklung (Shunt) und Bauteilaufwand, mit
> nachgeschaltetem Effektivwertgleichrichter ist das Ganze auch schnell an
> den µC-Pegel angepasst. ;)

Die sind ja auch gar nicht so übel, aber für eine Leistungsmessung musst 
Du ja synchron(!) die Augenblickswerte von Strom und Spannung messen. 
Der OP wollte die Trafos in der Spannungsmessung einsetzen.

fchk

Autor: Thilo M. (Gast)
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Frank K. schrieb:
> Der OP wollte die Trafos in der Spannungsmessung einsetzen.

Zur Spannungsmessung könnte man ja auch die Schaltung eines 
True-RMS-Multimeters verwenden. Ohne den Effektivwertgleichrichter bei 
der Strommessung wäre dann eine zeitgleiche Abtastung möglich.

Autor: Frank K. (fchk)
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Thilo M. schrieb:
> Frank K. schrieb:
>> Der OP wollte die Trafos in der Spannungsmessung einsetzen.
>
> Zur Spannungsmessung könnte man ja auch die Schaltung eines
> True-RMS-Multimeters verwenden. Ohne den Effektivwertgleichrichter bei
> der Strommessung wäre dann eine zeitgleiche Abtastung möglich.

Hallo? Ich schrieb was von Augenblickswerten für Strom und Spannung.

Zur Erinnerung: Die Leistung berechnet sich im allgemeinen Fall als

Dafür mußt Du eben mit Deiner Abtastrate (beispielsweise 1kHz) jeweils 
zeitgleich u(t) und i(t) messen, multiplizieren und aufintegrieren.

Für den OP heißt das: er braucht zwei AD-Wandler, die er synchron 
triggern kann. Oder einen zweikanaligen wie den Microchip MCP3909, der 
extra dafür gebaut wurde, aber im Grunde nichts weiter als ein 
zweikanaliger AD-Wandler ist. Der STPM01 und die Chips von Crystal und 
AD sind intelligenter und erledigen das Aufintegrieren intern, sodass Du 
direkt P, S und Q auslesen kannst.

fchk

Autor: heinzhorst (Gast)
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Ist das ein privates Bastelprojekt, oder sollst du so etwas für deinen 
Arbeitgeber machen? Wenn letzteres der Fall ist: Das gibt es auch fix 
und fertig zu kaufen:

http://ssv-comm.de/de/produkte/mgw920.php

S0 kann das Teil auch soweit ich weiß.

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