IoT-Dossier

RS485 Modbus 4G – Feldanbindung ohne Festnetz

Verbinden Sie Ihre RS485-Modbus-Geräte über 4G LTE mit der Cloud – ganz ohne Ethernet oder lokales Netzwerk.

Kurz gesagt
Eine Brücke RS485 Modbus 4G wird direkt an den RS485-Bus Ihrer Geräte angeschlossen, liest die Modbus-Register ohne Ethernet oder lokales Netzwerk aus und überträgt die Daten über 4G LTE mit einer Multi-Operator-SIM-Karte in die Cloud. Sie ist die ideale Lösung für abgelegene Standorte: Pumpstationen, Umspannwerke, Photovoltaikanlagen und Anlagen im Freiland.

RS485 und Modbus RTU: Allgegenwärtig in der Industrie​

Der RS485-Bus mit dem Modbus RTU-Protokoll ist seit den 1980er Jahren der De-facto-Standard in der Messtechnik und der industriellen Automatisierung. Schätzungen zufolge ist er in 70 bis 80 % der industriellen Anlagen weltweit zu finden: Frequenzumrichter, Energiezähler, Kompaktsteuerungen, Prozesssensoren, Temperaturregler, Wechselrichter.

Ihre Robustheit (Störfestigkeit gegenüber elektrischen Störungen), ihre Einfachheit und ihre geringen Kosten erklären diese Langlebigkeit. Die Herausforderung von heute: diese Geräte mit der Cloud zu verbinden, ohne die Installation zu verändern oder ein Ethernet-Netzwerk dort einzurichten, wo es noch keines gibt.

Die Lösung: RS485-Modbus-4G-Gateway​

Das RS485-Modbus-4G-Gateway vereint:

  • RS485-Schnittstelle (Klemmen A/B) zum direkten Anschluss an den bestehenden Bus
  • Integrierter Modbus-RTU-Master zur Abfrage der Slaves ohne zusätzliche Geräte
  • 4G-LTE-Modem mit SIM-Steckplatz für die Cloud-Anbindung ohne lokales Netzwerk
  • MQTT/VPN-Client für die sichere Datenübertragung
  • Flash-Puffer zur Speicherung der Messwerte bei Netzwerkausfall
Bestehender RS485-Bus – Eziwan Cloud-Gateway
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Variateur  ──┐             ┌── RS485 port              Dashboard
Compteur   ──┤─── RS485 ──►│   Modbus master     4G   Alertes
Sensor    ──┤ │   FC03-Abfrage ──LTE►REST-API
Steuerung   ──┘ │   MQTT-TLS-Berichterstellung
(2 fils A/B)               └── SIM multi-op

RS485-Verkabelung: Die Grundregeln​

Eine sorgfältige RS485-Verkabelung ist die Grundvoraussetzung für einen zuverlässigen Bus. Verkabelungsfehler sind die häufigste Ursache für Kommunikationsprobleme in der Industrie.

Wichtige Regeln:

  1. Lineare Bus-Topologie — RS485-Kabel von einem Gerät zum nächsten, keine Sternverzweigungen. Verzweigungen verursachen Signalreflexionen.
  2. Abschlusswiderstände — 120 Ω an beiden Enden des Busses (am ersten und am letzten Gerät). Keine Abschlusswiderstände in der Mitte des Busses anbringen.
  3. Geschirmtes Twisted-Pair-Kabel — Kabeltyp Belden 9842, Lapp UNITRONIC BUS oder gleichwertig, Impedanz 120 Ω, Querschnitt 0,25 bis 0,5 mm².
  4. Gemeinscher Erdungspunkt — Die Abschirmungen und Erdungen der Geräte an denselben Erdungspunkt anschließen, um Potentialunterschiede zu vermeiden.
  5. Kabeltrennung — Halten Sie einen Abstand von mindestens 30 cm zwischen dem RS485-Kabel und den Leistungskabeln (Frequenzumrichter, Motoren) ein oder verwenden Sie einen eigenen Kabelkanal.

Modbus-RTU-Konfiguration am Gateway​

Das Gateway wird über die Eziwan-Cloud-Oberfläche konfiguriert, ohne dass ein physischer Zugriff erforderlich ist:

ParameterTypischer WertBeschreibung
Baudrate9.600 / 19.200 bpsMuss bei allen Slaves übereinstimmen
ParitätKeine 8N1Die in der Industrie am häufigsten verwendete
Antwort-Timeout500 msVerzögerung vor der erneuten Übertragung
Wiederholungsanzahl3Anzahl der Versuche vor Fehlermeldung
Abfrageintervall10 sHäufigkeit des Auslesens der Register
Slave-Adressen1 bis 247Pro Slave konfiguriert

Anwendungsfall: Abgelegene Standorte ohne Festnetzanschluss​

Die RS485-Modbus-4G-Verbindung eignet sich besonders für Standorte ohne Netzwerkinfrastruktur:

Pumpstationen und Wassertürme

  • Überwachung von Druck, Durchfluss und Füllstand
  • Erkennung von Leckagen oder Pumpenfehlern
  • Fernsteuerung (sofern Modbus-Protokoll aktiviert ist)

Hochspannungs-/Niederspannungs-Umspannwerke

  • Messung von Leistung, Energie und Netzqualität
  • Überwachung der Transformatoren (Temperatur, Belastung)
  • Warnmeldungen bei Ausfällen von Leistungsschaltern

Freiflächen-Photovoltaikanlagen

  • Überwachung der String-Wechselrichter (SMA, Fronius, ABB, Huawei)
  • Messung von Ertrag, Sonneneinstrahlung und Zelltemperatur
  • Erkennung von Leistungsabfällen auf String-Ebene

Silos und Behälter für die Landwirtschaft

  • Füllstandsmessung (hydrostatischer Druck, Ultraschall)
  • Lagertemperatur
  • Warnmeldungen bei Befüllung und Entleerung

Optimierung des mobilen Datenverbrauchs​

An Standorten mit eingeschränkter 4G-Abdeckung oder mit einem eingeschränkten M2M-Tarif lassen sich durch verschiedene Optimierungsmaßnahmen der Verbrauch senken:

  • Deadband: Einen Wert nur dann senden, wenn er um mehr als X % vom vorherigen Wert abweicht
  • Aggregation: Den Mittelwert über 5 Minuten berechnen und nur das Ergebnis senden
  • Komprimierung: MQTT mit komprimierter (gzip) JSON-Nutzlast reduziert das Datenvolumen um 60 bis 70 %
  • QoS 0 für nicht kritische Daten (keine MQTT-Bestätigung = weniger Datenaustausch)
  • Regelmäßige Berichterstattung: eine Messung pro Stunde für langsam veränderliche Größen (Raumtemperaturen)

Häufig gestellte Fragen

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