Migration eines Nexus 1250 mit E/A-Modulen auf einen Nexus 1450

Ersatz eines Nexus-1250-Messgeräts mit externen Modulen durch einen Nexus 1450 unter Beibehaltung von Signalen, Adressen und Verdrahtung: was vorher auszulesen ist, was sich bei der Kommunikation ändert und wie die Analogskalierungen übertragen werden.

Zusammenfassung. Der Nexus 1450 von Electro Industries/GaugeTech ist der natürliche Nachfolger des Nexus 1250/1252, wenn der Support der alten Plattform ausläuft oder echtes Ethernet, DNP3 über TCP, IEC 61850 oder SNTP benötigt werden. Die gute Nachricht für die Migration: Die seriellen Schnittstellen, der Bus der E/A-Module und das Profilformat von Communicator bleiben nahezu eins zu eins erhalten; die Netzwerkseite ändert sich dagegen vollständig. Dieser Artikel führt anhand eines typischen Falls durch den Ablauf: ein 1250 mit einem Impulsausgangsmodul 4PO1 und vier Analogausgangsmodulen 20mAON4, ersetzt durch einen 1450 mit demselben Modulsatz.

1. Was bleibt und was sich ändert

Was bleibt:

• Vier unabhängige, galvanisch getrennte serielle Ports (Port 1 umschaltbar RS232/RS485, Ports 2–4 RS485) mit derselben Tabelle für Adresse, Baudrate, Datenformat und Protokoll.
• Dieselben externen E/A-Module (1mAON4/8, 20mAON4/8, 8AI1–4, 4RO1, 4PO1, 8DI1) mit denselben werkseitigen Modbus-Adressen, angebunden an einen Port im Modus Master (I/O Modules) mit 57600 Baud.
• Das Geräteprofil von Communicator EXT / CommunicatorPQA, über das sich Wandlerverhältnisse (CT/PT), Grenzwerte, historische Aufzeichnungen und die Zuordnung der Analogausgänge übernehmen lassen.
• Die Bauform. Der 1450 ist als direkter Ersatz für den 1250/1252 konzipiert: gleiches Gehäuse, gleicher Tafelausschnitt und gleiche Befestigung sowie dieselbe Klemmenbelegung für Spannungen, Ströme, Hilfsspannung L(+)/N(−) und die vier seriellen Ports. Die vorhandene Schrankverdrahtung mit ihren bereits gecrimpten Aderendhülsen wird vom 1250 abgeklemmt und am 1450 an denselben Klemmen wieder aufgelegt, ohne eine einzige neue Ader zu ziehen. Neu gegenüber dem 1250 sind lediglich die zusätzlichen Anschlüsse: die RJ45-Buchse von Port 5, die LWL-Schnittstelle von Port 6 und der IRIG-B-Eingang, die nur verdrahtet werden, wenn sie genutzt werden sollen.

Was sich ändert:

• Das RS485-Gateway der Ethernet-Option INP200 des 1250 entfällt. Der 1450 bringt zwei eigene Netzwerkschnittstellen mit (Port 5 RJ45 und Port 6 LWL), jede mit eigener IP-Adresse, ohne dahinter gekettete Messgeräte.
• Das externe Display ist nicht mehr fest an Port 3 gebunden; es kann an jedem der Ports 1–4 mit 9600 Baud betrieben werden.
• Ein fabrikneuer 1450 wird mit 9600 Baud auf allen vier seriellen Ports ausgeliefert, während ein 1250 aus dem Feld an den PC- und E/A-Ports meist auf 57600 steht.
• Ethernet-Ports mit fester Werks-IP (10.0.0.1 am RJ45, 10.0.1.1 am LWL) und ein Schalter PROG/FIXED unter der RJ45-Buchse, um ein Messgerät mit verlorener IP-Adresse wiederzufinden.

2. Vor dem Ausbau des 1250: was mitzunehmen ist

Der teuerste Fehler dieser Migration ist, den 1250 auszubauen, ohne vorher das ausgelesen zu haben, was nur in ihm und in seinen Modulen gespeichert ist. Solange das Messgerät noch in Betrieb ist, sind vier Dinge zu sichern.

1. Das Geräteprofil. Mit Communicator EXT oder CommunicatorPQA Retrieve Device Profile ausführen und die .nps-Datei speichern; anschließend Reports › Device Profile Report als HTML oder PDF ablegen. Darin stehen die CT/PT-Verhältnisse, die Anschlussart (Stern oder Dreieck), die Skalenendwerte für Grenzwerte und Wellenformen, die historischen Aufzeichnungen und die Kommunikationstabelle der vier Ports.
2. Die Modultabelle. Unter Device Profile › I/O Modules für jedes Modul die Zeilennummer, die Bezeichnung (AO Module 1, KYZ Module 1 …), den Typ, die Modbus-Adresse und den Port des Messgeräts notieren. Das ist die Karte, die später im 1450 nachgebildet wird.
3. Die Kanalzuordnung jedes Moduls, Modul für Modul. Hier liegt die Überraschung: Der Device Profile Report des 1250 enthält für die Analogmodule nur Port Number und Module Address; die Zeilen Assigned Channel / Scale High / Scale Low bleiben leer, weil diese Information im Modul selbst und nicht im Messgerät gespeichert ist. Jedes Modul muss über die Schaltfläche Edit unter Module Settings geöffnet werden (Dialog Analog Output 4 to 20 mA External Module Programmer), um Messgröße, Wert bei 20 mA und Wert bei 4 mA jedes Kanals zu übernehmen; beim KYZ-Modul Messgröße und Impulswertigkeit jedes Ausgangs. Ein Screenshot pro Modul genügt und ist zuverlässiger als das Abschreiben.
4. Was außerhalb des Messgeräts liegt. Welche 4–20-mA-Schleife auf welchen Eingang des Leitsystems geht, welcher Zähler welchen KYZ-Ausgang empfängt, die IP-Adresse des 1250, falls er eine INP200 trägt, welche Geräte an seinem RS485-Gateway hängen, und das Hilfsspannungs-Suffix (Control Power) auf dem Typenschild.

Im typischen Fall sieht die Bestandsaufnahme des 1250 so aus:

Bevor der 1450 angefasst wird, lohnt derselbe Blick auf sein Typenschild: Ein Messgerät mit Option D (18–60 V DC) läuft weder mit 230 V AC noch mit 125 V DC Hilfsspannung an, und die Option lässt sich vor Ort nicht ändern.

3. Kommunikation: Werkseinstellungen und erste Verbindung zum 1450

Die erste Verbindung scheitert fast immer an der Baudrate, nicht am Kabel. Drei Wertesätze dürfen nicht verwechselt werden: die von EIG dokumentierten Werkseinstellungen, die üblichen Werte eines bereits im Feld programmierten Messgeräts und die Werte, mit denen Communicator ein leeres Profil vorbelegt (9600, Modbus RTU, 8-N-1). Letztere stammen aus der Software und sagen nichts über den Zustand des Messgeräts aus.

Nexus 1250/1252 (Handbuch E107706, Communicator §2.2). Ab Werk: Port 1 Adresse 1 mit 57600, Port 2 mit 57600, Port 3 mit 9600 (externes Display oder Module) und Port 4 mit 57600; alle Modbus RTU, 8-N-1, Verzögerung 0 ms. In bereits programmierten Anlagen findet man häufig den 9600-Port auf Port 2 und die Ports 3 und 4 als E/A-Master mit 57600. Antwortet ein Port nicht mit 57600, zuerst 9600 versuchen, bevor etwas als defekt gilt. Port 1 ist über den Wahlschalter unter dem Stecker zwischen RS232 und RS485 umschaltbar; als RS232 ist er DCE (DB9-Buchse, Pin 2 Tx, 3 Rx, 5 GND) und erlaubt höchstens 15 m Leitungslänge.

Nexus 1450 (Handbuch E171701 §4 und §5, Quickstart E171703). Ein neues Messgerät antwortet mit 9600 auf allen vier seriellen Ports: Modbus RTU auf RS485 und Modbus ASCII auf der RS232-Schnittstelle von Port 1. Port 4 kann zusätzlich als generischer RTU-Master gegenüber Modbus-Slaves arbeiten (bis zu 128 Register). Die beiden Ethernet-Ports werden mit fester IP und deaktiviertem DHCP ausgeliefert:

Kein Bonding, kein Teaming: Werden beide Ports genutzt, müssen sie in unterschiedlichen Subnetzen liegen, was die Werkseinstellungen genau so vorsehen.

Empfohlene erste Verbindung: Ethernet. Den Schalter PROG/FIXED unter der RJ45-Buchse auf FIXED stellen (das Messgerät antwortet dann auf 10.0.0.1, auch wenn eine andere IP gespeichert ist; die dritte LED des Ports zeigt es an), dem PC eine manuelle IP im selben Subnetz geben (z. B. 10.0.0.10 / 255.255.255.0, ohne Gateway), direktes Ethernet-Kabel und ping 10.0.0.1. Der Aufruf von http://10.0.0.1 im Browser zeigt WebView, ohne dass etwas installiert werden muss: der schnellste Verbindungstest. Danach in Communicator Connect › Network mit Device Address 1, Host 10.0.0.1, Port 502, Modbus TCP. Zum Schluss den Schalter wieder auf PROG stellen und den PC auf DHCP zurücksetzen.

Erste Verbindung seriell, falls kein Ethernet zur Hand ist. Port 1 (RS232 am Messgerät selbst), Adresse 1, 8-N-1, Modbus RTU; 9600 bei einem neuen Gerät, 57600 bei einem bereits programmierten. Für RS485 zum PC werden die Ports 2–4 oder ein Konverter verwendet.

Die Baudrate der E/A-Ports bleibt unangetastet. Die Module werden ab Werk mit 57600 ausgeliefert, und der Port des Messgeräts, der sie führt, muss auf 57600, Modbus RTU, 8-N-1, Verzögerung 0 ms und Modus Master (I/O Modules) stehen. Die Einstellung ist im 1250 und im 1450 identisch; bei einem neuen 1450 muss sie programmiert werden, weil er mit 9600 ausgeliefert wird.

Das Gateway entfällt. Bei einem 1250 mit INP200 diente Port 2 als RS485-Gateway (9600, Verzögerung 3825 ms) zu weiteren in Reihe angebundenen Messgeräten, wobei Adresse 1 dem eigenen Messgerät vorbehalten war. Im 1450 gibt es das nicht: Jedes Gerät, das an diesem Gateway hing, braucht jetzt eine eigene IP-Adresse oder einen externen RS485/Ethernet-Konverter.

Zwei Hinweise aus dem Handbuch, die eine Anfahrt ersparen: Modbus RTU funktioniert nicht über Modem (dieser Port muss auf Modbus ASCII mit 9600 ohne Flusskontrolle stehen), und jeder Port, der ein Display P40N+/P41N+/P43N+/P70N versorgt, muss auf 9600, Adresse 1 stehen.

4. E/A-Module: Adressierung, Spannungsversorgung und Verdrahtung

Die externen Module sind auf beiden Plattformen dieselben (Handbuch E134-7-15), daher lautet die praktische Regel: die Tabelle I/O Modules des 1250 im 1450 exakt nachbilden, mit derselben Zeilennummer, derselben Bezeichnung, derselben Adresse und demselben Port. Sind die physischen Module neu, müssen sie passend umadressiert werden.

Werksadressen und die Bus-Regel. Jeder Modultyp wird mit einer festen Adresse ausgeliefert: 128 (1mAON4/8), 132 (20mAON4/8), 136–148 (8AI1–4), 156 (4RO1), 160 (4PO1) und 164 (8DI1), alle mit 57600 Baud. Zwei Module desselben Typs am selben Port antworten gleichzeitig, sodass die Adresse eines der beiden geändert werden muss. Port 3 und Port 4 sind unabhängige Modbus-Busse, dieselbe Adresse darf daher an verschiedenen Ports ohne Konflikt wiederholt werden.

Leistungsbudget. Das Messgerät liefert über seine RS485-Ports insgesamt 12 VA für Module, bei höchstens vier Modulen und nur zwei Analogmodulen (E134-7-15 §2.2.3, E171701 §10.6.1). Tabellenwerte für den Verbrauch: 20mAON4 5,0 VA, 20mAON8 8,5 VA, 4PO1 2,7 VA, 1mAON4 2,7 VA. Mit vier Analogmodulen ist ein externes Netzteil PSIO erforderlich (90–240 V AC/DC, 12 V DC Ausgang, 12 VA, bis zu vier Module); bei 24- oder 48-V-DC-Hilfsspannung nennt EIG das PB1 anstelle des PSIO. Die seitlichen Ports der Module führen RS485 und Versorgung durch die gesamte Gruppe weiter, und das Handbuch sieht nicht vor, Messgerät und PSIO in einer physischen Gruppe zu mischen; jede Quelle versorgt also ihre eigene Gruppe.

Aufteilung des typischen Falls mit einem einzigen PSIO:

Das Messgerät versorgt das 4PO1 und die beiden Analogmodule mit den wenigsten Schleifen (2,7 + 5,0 + 5,0 = 12,7 VA laut Tabelle, wobei die 5,0 VA das Maximum bei vier aktiven Schleifen sind; mit fünf von acht Schleifen bleibt die tatsächliche Last unter 12 VA). Das PSIO versorgt die beiden stärker belegten Analogmodule (10 VA). Sollte das Messgerät den E/A-Bus wegen Leistungsmangels neu starten, lautet Plan B: das 4PO1 gegen eines der Analogmodule am PSIO tauschen oder ein zweites PSIO ergänzen.

Adresse eines Moduls ändern (E134-7-15 §2.2.2, §2.2.3.1, Kap. 4). Immer am losen Modul, bevor es in die Gruppe eingesetzt wird:

1. Das Modul über +V/−V versorgen (PSIO oder Stichleitung vom Messgerät) und A(+), B(−) sowie S an einen RS485↔USB-Konverter des PCs anschließen.
2. In Communicator Connect mit der aktuellen Adresse (132 bei einem neuen 20mAON4), 57600, 8-N-1, Modbus RTU.
3. I/O Devices › Stand Alone Programmer: Address ändern (133 bzw. 134 im typischen Fall). 57600 und Verzögerung 0 beibehalten, damit sie zum Port des Messgeräts passen.
4. Send: Das Modul startet mit der neuen Adresse neu. Vor dem Einbau mit Bezeichnung und Adresse beschriften.

Ist die Adresse unbekannt, Reset 3 s gedrückt halten: Das Modul antwortet dann 30 s lang auf Adresse 247 mit 57600. Mit jedem Modbus-Master (FC06/FC16) lassen sich außerdem Register 45057 (Adresse) und 45058 (Baudrate: 0=4800, 1=9600, 2=19200, 4=57600, 5=115200) beschreiben und anschließend ein beliebiger Wert in 65410, um das Modul neu zu starten.

Verdrahtung. Klemmen des RS485-Ports am Messgerät, von links nach rechts: +V · −V · S · − · +. Klemmen des seitlichen Buchsenports am ersten Modul: A(+) · B(−) · S · −V · +V. Die Zuordnung lautet + → A(+), − → B(−), S → S, +V → +V, −V → −V. Die vom Messgerät versorgte Gruppe erhält alle fünf Adern; die PSIO-Gruppe erhält vom selben Bus einen Abzweig mit nur A(+), B(−) und S, und das PSIO sitzt stets rechts in seiner Gruppe, eingesteckt in den Stiftport des letzten Moduls. S ist Schirm, nicht Erde: Er wird pro Bus an genau einem Punkt geerdet. Leitung 20 AWG geschirmt; RS485 bis 1 220 m, ab 60 m verlangt EIG jedoch eine abgesetzte Versorgung und einen Abschluss mit 120 Ω an beiden Enden. Montage mit einem MBIO-Satz pro Gruppe: linkes Modul mit PEM-Mutter an den Halter, die folgenden einrasten, festziehen und mit dem rechten Halter abschließen; Tafel- oder Hutschienenmontage mit den Clips.

5. Übertragung des Profils und der Analogskalierungen

Das Profil des 1250 lässt sich nicht unverändert in den 1450 laden: Es sind .nps-Dateien unterschiedlicher Plattformen. Stattdessen wird das Profil des 1450 in Communicator geöffnet und Block für Block das nachgebildet, was der Device Profile Report des 1250 vorgibt. In dieser Reihenfolge:

1. General Settings › CT, PT and System Hookup. CT- und PT-Verhältnisse, Anschlussart (3 Elemente Stern, 2,5 Elemente oder Dreieck), Nennfrequenz. Diese Werte bestimmen alle nachfolgenden Skalierungen.
2. Communications. Port 1 für den PC; Port 3 und Port 4 mit 57600, Modbus RTU, 8-N-1, Verzögerung 0, Modus Master (I/O Modules); Port 5 mit der Anlagen-IP, die das Messgerät später haben soll (die Werks-IP dient nur der Prüfung auf dem Tisch).
3. I/O Modules. Die fünfzeilige Tabelle aus dem vorigen Abschnitt, mit denselben Nummern, Bezeichnungen, Adressen und Ports wie im 1250.
4. Limits, Log Settings und Full Scales. Grenzwerte, Intervalle der historischen Aufzeichnungen und Skalenendwerte der Wellenformen übernehmen; der 1450 ergänzt Aufzeichnungen und Optionen, die es vorher nicht gab, und diese bleiben auf ihrem Standardwert.
5. Kanalzuordnung jedes Moduls, von Hand, anhand der am 1250 gemachten Screenshots.

Die Analogskalierungen werden in Sekundärwerten eingegeben. Der Dialog External Module Programmer weist darauf hin: Für Spannung, Strom und Leistung werden die Werte bei 4 und 20 mA als Sekundärgrößen des Messgeräts angegeben, nicht als Anlagenwerte. Die Umrechnung ergibt sich aus den Verhältnissen des Profils. Im typischen Fall mit CT 1 200:5 und PT 15 000:110 gilt k_i = 1 200 / 5 = 240, k_v = 15 000 / 110 = 136,36 und k_p = k_i · k_v = 32 727,3.

Ein Skalenendwert von ±30 MW wird als ±916,6667 W sekundär programmiert (30·10⁶ / 32 727,3), ±20 Mvar als ±611,1111 var. Es empfiehlt sich, den exakten Wert einmal zu berechnen und ihn in allen Modulen, die dieselbe Messgröße ausgeben, identisch zu verwenden: Zwei Module mit 916,6667 und 916,6700 sagen dasselbe, sehen bei einer späteren Prüfung aber wie ein Fehler aus.

Zuordnung des typischen Falls (Messgrößen mit 0,05 s, also Momentanwerte):

Nicht belegte Kanäle bleiben auf Not Assigned; der Dialog füllt sie mit 20,0000 / 4,0000, was keine echte Skalierung ist und nicht korrigiert werden muss. Vor dem Nachbilden jedes Kanals lohnt der Abgleich mit dem Skalenendwert des Messgeräts: Ein Phasenspannungskanal mit 45 → 55 wäre im Normalbetrieb übersteuert (Nennwert 63,5 V sekundär) und ist mit hoher Sicherheit ein Frequenzband, das im alten Gerät der falschen Messgröße zugeordnet war. Die Migration ist der Moment, so etwas zu korrigieren, nicht zu kopieren.

KYZ-Ausgänge (4PO1). Jeder Ausgang wird einem Energiezählwerk und einer Impulswertigkeit zugeordnet. Typischer Fall: Ausgang 1 kWh Abgabe, Ausgang 2 kWh Bezug, Ausgang 3 kvarh Abgabe, Ausgang 4 kvarh Bezug, mit 10 kWh bzw. kvarh pro Impuls. Die Wertigkeit wird so gewählt, dass die Impulsfrequenz bei Volllast innerhalb dessen liegt, was der empfangende Zähler verarbeitet; bei 30 MW und 10 kWh/Impuls ergeben sich 3 000 Impulse pro Stunde, weniger als einer pro Sekunde.

Was sich beim Speichern gegenüber dem 1250 ändert. Das Profil des 1450 enthält die Reset-Liste mit aktiviertem Reset Unit to Boot Mode — Default Communications Settings: Das sollte so bleiben, weil sich damit ein falsch programmierter Port über die Reset-Taste wiederherstellen lässt. Die .nps-Datei des 1450 und sein Device Profile Report zusammen mit denen des 1250 abzulegen, schließt die Dokumentation der Migration ab.

6. Inbetriebnahme und Prüfung

Die Reihenfolge mit den wenigsten Überraschungen: alles auf dem Prüftisch mit dem über Hilfsspannung versorgten 1450 und montierten Modulen erledigen und eine bereits geprüfte Einheit in den Schaltschrank bringen. Da der 1450 denselben Einbauplatz belegt und die Klemmenbelegung des 1250 wiederholt, besteht der Wechsel im Schrank aus Abklemmen und Wiederanklemmen: Spannungen, Ströme, Hilfsspannung L(+)/N(−) und die Stichleitungen der seriellen Ports werden Ader für Ader an dieselben Klemmen übertragen, mit denselben Aderendhülsen. Vor dem Abklemmen sollte die Klemmenleiste des 1250 fotografiert und die Sekundärseite der Stromwandler an der Prüfklemmenleiste kurzgeschlossen werden. Als externe Sicherung bleiben 5 A / 250 V träge empfohlen, mit eigener Erdung (nie über den Minuspol einer DC-Quelle).

1. Auf dem Typenschild des 1450 das Control-Power-Suffix (D2 für 96–276 V AC/DC, D für 18–60 V DC) mit der Hilfsspannung des Schranks abgleichen.
2. Die betreffenden Module (133 und 134 im typischen Fall) lose und einzeln umadressieren und alle fünf mit Bezeichnung und Adresse beschriften.
3. Die physischen Gruppen zwischen ihren MBIO-Haltern montieren: 4A (KYZ Module 1 + AO Module 3), 4B (AO Module 1 + AO Module 2 + PSIO rechts) und Port 3 (AO Module 4).
4. Die Stichleitungen und den Abzweig für 4B verdrahten; Schirm pro Bus an einem einzigen Punkt erden.
5. PSIO und Messgerät einschalten. Prüfen, dass 4A und Port 3 allein mit dem Messgerät und 4B allein mit dem PSIO anlaufen: Eine Gruppe, die mit der falschen Quelle anläuft, hat +V/−V dort, wo sie nicht hingehören.
6. Per Ethernet verbinden (FIXED, 10.0.0.1) und das vorbereitete Profil laden: CT/PT, Kommunikation mit Port 3 und Port 4 als Master (I/O) mit 57600, Tabelle I/O Modules, Grenzwerte und Aufzeichnungen.
7. Jedes Modul über Device Profile › I/O Modules › Edit öffnen, Kanalzuordnung und Skalierungen in Sekundärwerten eingeben; Send bei jedem einzelnen.
8. Prüfen: TX/RX-LEDs blinken an allen fünf Modulen; bei unbelastetem Messgerät müssen alle Spannungs- und Stromschleifen 4,00 mA und die Leistungsschleifen 12,00 mA liefern (Null in der Mitte der bipolaren Skala). Mit einer Bürde ≤ 500 Ω pro Schleife messen.
9. Mit einer Sekundärprüfeinrichtung 110 V und 5 A einspeisen und 20,00 mA an den Schleifen für Leiterspannung und Strom prüfen; die Anzeige in WebView muss der Einspeisung in Primärwerten entsprechen (15 000 V, 1 200 A).
10. Die Einheit eine halbe Stunde laufen lassen und prüfen, dass das Messgerät den E/A-Bus nicht neu startet (die Module blinken nicht gleichzeitig und verschwinden nicht aus der Tabelle). Tritt das auf, Plan B der Leistungsaufteilung anwenden.
11. Die Anlagen-IP programmieren, den Schalter auf PROG zurückstellen, die endgültige .nps-Datei und den Device Profile Report speichern und plombieren.

Im Schaltschrank bleiben nur der physische Tausch des Messgeräts, der Anschluss von Spannungen, Strömen und Hilfsspannung sowie der Anschluss der 4–20-mA-Schleifen und KYZ-Ausgänge an das Leitsystem nach der Bestandsaufnahme vom Anfang.

7. Häufige Probleme

Quellen

• Electro Industries/GaugeTech, Nexus 1250/1252 User Manual, Doc# E107706 (§5, §9.4, §11.2).
• EIG, Nexus 1450 User Manual, Doc# E171701 (§1.5, §3.5, Kap. 4, 5, 9 und 10).
• EIG, Nexus 1450 Quickstart Guide, Doc# E171703.
• EIG, Modbus Communicating I/O Modules Manual, Doc# E134-7-15 (Kap. 2 und 4).
• EIG, Communicator EXT / CommunicatorPQA User Manual, §2.2.
• Originaldokumentation unter electroind.com.