Handbuch Aktivierung Modbus TCP/IP-Protokoll für die eBoxen professional und touch Version 1.0 01.06.2021
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Handbuch
Aktivierung Modbus TCP/IP-Protokoll
für die eBoxen professional und touch
Version 1.0
01.06.2021
Lokales Lastmanagement via Modbus TCP/IP | Version 1.0 | Juni 2021
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1. Einleitung Protokolls mit der eBox im Detail aufgezeigt
werden.
Dieses Dokument beschreibt die Implemen-
tierung der Modbus-Funktionalität für die
eBoxen professional und touch. Vorbereitungen:
Das Modbus TCP/IP-Protokoll erlaubt die • Bitte beachten Sie, dass die eBox korrekt
Kommunikation zwischen mehreren Geräten aufgebaut und verkabelt ist. Sie finden
in einem lokalen Netzwerk. Generell unter- eine detaillierte Aufbaubeschreibung in
scheidet man zwischen den Rollen Node der Bedienungsanleitung, die Sie mit Ih-
(auch Slave oder Client) und Controller (auch rer eBox erhalten haben.
Master oder Server). Der Controller initiiert
die Verbindung zu einem Node und sendet • Um eine Verbindung zur WebConfig der
Anfragen (Lese/Schreib) zu bestimmten Pa- eBox herstellen zu können, benötigen Sie
rametern (Modbus Register). einen funktionierenden Laptop und ein
Diese Anleitung deckt die Konfiguration der LAN-Kabel. Vergewissern Sie sich, dass
eBox als Node und den Aufbau einer Verbin- die PUK der jeweiligen eBox bereit liegt,
dung zu einem beliebigem Energiemanage- um Zugriff auf die Weboberfläche zu er-
mentsystem über das Modbus TCP/IP-Pro- halten.
tokoll ab.
• Stellen Sie sicher, dass Sie die aktuellste,
Eine mögliche Anwendung ist das soge- mindestens jedoch die Firmware Version
nannte Smart Charging, beispielsweise loka- 1.3.0 auf der eBox installiert haben
les Lastmanagement. Damit bezeichnet man
eine gezielte Steuerung des Energiebezugs.
• Für weitere Details zur Konfiguration der
Häufig wird der Begriff im Kontext der Elekt-
eBox, halten sie die „WebConfig-Doku-
romobilität genannt und bedeutet hier, die
mentation“ bereit.
Fähigkeit von Ladestationen nur dann Strom
zu beziehen, wenn die Kapazität im Strom-
netz dafür auch ausreicht. Neben dem Aus- Netzwerk-Voraussetzungen:
gleich der Netzspannung, kann diese Lösung
die Effizienz von Ladevorgängen an Lade- • Externes Energiemanagementsystem
parks erheblich verbessern. Zu den grundle- (Controller) mit statischer IP-Zuweisung
genden Funktionen gehören:
• LAN Verbindung (Ethernet) der eBox
• Überwachung der Netzauslastung zum Controller
und Vermeidung von Lastspitzen.
• IP-Adressen müssen dem IPv4-Protokoll
• Bereitstellung einer Minimalleistung entsprechen
für jedes Fahrzeug.
• Zugang zum lokalen Netzwerk und der
Das Modbus-Protokoll erlaubt damit, dass die Weboberfläche für die Konfiguration der
Ladegeschwindigkeit bei Bedarf aktiv ange- Ladestation
passt werden kann.
Die technische Implementierung von Modbus Technische Anpassungen des Produktes
TCP/IP steht ab der Firmware 1.3.0 für die vorbehalten: Technische Änderungen und
eBoxen professional und touch zur Verfü- Änderungen von Daten oder beschriebe-
gung. nen Abläufen können ohne Aktualisierung
Anhand dieser Anleitung sollen die Konfigu- des vorliegenden Dokumentes auftreten.
ration, die notwendigen Vorbedingungen und
die Möglichkeiten des Modbus TCP/IP-
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2. Allgemein Hinweis: Port 2a wird zur Kommunikation mit
dem externen Controller und gleichzeitig für
den Zugriff auf die Weboberfläche der eBox
genutzt. Nutzen Sie den Port 2a initial für die
Die Modbus TCP/IP-Funktionalität kann über
Konfiguration der eBox und wechseln Sie hin-
die Weboberfläche der eBox aktiviert und
terher den Anschluss für das Energiemana-
konfiguriert werden.
gementsystem.
Für die Konfiguration des Protokolls muss die
eBox mindestens mit der Firmwareversion
1.3.0 bespielt sein. 2.2 Netzwerk
Der Aufbau und die Verkabelung der eBox Alle Ladepunkte, Controller und Nodes, müs-
sowie die korrekte Einrichtung des Netz- sen mit dem selben lokalen Netzwerk verbun-
werks und der Ladestation sind wichtiger Be- den sein.
standteil der gesamten Installation. Die fol-
genden Abschnitte beschreiben, wie die ein- Um Verbindungsprobleme zu vermeiden ist
zelnen Komponenten zu konfigurieren sind. es notwendig statische IP-Adressen für die
im Netzwerk angeschlossenen Geräte zu ver-
geben.
2.1 Aufbau und Verkabelung Die IP-Adresse des Ladepunktes kann über
Ausgangspunkt der Einrichtung ist die rich- das lokale Webinterface der eBox konfigu-
tige Verkabelung der eBox, um die Kommuni- riert werden. Achten Sie darauf, dass
kation zwischen Controller und Node zu er-
• die IP-Adresse einmalig vergeben ist
möglichen. und keine Konflikte mit anderen Gerä-
Der Einsatz der eBox in einem Energiemana- ten im Netzwerk auslöst.
gementsystem (EMS) setzt einen kabelge- • die IP-Adresse 192.168.1.1 nicht ver-
bunden Anschluss (LAN) voraus. wendet wird (standardmäßige IP-
Adresse der eBox).
Via Port 2a (LAN2) wird der Ladepunkt mit • der DHCP-Server des Routers fixe IP-
dem Controller verbunden, um eine Steue- Adressen zuteilt
rung der eBox via Modbus TCP/IP zu ermög-
lichen. Bitte beachten Sie außerdem, dass der Nut-
zer über die entsprechenden Rechte verfü-
gen muss, um Einstellungen am Netzwerk des
Routers vorzunehmen.
2.3 Modbus Optionen
Die aktuelle Modbus-Implementierung unter-
stützt die Verbindung zu einem Modbus
TCP/IP-Controller. Parallele Verbindungen zu
weiteren Controllern sind nicht möglich, UDP
wird nicht unterstützt.
Der Modbus-Controller sollte sich mit der IP
der kabelgebundenen Ethernet-Verbindung
des Nodes auf Port 5555 verbinden.
Eine ausführliche Beschreibung möglicher
Anfragen über bestimmte Node-Adressen ist
in der Register-Übersicht am Ende dieser An-
leitung aufgezeigt.
(Abb. 1: Übersicht Ports eBox)
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2.3.1 Lese-Register angeschlossene eBox (Node) immer durch
Die Modbus-Implementierung unterstützt drei gleiche Sicherungen (z. B. 16A oder 32A)
das Lesen von Holding-Registern mit abgesichert. Wie der Registerwert MaxCur-
Modbus-Funktionscode 3. Mehrere Register rentOfNode können auch die Register Fall-
können innerhalb einer Modbus-Anfrage an- backCurrent und OperatingCurrent nicht ein-
gefordert werden, solange diese zusammen- zeln verwendet werden. Obwohl die Werte
hängend sind. Immer wenn ein Register re- für jede Phase in die einzelnen Register ge-
serviert oder nicht verfügbar ist, wird die Re- schrieben werden können, wird auf der Kno-
gisterantwort mit „Not a Number“ (NaN) ge- tenseite immer ein Minimum aus diesen 3
füllt, was bei einem 16-Bit-Register auf Werten verwendet. Daher werden ein Wert
0xFFFF gesetzt wird. FallbackCurrent und ein Wert OperatingCur-
rent für alle drei Phasen vom Lastmanage-
Es gibt ein Modbus-Register, das den Daten- ment identisch verteilt.
typ String enthält. String-Register enthalten
Zeichenketten, wobei jedes 16-Bit-Modbus-
Register zwei 8-Bit-ASCII-Zeichen enthält. 2.3.4 Fallback-Current
Ein String enthält immer eine nachgestellte
Null. Der Fallback-Current (auch Safety-Mode) be-
schreibt einen abgesicherten Betriebsmodus
Hinweis: Das Lesen von Registern erfolgt in in den die eBox wechselt sobald der Saftey-
Netzwerk-Byte-Reihenfolge. Mode-Detection-Timeout abläuft und keine
Kommunikation zum Controller stattfindet.
Verliert der Knoten nach der definierten Zeit-
2.3.2 Schreibe-Register spanne die TCP-Verbindung zum Lastmana-
Die Modbus-Implementierung unterstützt gementsystem (Controller), wird der Fall-
das Schreiben von Holding-Registern. Wenn backCurrent so lange angewendet, wie die
ein Wert mit einem Datentyp geschrieben Kommunikation unterbrochen ist.
wird, der mehrere Modbus-Register enthält,
dann sollten alle Register innerhalb einer Nach Wiederherstellung der TCP-Verbin-
Schreibanforderung geschrieben werden. dung wird der aktuelle Wert des Knotens auf
den zuletzt übertragenen OperatingCurrent
Wenn eine Variable z. B. ein 32-Bit-Float ist, zurückgesetzt. Der FallbackCurrent wird bei
sollten beide aufeinanderfolgenden 16-Bit- jeder signifikanten Änderung innerhalb des
Register in einer Modbus-Anfrage geschrie- Clusters (Cluster-Parameter sind MaxCur-
ben werden. rentOfCluster, ReductionFactor und Num-
berOfNodes) immer neu berechnet und neu
Wenn die Modbus-Schreibanforderung nicht verteilt.
alle Register schreibt, wird die Anforderung
abgelehnt und ein Modbus-Fehler wird zu-
rückgegeben.
2.3.5 Phasenrotation
Hinweis: Das Lesen von Registern erfolgt in Ladepunkte sind in der Regel als ein oder
Netzwerk-Byte-Reihenfolge. dreiphasig ausgelegt. Die Phasenlage ist zuei-
nander immer 120°.
2.3.3 Maximum-Current Damit das Lastmanagement den Ladestrom
optimal verteilen und Schieflast vermeiden
Der Maximum-Current ist die durch den Con- kann, muss die Information der Phasenlage
troller festgelegte maximale Stromstärke für oder Phasenrotation je Ladepunkt eingestellt
den Ladevorgang. bzw. mitgeteilt werden. Um Lasten besser
MaxCurrentOfNode stellt die obere Grenze verteilen zu können, werden Untervertei-
für den elektrischen Stromwert an einem lungsseitig die Phasen rotiert.
Node dar. Dieser Wert ist für alle drei Phasen
identisch und kann nicht individuell konfigu-
riert werden. In der Regel wird eine dreiphasig
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3. Konfiguration
3.1 Verbindungsaufbau
Nach erfolgreicher Installation und dem Auf- (Abb. 3: Firmware Update)
bau des Systems, muss die eBox konfiguriert
und Modbus aktiviert werden. Dafür ist eine
Verbindung zur Weboberfläche notwendig. 3.3 Netzwerk konfigurieren
1. Verbinden Sie Ihren Rechner über ein Um eine Verbindung zum Backend herzustel-
Ethernet-Kabel über den Port 2a (LAN2) len (optional), muss eine Internetverbindung
mit der eBox (siehe Abb. 1) über das LTE-Interface eingerichtet werden.
2. Sofern noch keine IP-Adresse vergeben Im Menüpunkt WAN [Netzwerk à Interface]
wurde, ist das Konfigurationsmenü via muss zunächst das Interface „lte1“ gewählt
https://172.16.0.1 im Webbrowser er- werden.
reichbar.
3. Alternativ muss die Weboberfläche über
die konfigurierte IP-Adresse aufgerufen
werden:
(https://).
4. Die Log-In Daten für den Zugriff auf die
eBox lauten wie folgt:
(Abb. 4: Interface Einstellung)
Benutzer: admin
Passwort:
Abschließend müssen unter LTE [Netzwerk
IP-Adresse der eBox
à Interface] Benutzername, Kennwort und
APN eingepflegt werden.
„admin“
(Abb. 5: APN Einstellungen)
(Abb. 2: Zugriff auf Weboberfläche der eBox)
Hinweis: Für eine detaillierte Beschreibung Hinweis: Weitere Informationen zu den Netz-
für Zugriff und Konfigurationsmöglichkeiten werkeinstellungen finden Sie in der
der eBox, lesen Sie die WebConfig Anleitung. „WebConfig-Dokumentation“.
Damit der Ladepunkt über den Controller an-
gesprochen werden kann, muss jeder Node
3.2 Firmware Update eine feste IP-Adresse im lokalen Netzwerk
Vergewissern Sie sich zunächst welche Firm- erhalten.
ware Version die eBox besitzt [System à Unter dem Menüpunkt [Netzwerk à Inter-
Systemdaten à ACCU Firmware-Version]. face] im Abschnitt „Ethernet“ können Sie
eine IP-Adresse vergeben.
Sollte die Firmware älter als 1.3.0 sein, muss
die eBox upgedated werden. Navigieren Sie Stellen Sie sicher, dass das Netzwerk und
hierfür zu dem Menüpunkt Update [ECU à statische IP aktiv gesetzt ist und tragen Sie
Update] und führen Sie das Update über eine eine eindeutige IP-Adresse für den Node in
lokale Quelle aus. dem Feld „Statische IP-Adresse“ ein.
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(Abb. 6: Statische IP-Adresse)
Hinweis: Die eBox verwendet standardge- (Abb. 8: Modbus aktivieren)
mäß die IP . Um später Ver-
wechslungen und IP-Konflikte am Switch Mit Aktivierung von Modbus nimmt die eBox
auszuschließen, wird empfohlen diese IP nicht automatisch die Rolle des Nodes (Slave) an.
zu verwenden.
Schießen Sie diesen Konfigurationsschritt
Beenden Sie die Konfiguration mit „Ok“. mit Klick auf „Ok“ ab.
3.4 Phasenrotation 3.6 Verhalten im Fehlerfall
Damit ein Energiemanagementsystem das Zuletzt muss noch das Verhalten des Lade-
Umschalten zwischen einphasigem und drei- punktes im Fehler/Offline-Fall des Systems
phasigem Laden steuern und die Auslastung definiert werden.
jeder Phase ermitteln kann, muss der Pha-
senanschluss eingetragen werden. Wechseln Sie in den Tab [LDP1 à Lastma-
nagement ] und setzen Sie das Feld „Control
Computer“ auf aktiv.“
Im darunterliegenden Feld muss abschließend
die „Strombegrenzung [A]“ für einen Offline-
Fall gewählt werden.
Je nach Anwendungsfall und Setup wird ein
Wert zwischen 6A -10A empfohlen.
(Abb. 7: Phasenmapping)
3.5 Modbus aktivieren
Im diesem Schritt wird das Modbus-Protokoll
für die eBox aktiviert. (Abb. 9: Verhalten der eBox im Fehlerfall)
Navigieren Sie im Konfigurationsmenü zu
dem Abschnitt [LDP1 à Lastmanagement]
und wählen Sie Modbus im Dropdown Menü
unter „Loadmanagement-Typ“ aus.
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4. Register Spezifizierung
4.1 Modbus Register Specification
Example Value
Start address
Value Range
Description
Datapoint
Datatype
Quantity
Access
Unit
ChargeBoxID ChargeBoxID R 0 25 STRING - - ebox6867
Serial Number SerialNumber R 25 25 STRING - - LE006867
Active ActiveProtocol R 50 25 STRING - - homebox
Protocol
Manufacturer Manufacturer R 100 25 STRING - - Innogy
eMobility
Solutions
GmbH
Platform Type PlatformType R 125 25 STRING - - n/a
Product Type ProductType R 150 25 STRING - - n/a
Modbus table ModbusTableVersion R 175 1 UNSIGNED16 - - 5
version
Firmware FirmwareVersion R 200 25 STRING - - 1.3.26
version
Number of NumberOfSockets R 225 1 UNSIGNED16 - 0-9 1
sockets
OCPP state OcppState R 250 1 UNSIGNED16 - - 0
Socket 1: Socket1Mode3State R 275 2 STRING - A, B1, B2, C2
Mode 3 State (States from IEC C1, C2,
61851-1 Ed3) D1, D2,
E, F
Socket 1: Socket1CableState R 300 1 UNSIGNED16 - 0 – no 3
Cable State cable
1 – cable
without
the car
2–
unlocked
cable
without
the car
3 – locked
cable with
car
Actual max. ActualMaxCurrent- R 1000 2 FLOAT32 [A] 6 - 32 16
current phase 1 Phase1
applied, which
is influenced by
all box condi-
tions
Lokales Lastmanagement via Modbus TCP/IP | Version 1.0 | Juni 20218 Actual max. ActualMaxCurrent- R 1002 2 FLOAT32 [A] 6 - 32 16 current phase 1 Phase2 applied, which is influenced by all box condi- tions Actual max. ActualMaxCurrent- R 1004 2 FLOAT32 [A] 6 - 32 16 current phase 1 Phase3 applied, which is influenced by all box condi- tions Phase 1 current CurrentPhase1 R 1006 2 FLOAT32 [A] 0 - 32 9.88 Phase 2 current CurrentPhase2 R 1008 2 FLOAT32 [A] 0 - 32 0 Phase 3 current CurrentPhase3 R 1010 2 FLOAT32 [A] 0 - 32 0 Maximum MaxCurrentPhase1 RW 1012 2 FLOAT32 [A] 6 - 32 16 phase 1 current Maximum MaxCurrentPhase2 RW 1014 2 FLOAT32 [A] 6 - 32 16 phase 2 current Maximum MaxCurrentPhase3 RW 1016 2 FLOAT32 [A] 6 - 32 16 phase 3 current Fallback load FallbackMaxCurrent1 RW 1018 2 FLOAT32 [A] 6 - 32 14 adaption cur- rent for phase 1 Fallback load FallbackMaxCurrent2 RW 1020 2 FLOAT32 [A] 6 - 32 14 adaption cur- rent for phase 2 Fallback load FallbackMaxCurrent3 RW 1022 2 FLOAT32 [A] 6 - 32 14 adaption cur- rent for phase 3 Timeout until RemainingTimeBe- RW 1024 1 UNSIGNED16 [sec] 60 - 3600 60 fallback load foreFallback adaption is applied Station phase StationPhaseSetupL1 RW 1025 1 UNSIGNED16 - 1-3 2 setup for L1 Station phase StationPhaseSetupL2 RW 1026 1 UNSIGNED16 - 0-3 3 setup for L2 Station phase StationPhaseSetupL3 RW 1027 1 UNSIGNED16 - 0-3 1 setup for L3 Operative state Availability RW 1028 1 UNSIGNED16 - - 1 of Box Lokales Lastmanagement via Modbus TCP/IP | Version 1.0 | Juni 2021
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According to Modbus Register Specification there are essentially four (4) electrical current
types at a node which can either be read or set for each phase:
Current type (Register
Register Access Description Mapping
name)
The maximum allowed electrical
current of the node respectively MaxCurren-
ActualMaxCurrentPhase1 1000 R
the electrical fuse protection of tOfNode
the node for phase 1
The maximum allowed electrical
current of the node respectively MaxCurren-
ActualMaxCurrentPhase2 1002 R
the electrical fuse protection of tOfNode
the node for phase 2
The maximum allowed electrical
current of the node respectively MaxCurren-
ActualMaxCurrentPhase3 1004 R
the electrical fuse protection of tOfNode
the node for phase 3
The electrical current measured
MeasuredCur-
CurrentPhase1 1006 R by the node on phase 1 (contin-
rentP1
uously)
The electrical current measured
MeasuredCur-
CurrentPhase2 1008 R by the node on phase 2 (contin-
rentP2
uously)
The electrical current measured
MeasuredCur-
CurrentPhase3 1010 R by the node on phase 3 (contin-
rentP3
uously)
Fallback value for electrical cur-
FallbackMaxCurrent1 1018 R/W rent in case of loss of the TCP FallbackCurrent
connection for phase 1
Fallback value for electrical cur-
FallbackMaxCurrent2 1020 R/W rent in case of loss of the TCP FallbackCurrent
connection for phase 2
Fallback value for electrical cur-
FallbackMaxCurrent3 1022 R/W rent in case of loss of the TCP FallbackCurrent
connection for phase 3
The maximum allowed electrical
current of the node calculated OperatingCur-
MaxCurrentPhase1 1012 R/W
and distributed by load manage- rent
ment system for phase 1
The maximum allowed electrical
current of the node calculated OperatingCur-
MaxCurrentPhase2 1014 R/W
and distributed by load manage- rent
ment system for phase 2
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