Höre, was dein Stromzähler dir zu sagen hat — Smart Message Language
Neue elektronische Stromzähler besitzen optische Schnittstellen, die über Lichtsignale interessante Informationen bereitstellen. Die Betriebsanleitung unseres Stromzählers Easymeter Q3A verweist auf ein so genanntes SML-Protokoll, mit dem die Daten auf den optischen Schnittstellen kodiert sind.
SML-Protokoll? Nie davon gehört. Mal sehen, was die Internetrecherche ergibt und ob wir die nachfolgende Nachricht unseres Stromzählers entschlüsseln können.
Smart Message Language (SML)
SML steht für Smart Message Language und ist ein Kommunikationsprotokoll für Geräte wie Stromzähler oder Wärmemengenzähler. Es ist in BSI TR-03109–1 spezifiziert.
Um die im Bild oben dargestellte Botschaft zu dekodieren, muss man eigentlich nur ein paar wenige Details zu SML kennen. Zuallererst die Definition einer SML-Nachricht:
SML_Message ::= SEQUENCE {
transactionId Octet String, # Korrelations-ID für Request-Response-Paare
groupNo Unsigned8, # Nachrichtengruppen
abortOnError Unsigned8, # Fehlerverhalten
messageBody SML_MessageBody, # Eigentlicher Nachrichteninhalt
crc16 Unsigned16, # Prüfsumme
endOfSmlMsg EndOfSmlMsg # Nachrichtenende immer 00
}In der SML-Nachricht ist in erster Linie der messageBody von Interesse:
SML_MessageBody ::= CHOICE {
OpenResponse [0x00000101] SML_PublicOpen.Res # Eröffnungsnachricht
GetListResponse [0x00000701] SML_GetList.Res # Messwerliste
CloseResponse [0x00000201] SML_PublicClose.Res # Schlussnachricht
...Eine OpenResponse wird zu Beginn gesendet und enthält lediglich einige Metadaten, die für uns vorerst nur zweitrangig sind. Danach folgt eine GetListResponse mit den eigentlich interessanten Messwerten und zum Schluss folgt eine CloseResponse, die lediglich eine globale Signatur enthält und daher nachfolgend nicht weiter erläutert wird.
Die Definition der GetListResponse, in der die Messwerte und andere Datensätze enthalten sind, lautet:
SML_GetList.Res ::= SEQUENCE {
clientId Octet String OPTIONAL, # ID des anfragenden Clients
serverId Octet String, # ID des Stromzählers (Server)
listName Octet String OPTIONAL, # Name der Liste
actSensorTime SML_Time OPTIONAL, # Aktuelle Zeit des Messgeräts
valList SML_List, # Liste der Datensätze
listSignature SML_Signature OPTIONAL, # Signatur
actGatewayTime SML_Time OPTIONAL # Aktuelle Zeit des Gateways
}Die Messwerte befinden sich im Feld valList. Die Einträge der valList sind wie folgt kodiert:
SML_ListEntry ::= SEQUENCE {
objName Octet String, # Name des Datensatzes nach OBIS
status SML_Status OPTIONAL, # Status
valTime SML_Time OPTIONAL, # Zeitpunkt der Datenerhebung
unit SML_Unit OPTIONAL, # Einheit des Datensatzes nach DLMS
scaler Integer8 OPTIONAL, # Skalar (value*10^scaler)
value SML_Value, # Wert des Datensatzes
valueSignature SML_Signature OPTIONAL # Signatur
}SML-Binärkodierung
Und zuallerletzt müssen wir uns noch die Kodierung der Datenelemente genauer ansehen. In der Binärkodierung beginnt jedes Datenelement mit einem so genannten Type-Length (TL) Feld. Das erste Halbbyte (Nibble) definiert in der Regel den Datentyp, z.B. 5 für Integer. Und das zweite Nibble definiert die Byte-Anzahl (inkl. dem Byte für das TL-Feld). Die Dezimalzahl 256 würde somit durch 53 01 00 als Integer16 kodiert.
53 01 00
|| | |--> Least Significant Byte (Big Endian)
|| |--> Most Significant Byte (Big Endian)
||
||--> Länge = 3 Byte (1 Byte für das TL-Feld und 2 Byte für den Datenwert)
|
|--> Datentyp (5=Integer)Liste weiterer relevanter TL-Felder:
0x00–0x0E : Octet String
0x42 : Boolean
0x52, 0x53, 0x55, 0x59 : Integer8, Integer16, Integer32, Integer64
0x62, 0x63, 0x65, 0x69 : Unsigned8, Unsigned16, Unsigned32, Unsigned64
0x7z : Liste mit z Elementen
Soweit so gut. Aber was bedeuten die sich wiederholenden Zeichen 1b1b.. und 0101.. zu Beginn der Übertragung? Es scheint also noch ein Transportprotokoll zu geben, in dem die SML-Nachrichten verpackt werden. Auch dazu gibt es ein Kapitel in der Spezifikation.
SML-Transportprotokoll und serielle Übertragung
Beginn und Ende einer Übertragungseinheit werden durch die Escape-Sequenz 1b 1b 1b 1b im Datenstrom eingeleitet. Danach folgt bei Version 1:
- 01 01 01 01 für den Beginn einer Nachricht und
- 1a XX YY YY für das Ende einer Nachricht (XX=Anzahl der Füll-Bytes, YY YY = Prüfsumme)
Auf der optischen Schnittstelle werden die Daten mittels serieller Kommunikation mit 8N1 (8 Datenbits, kein Paritätsbit und 1 Stopbit) und 9600 Baud übertragen.
OBIS
Zu guter Letzt müssen wir uns noch einen weiteren Standard ansehen. OBIS (Object Identification System) definiert eindeutige Identifikationsnummern für Messwerte wie Zählerstände.
OBIS-IDs unseres Stromzählers sind unter anderem:
1–0:1.8.0: Positive Gesamtwirkenergie [Wh] = Zählerstand
1–0:16.7.0: Aktuelle Gesamtwirkleistung [W] = Aktueller Verbrauch
1–0:52.7.0: Aktuelle Spannung (U) auf Phase L2 [V]
Alle OBIS-IDs sind nach dem folgenden Muster aufgebaut:
A-B:C.D.E wobei:
A das Medium (1=Elektrizität, 7=Gas, 8=Wasser, …),
B den Kanal (falls relevant),
C die Messgröße (Energie, Spannung, Temperatur, …),
D die Messart (Aktuell, Maximum, …) und
E die Tarifstufe (0=Total, 1=Tarif1, 2=Tarif2, …)
definiert.
Eine ausgiebige Liste an OBIS-Codes könnt ihr hier finden: IEC62056 OBIS.
Dekodierung der Beispielnachricht
Und das ist auch schon alles, was man wissen muss, um die Beispielnachricht aus dem Bild am Artikelanfang entschlüsseln zu können:
1b 1b 1b 1b # Escape-Sequenz
01 01 01 01 # Beginn der Nachricht
76 # StartSMLMessage (Nachricht 1/3)
0b 45 53 59 41 88 2e 11 6c b3 48 # transactionId
62 00 # groupNo (not set)
62 00 # abortOnError (no error)
72 # messageBody (Liste)
63 01 01 # OpenResponse (01 01)
76 # Payload (Liste)
01 # codepage
04 45 53 59 # clientId
08 45 53 59 e6 6e b3 48 # reqFileId
0b XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX # serverId (*)
01 # refTime (secIndex)
01 # smlVersion
63 dd 8e # crc16
00 # EndOfSmlMsg
76 # StartSMLMessage (Nachricht 2/3)
0b 45 53 59 41 88 2e 11 6c b3 49 # transactionId
62 00 # groupNo (not set)
62 00 # abortOnError (no error)
72 # messageBody (Liste)
63 07 01 # GetListResponse (07 01)
77 # Payload (Liste)
01 # clientId
0b XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX # serverId (*)
08 01 00 62 0a ff ff 00 # listName
72 # actSensorTime (Liste)
62 01 # secIndex
65 05 ce e6 6e # 97445486 Sek seit Einbau
74 # valList
77 # 1. OBIS Nachricht
07 81 81 c7 82 03 ff # objName=Hersteller-ID
01 # status
01 # valTime
01 # unit
01 # scaler
04 45 53 59 # value='ESY' (Easymeter)
01 # valueSignature
77 # 2. OBIS Nachricht
07 01 00 00 00 09 ff # objName=serverId (OBIS 1-0:0.0.9)
01 # status
01 # valTime
01 # unit
01 # scaler
0b XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX# value (*)
01 # valueSignature
77 # 3. OBIS Nachricht
07 01 00 01 08 00 ff # objName=Zählerstand (OBIS 1-0:1.8.0)
64 00 00 80 # status=??
01 # valTime
62 1e # unit=Wattstunden (DLMS 30)
52 03 # scaler=3 (value*10^3)
59 00 00 00 00 00 00 22 a0 # value=8864
01 # valueSignature
77 # 4. OBIS Nachricht
07 81 81 c7 f0 06 ff # objName=Konfiguration
01 # status
01 # valTime
01 # unit
01 # scaler
04 31 07 0e # value (Konfig der Herstellers)
01 # valueSignature
01 # listSignature
01 # actGatewayTime
63 0d b1 # crc16
00 # EndOfSmlMsg
76 # StartSMLMessage (Nachricht 3/3)
0b 45 53 59 41 88 2e 11 6c b3 4a # transactionId
62 00 # groupNo (not set)
62 00 # abortOnError (no error)
72 # messageBody (Liste)
63 02 01 # CloseResponse (02 01)
71 # Payload
01 # globalSignature
63 71 b7 # crc16
00 # EndOfSmlMsg
00 # Füll-Byte
00 # Füll-Byte
1b 1b 1b 1b # Escape-Sequenz
1a # Ende der Nachricht
02 # Anzahl der Füll-Bytes
29 10 # PrüfsummeZusammenfassend sind in dieser Übertragungseinheit 3 SML-Nachrichten enthalten:
- OpenResponse (01 01)
- GetListResponse (07 01)
a. Hersteller-ID = ESY
b. Server-ID = XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX
c. Zählerstand = 8864 kWh
d. Konfiguration = 31070E (Konfigurations-Matrix des Stromzählers) - CloseResponse (02 01)
Die GetListResponse ist auch auf der Herstellerseite exakt so beschrieben:
Ausblick
Aber warum interessiert uns das alles? Grundsätzlich ist es natürlich interessant, wie viel Leistung aktuell bezogen wird und wie viel Energie über einen Zeitraum hinweg verbraucht wurde.
Hat man eine PV-Anlage und kennt den aktuellen Bezug, so können Verbraucher wie Spül- oder Waschmaschinen genau dann eingeschaltet werden, wenn durch die PV-Anlage abzüglich der Basislast (Router, Kühlschrank, …) genug Leistung zur Verfügung steht.
Des Weiteren kann der aktuelle Bezug für eine bedarfsgerechte Be-/Entladung eines Batteriespeichers eingesetzt werden. Mit einer cleveren Steuerung liefert der Batteriespeicher nur genau die Leistung, die aktuell von dem Verbrauchern im Haus benötigt werden, damit die Energie nicht unnötig ins öffentliche Stromnetz eingespeist wird.
Links
- BSI TR-03109–1
- Device Language Message Specification (DLMS)
- https://wiki.volkszaehler.org/software/sml
- https://www.msxfaq.de/sonst/bastelbude/smartmeter_d0_sml_protokoll.htm
- https://www.stefan-weigert.de/php_loader/sml.php
*) Unsere serverId haben wir unkenntlich gemacht.
