UMG 96RM auslesen

Liest Messwerte aus einem Janitza UMG 96RM (Grundgerät) über Modbus RTU auf RS485 aus.

umg_read.py kommt ohne Modbus-Bibliothek aus und baut die Frames selbst — das hält die Kontrolle über Funktionscode und Wortreihenfolge, bei denen Janitza von den üblichen Voreinstellungen abweicht.

Alle Angaben unten stammen aus der Betriebsanleitung Dok. 1.040.126.1.a (10/2023) und der Modbus-Adressliste Dok. 1.040.034.t (01/2023).

Beispielausgabe

UMG 96RM auf /dev/ttyUSB0, Adresse 2, 38400 baud

  Spannung L1-N                230.493 V
  Spannung L2-N                  0.000 V
  Spannung L3-N                  0.000 V
  Spannung L1-L2               230.493 V
  Spannung L2-L3                 0.000 V
  Spannung L1-L3               230.493 V
  Strom L1                       0.000 A
  Strom L2                       0.000 A
  Strom L3                       0.000 A
  Wirkleistung L1                0.000 W
  Wirkleistung L2                0.000 W
  Wirkleistung L3                0.000 W
  Wirkleistung Summe             0.000 W
  Frequenz                      50.029 Hz

Stromwandler zwingend erforderlich

Handbuch S. 24, wörtlich:

„Das UMG 96RM ist für den Anschluss von Stromwandlern mit Sekundärströmen von ../1A und ../5A ausgelegt. Das werkseitig eingestellte Stromwandlerverhältnis liegt bei 5/5A und muss gegebenenfalls an die verwendeten Stromwandler angepasst werden. Eine Direktmessung ohne Stromwandler ist mit dem UMG 96RM nicht möglich. Es können nur Wechselströme und keine Gleichströme gemessen werden."

Die Stromeingänge vertragen laut technischen Daten 120 A für 1 Sekunde. Eine Wandler-Sekundärseite ist von sich aus strombegrenzt und kann diesen Wert nicht überschreiten; ein direkt aufgelegter Netzstromkreis liefert im Fehlerfall den vollen Kurzschlussstrom der Installation.

Wie oft die 120 A / 1 s wiederholt werden dürfen und welcher Dauerstrom zulässig ist, steht nicht im Handbuch. Die genannten 6 A_rms sind der Messbereich, keine thermische Dauergrenze.

Kleine Ströme messen: Für Prüflinge im Bereich weniger hundert Milliampere lohnt es sich, den Leiter mehrfach durch das Wandlerfenster zu führen. Sechs Windungen durch den hier vorhandenen 30/5-Wandler ergeben effektiv 5/5, also 1:1 — das Wandlerverhältnis in 010/012 bleibt dann auf der Werkseinstellung. Die Zuordnung von Windungszahl, Messbereich und Leitungsschutzschalter steht im Schaltbild.

Hardware

• Janitza UMG 96RM (Grundgerät, RS485 serienmäßig)
• Stromwandler mit Sekundärstrom 1 A oder 5 A
• USB-RS485-Adapter — hier ein Waveshare USB-RS232/485 mit FT232R
• Verdrilltes, geschirmtes Kabel, z. B. Li2YCY(TP) 2x2x0.22 CAT-Kabel ist laut Handbuch für Modbus ungeeignet.

Messplatz

schaltbild.html enthält das Prinzipschaltbild des geplanten Prüfplatzes für wechselnde Einzelgeräte — im Browser öffnen. Es zeigt Leistungskreis, Steuerkreis mit Schützselbsthaltung und die Einbindung der Janitza, dazu die Zuordnung von Windungszahl, Messbereich, Parameter 010 und Leitungsschutzschalter.

Die Grundidee: Mit Wandler steht die Janitza neben dem Lastpfad, nicht darin. Der Wandler sitzt im Lastpfad, das Gerät sieht nur die Sekundärseite. Not-Aus und Koppelrelais wirken als Öffner im Haltekreis des Schützes und schalten keinen Laststrom; die Selbsthaltung ergibt den Wiederanlaufschutz.

Prinzipschaltbild, kein ausführungsreifer Stromlaufplan. Vor Inbetriebnahme durch eine Elektrofachkraft prüfen lassen.

Einkaufsliste

Abgeleitet aus dem, was beim Aufbau und bei den Messungen als Lücke sichtbar wurde. Nach Dringlichkeit.

Schutzkreis — das ist die eigentliche Lücke

Teil	Spezifikation	warum
FI/RCD	30 mA, Typ A (Typ B bei Prüflingen mit Umrichter)	Personenschutz, durch nichts anderes zu ersetzen
LS-Schalter	B2, B3 oder B4, abgestimmt auf die Windungszahl	siehe Tabelle im Schaltbild — Windungszahl und Vorsicherung sind ein Paar
Not-Aus	rastend, mit Öffnerkontakt	wirkt auf den Haltekreis, nicht auf den Laststrom
Schütz	mit Hilfskontakt für die Selbsthaltung	ergibt den Wiederanlaufschutz
Koppelrelais	Spulenleistung < 1,2 W bei 24 V (≥ 480 Ω), Öffnerkontakt	die 50-mA-Grenze der Digitalausgänge ist bindend — nach der Spule auswählen, nicht nach den Kontaktdaten
Netzteil 24 V	für den Steuerkreis	die Digitalausgänge brauchen eine externe Hilfsspannung
Prüfklemmen (optional)	mit Trennstelle und Querbrücker für den Wandler-Sekundärkreis	nur nötig, wenn am Wandlerkreis unter Spannung gearbeitet werden soll — siehe unten
Sicherung	10 A, Charakteristik C	laut Anschlussplan S. 106 für die Spannungsmesspfade gefordert

Messlücke schließen

Oszilloskop mit Stromzange oder Shunt mit Differenztastkopf.

Das ist die einzige Anschaffung, die eine neue Klasse von Messungen aufmacht statt die bestehenden zu verbessern. Am festen 200-ms-Messfenster scheiterten der Einschaltstrom der Glühlampe und die Burst-Frequenz des GaN-Laders — beides unter Messreihen dokumentiert.

Ob sich das lohnt, hängt daran, ob Einschaltvorgänge und Schaltverhalten interessieren oder nur der Verbrauch über die Zeit.

Kleinteile

• Li2YCY(TP) 2×2×0,22 für die Modbus-Leitung — die aktuelle Strecke läuft nur, weil sie kurz ist
• 120-Ω-Abschlusswiderstände oder Janitzas Fertigstecker 52.00.008, sobald die Leitung länger wird
• Aderendhülsen — Querschnitte siehe Ausführung der Klemmstellen

Nicht nötig

Ein zweiter USB-RS485-Adapter. Der vorhandene funktioniert nachweislich — Loopback 10 von 10, über 100 000 Messungen ohne Lesefehler.

Ein Präzisionsmessgerät für Sub-Watt-Standby. Die Integration über den Energiezähler erreichte bei 0,225 W einen Standardfehler von 0,0004 W, also 0,2 %. Das reicht für alles, was hier gemessen werden soll.

Ein weiterer Stromwandler. Der vorhandene 30/5 ergibt mit sechs Windungen effektiv 5/5 — genau richtig für Kleinverbraucher.

Klemmenbelegung

Klemme	Funktion
1 / 2	Versorgung N/− bzw. L/+
3 / 4 / 5 / 6	Spannungsmessung V1 / V2 / V3 / VN
7 / 8	Strom I1 (S1 / S2)
9 / 10	Strom I2 (S1 / S2)
11 / 12	Strom I3 (S1 / S2)
13	Digitalausgänge, gemeinsamer Bezug
14 / 15	Digitalausgang 1 / 2
16	RS485 B
17	RS485 A

Ausführung der Klemmstellen

	Strom- und Spannungsmessung	Digitalausgänge
Querschnitt	0,2–2,5 mm² (AWG 26-12)	0,14–1,5 mm² (AWG 28-16)
Aderendhülsen	0,2–2,5 mm²	0,2–1,5 mm²
Anzugsmoment	0,4–0,5 Nm	0,20–0,25 Nm
Abisolierlänge	7 mm	7 mm
Leiter je Klemmstelle	nur einer	nur einer

Messleitungen müssen für mindestens 80 °C ausgelegt sein.

Für den Wandler-Sekundärkreis, wo eine gelöste Ader der einzige Fehlerfall ist, der ohne Zutun eintritt:

• Aderendhülsen verwenden — sonst spreizen sich die Litzen auf und die Schraube klemmt nur einen Teil davon
• Sicherungslack über Schraubenkopf und Klemmenkörper. Der Nutzen liegt weniger im mechanischen Halt als in der Sichtmarke: Ist die Lackspur gerissen, hat sich etwas bewegt — sichtbar beim Draufschauen, ohne nachziehen zu müssen.
• Zugentlastung an der Leitung, nicht an der Klemme. Schrumpfschlauch isoliert und bündelt, hält aber keinen Zug ab; ein Kabelbinder auf Schiene oder Schelle kurz hinter der Klemme schon.
• Nach einigen Wärmezyklen einmal nachziehen — Kupfer setzt sich.

Die Strom- und Spannungsklemmen sitzen auf einem steckbaren Klemmenteil (Ersatzteil 10.01.871), das jedoch verschraubt wird. Damit ist der naheliegende zweite Weg, den Kreis versehentlich zu öffnen, konstruktiv ausgeschlossen — bei einem Gerät, das Wandler-Sekundärkreise führt, ist das Absicht und keine Bequemlichkeit.

Der Schirm der RS485-Leitung wird nur einseitig auf PE gelegt, schaltschrankseitig. Beidseitiges Auflegen erzeugt eine Erdschleife.

Das UMG 96RM hat eine reine 2-Draht-RS485 ohne Masseanschluss; der gemeinsame Bezug entsteht über PE. Bei einem Laptop im Akkubetrieb mit nicht galvanisch getrenntem Adapter fehlt dieser Bezug — dann Netzteil anstecken oder einen isolierten Adapter verwenden.

Abschlusswiderstände: Das UMG hat keine, weder eingebaut noch als Jumper. Bei längeren Leitungen 120 Ω extern über Klemme 16/17.

Leitung und Baudrate

Dokumentiert (Handbuch S. 33): geschirmtes verdrilltes Kabel, etwa Li2YCY(TP) 2×2×0,22, max. 1200 m bei 38400 Baud, höchstens 32 Teilnehmer je Segment. Für ungeschirmte Verlegung gibt es keine Angabe — sie ist schlicht nicht vorgesehen.

Aus der Technik, nicht aus dem Handbuch:

• Verdrillt ist wichtiger als geschirmt. RS485 überträgt differentiell; eine Störung, die beide Adern gleich trifft, hebt sich am Empfänger auf. Das leistet die Verdrillung. Der Schirm ist die zweite Verteidigungslinie. Zwei einzeln verlegte Adern sind deutlich schlechter als ein ungeschirmtes verdrilltes Paar.
• Auf Tischlänge unkritisch. Unter etwa zehn Metern in ruhiger Umgebung läuft ungeschirmtes verdrilltes Kabel problemlos — der hiesige Aufbau belegt das mit CAT-Kabel und ohne Abschlusswiderstände.
• Ein schaltendes Schütz ändert das. Der Lichtbogen beim Öffnen erzeugt breitbandiges Störspektrum direkt neben der Datenleitung. Spätestens dann ist der Schirm keine Formalie.

Warum Janitza CAT-Kabel ablehnt, ist nicht der Schirm — CAT ist verdrillt und oft geschirmt. Es ist der Wellenwiderstand: CAT liegt bei 100 Ω, RS485 erwartet 120 Ω. Die Fehlanpassung erzeugt Reflexionen. Über wenige Meter bedeutungslos, weil die Laufzeit gegen die Bitdauer verschwindet — über hundert Meter bei hoher Baudrate nicht mehr.

Eine höhere Baudrate bringt hier nichts. Das Gerät aktualisiert alle 200 ms, ein voller Lesevorgang über 52 Register dauert gemessen 47 ms. Es wird also ohnehin drei Viertel des Fensters gewartet. 115200 würde das auf etwa 20 ms drücken und 27 ms schenken, mit denen nichts anzufangen ist.

Umgekehrt ist die niedrigere Baudrate die robustere: längere Bitdauer, größerer Störabstand, mehr Toleranz gegen Reflexionen und Einkopplungen. 38400 ist damit nicht nur ausreichend, sondern die bessere Wahl.

Zwei Fälle, in denen das kippt:

• Mehrere Geräte am Bus. Bei 47 ms je Abfrage passen etwa vier Teilnehmer in ein 200-ms-Fenster.
• Das vollständige Oberschwingungsspektrum aller neun Kanäle — 720 Register in sechs Telegrammen, zusammen deutlich über 200 ms. Einphasig mit zwei Kanälen sind es rund 90 ms, das passt.

Hat der Adapter einen Schiebeschalter RS232/RS485, muss er auf RS485 stehen. Die beiden Zweige sind wechselseitig abgeschaltet.

Gerätekonfiguration

Am UMG die Tasten 1 und 2 gleichzeitig ~1 Sekunde drücken, bis PRG erscheint. Taste 2 blättert durch drei Menüs: Stromwandler → Spannungs- wandler → Parameterliste.

In der Parameterliste ist die obere Zeile die Parameternummer und die untere der Wert. Taste 1 wählt die Ziffer, Taste 2 ändert sie (kurz = +1, lang = −1). Am Gerät sind nur dreistellige Parameteradressen eingebbar; alles ab 1000 geht nur über Modbus oder GridVis.

Parameter	Bedeutung	Bereich	Werk
000	Modbus-Adresse	1–247	1
001	Baudrate-Code	0–4	4
003	Stoppbits / Parität	0–3	0
010 / 012	Stromwandler I1 primär / sekundär	/ 1 oder 5	5 / 5
018 / 020	Stromwandler I2 primär / sekundär		5 / 5
026 / 028	Stromwandler I3 primär / sekundär		5 / 5
043	Nennstrom für TDD (A, float)	0–1000000	150
045	Ansprechschwelle Strommessung (mA)	0–200	5
050	Passwort		0 = keins
506	Min/Max-Werte löschen	0–1	0
507	Energiewerte löschen
508	Sofortiges Schreiben ins EEPROM

Baudrate-Codes: 0 = 9600, 1 = 19200, 2 = 38400, 3 = 57600, 4 = 115200.

Stoppbits/Parität: 0 = 1 Stoppbit ohne Parität, 1 = 2 Stoppbits ohne Parität, 2 = 1 Stoppbit gerade, 3 = 1 Stoppbit ungerade. Datenbits sind fest auf 8.

Die im Skript hinterlegten Werte (Adresse 2, 38400, 8N1) stehen oben in umg_read.py und müssen zur Geräteeinstellung passen.

Messtechnische Grenzen

Technische Daten S. 85/86:

Nennstrom	5 A
Messbereich Strom	0–6 Arms
Auflösung	0,1 mA (Display nur 0,01 A)
Genauigkeit Phasenstrom	Klasse 0,2 nach IEC 61557-12
Leistungsaufnahme Strompfad	ca. 0,2 VA, Ri = 5 mΩ
Überlast	120 A für 1 s (sinusförmig)
Abtastfrequenz	21,33 kHz bei 50 Hz je Kanal

Über RS485 kommen die Werte als float32 mit voller Auflösung — der Faktor 100 gegenüber der Displayanzeige ist der eigentliche Grund, die Schnittstelle zu benutzen. Auflösung ist aber nicht Genauigkeit: die Klasse 0,2 bezieht sich auf den Nennwert, im unteren Messbereich dominiert daher der absolute Fehler.

Messfenster: Alle Effektivwerte werden über 10 Perioden (50 Hz) bzw. 12 Perioden (60 Hz) gebildet, also 200 ms. Häufiger pollen liefert keine neuen Daten.

Ansprechschwelle (Parameter 045): Einheit mA, Bereich 0–200, Werkseinstellung 5 mA, bezogen auf den Eingangs-/Sekundärstrom. Bei einem Wandler skaliert die Schwelle primärseitig mit dem Wandlerverhältnis mit. Bei einem 100/5-Wandler entsprechen 5 mA sekundär bereits 100 mA primär, also gut 23 W bei 230 V, die als Null durchgehen.

Das Handbuch enthält keine Beschreibung der Wirkungsweise. Am Gerät nachgemessen (Juli 2026, Eingang offen, Wandlerverhältnis 5/5):

Parameter 045	Strom L1	Wirkleistung L1
5 mA (Werk)	exakt 0,000 A	exakt 0,000 W
0 mA	0,001 A	−0,003 bis −0,005 W

Ströme unterhalb der Schwelle werden also hart auf 0 gesetzt — und damit auch die Leistung. Konsequenz: Der Energiezähler zählt in diesem Bereich nicht mit. Wer kleine Verbräuche über die Zeit integrieren will, muss die Schwelle absenken, sonst bleibt der Zähler stehen.

Das Grundrauschen liegt bei rund 1 mA, entsprechend etwa 0,2 W bei 230 V. Das leichte negative Vorzeichen der Leistung deutet auf einen konstanten Offset hin, der sich rechnerisch abziehen ließe.

Nach dem Einschalten braucht die automatische Frequenzerkennung ca. 20 s; währenddessen halten die Messwerte die zugesicherte Unsicherheit nicht ein.

Zeit, Min/Max und Speicher

Das Grundgerät hat keine Echtzeituhr. Die Register 512–517 (Jahr/Monat/Tag/Stunde/Minute/Sekunde) tragen in der Parametertabelle die Fußnote „Werte-Einstellungen nur für die UMG96RM-Erweiterungen mit Batterie und Uhr". Zeitstempel müssen daher vom Rechner kommen.

Min/Max-Werte werden ohne Zeitstempel gespeichert (S. 12: „Speicherung von Min- und Maxwerten (ohne Zeitstempel)"), alle 5 Minuten ins EEPROM. Sie laufen kumulativ seit dem letzten Löschen und werden alle 200 ms aktualisiert. Löschen über Parameter 506 (eine 001 schreiben).

Nützlich, um Spitzen zu erfassen, die zwischen zwei Abfragen liegen — man erfährt allerdings nicht, wann sie auftraten:

Adresse	Wert
3358 / 3360 / 3362	Maximalstrom I L1 / L2 / L3
3510	Maximum des Leistungsmittelwerts Psum3
2578	Maximalfrequenz
3436	Minimalfrequenz

Diese Register sind RD/WR, lassen sich also auch einzeln überschreiben.

Einen Datenlogger hat das Grundgerät nicht. Das EEPROM speichert alle 5 Minuten nur Komparatortimer, S0-Zählerstände, Min/Max/Mittelwerte und Energiewerte — bei einem Spannungsausfall gehen bis zu 5 Minuten verloren. Parameter 508 erzwingt ein sofortiges Schreiben.

Messreihen

In messungen/ liegen die aufgezeichneten Reihen. Alle mit Direktmessung im Strompfad, Wandlerverhältnis 5/5, Ansprechschwelle 0 mA.

Datei	Prüfling	Inhalt
trafo_leerlauf.csv	Labornetzteil, Leerlauf	60 s Grundlinie, 301 Punkte
spielerei.csv	Labornetzteil, Leerlauf	120 s mit zwei Verstellungen
wirkungsgrad.csv	Labornetzteil unter Last	12-V-Reihe, zwei OVP-Abschaltungen
wirkungsgrad2.csv	Labornetzteil unter Last	6/12/20 V, sauber durchgelaufen
gluehlampe.csv	40-W-Glühlampe	Referenzmessung, ein Einschaltzyklus
gan_leerlauf.csv	GaN-USB-Lader 140 W	9,4 min Leerlauf, nichts angesteckt
gan_last.csv	GaN-USB-Lader 140 W	20 V bei 0,25 / 1 / 3 A, dazu Ruhezustände
usb_vergleich.csv	4 USB-Netzteile	5 V/1 A alle vier, dazu 9 V/2 A für 2 und 3
spektrum_gan_*.csv	GaN-USB-Lader	Oberschwingungsspektren, drei Arbeitspunkte
heisskleber.csv	PTC-Klebepistole	Kaltstart und Aufheizen, 220 s
live.csv, luefter.csv	Versorgung der elektronischen Last	Ruhezustände und Lüfterverhalten

Dazu die Eingabedateien der Grafiken: wirkungsgrad.json (Arbeitspunkte) und usb_phasen.json (Plateaugrenzen).

Ausgewertete Grafiken, alle im Browser zu öffnen und aus den Rohdaten erzeugt:

Datei	Inhalt
wirkungsgrad.html	Linearnetzteil, GaN-Lader und vier USB-Netzteile an gleichen Arbeitspunkten
verlauf_usb.html	Zeitverlauf der USB-Messreihe, mit Zoom auf die Leerlaufzustände
spektren.html	Oberschwingungsspektren des GaN-Laders, relativ und absolut
heisskleber.html	Klebepistole: Wirkleistung und Klirrfaktor über die Zeit
schaltbild.html	Prinzipschaltbild des Prüfplatzes

Referenzmessung: 40-W-Glühlampe

Eine Glühlampe ist rein ohmsch und ihre Leistung bekannt — damit prüft man die gesamte Kette, nicht nur das Messgerät. Ergebnis:

	gemessen	erwartet
Wirkleistung	39,37 W	39,4 W bei 228,3 V
cosφ	1,0000	1
THD Strom	1,74 %	~0, Rest ist Netzverzerrung (THD U = 1,13 %)
Strom	0,1718 A

Die Nennleistung gilt bei 230 V; über P ∝ U² ergibt das bei den gemessenen 228,3 V genau 39,4 W. Abweichung 0,1 %. Zusammen mit cosφ = 1,0000 belegt das, dass Wandlerverhältnis, Skalierung, Vorzeichen und Float-Dekodierung stimmen.

Zum Vergleich dieselben Größen am Labornetzteil im Leerlauf: 14,04 W, cosφ 0,341, THD 67,9 %. Zwei Prüflinge, wie sie unterschiedlicher nicht sein könnten.

Der Einschaltstrom ist mit diesem Gerät nicht messbar. Der kalte Glühfaden hat etwa ein Zehntel seines Betriebswiderstands, der Vorgang ist nach rund 100 ms vorbei. Bei einem Messfenster von 200 ms bleibt davon ein einziger erhöhter Wert übrig:

17:39:42.126   I 0,0006 A   P  -0,002 W
17:39:42.332   I 0,1775 A   P  39,978 W   <- einziges Fenster mit Einschaltanteil
17:39:42.521   I 0,1714 A   P  39,028 W

0,1775 A gegen 0,1713 A im Betrieb, also 3,6 % statt der tatsächlichen 800–1000 %. Der Max-Speicher des Geräts (Register 3358) hält denselben Wert — es geht also nichts durch zu langsames Pollen verloren, die Grenze ist das Messfenster selbst. Für den echten Verlauf braucht es ein Oszilloskop mit Shunt oder Stromzange.

Der langsame Ausläufer desselben Effekts ist dagegen gut sichtbar: 39,37 W in den ersten 16 Sekunden, 38,99 W danach — der Faden heizt sich weiter auf, der Widerstand steigt, die Leistung sinkt um 1 %.

Ergebnis der Wirkungsgradmessung

Linear geregeltes Labornetzteil, 20 V / 3 A, einphasig an 230 V:

Arbeitspunkt	Paus	Pein	η	cosφ	THD I
Leerlauf	0 W	14,04 W	—	0,341	67,9 %
12 V / 0,25 A	3 W	20,05 W	15,0 %	0,465	67,3 %
12 V / 0,50 A	6 W	24,40 W	24,6 %	0,541	69,9 %
6 V / 1,00 A	6 W	32,24 W	18,6 %	0,643	75,0 %
12 V / 1,00 A	12 W	32,83 W	36,5 %	0,641	75,0 %
20 V / 1,00 A	20 W	53,12 W	37,7 %	0,804	83,8 %
20 V / 3,00 A	60 W	121,49 W	49,4 %	0,962	86,3 %

Die beiden 6-W-Punkte sind der Kern: gleiche Ausgangsleistung, 24,6 % gegen 18,6 %. Der Längsregler verheizt die Differenz zur Zwischenkreisspannung.

Bis 12 V ist die Zwischenkreisspannung fest. 6 V/1 A und 12 V/1 A nehmen 32,24 W und 32,83 W auf, also dasselbe innerhalb der Messgenauigkeit — und ihr THD stimmt auf drei Nachkommastellen überein (75,008 % / 75,004 %). Aus Netzsicht dieselbe Last.

Zwischen 12 V und 20 V wird umgeschaltet. Bei gleichem Strom steigt die Aufnahme auf 53,12 W, was mit fester Zwischenkreisspannung unvereinbar ist. Aus 20 V/1 A gegen 20 V/3 A geschätzt: obere Zwischenkreisspannung ~31 V.

Aus der 12-V-Reihe ergibt sich als Modell P_ein = 15,94 W + 1,394 × P_aus (Residuen ≤ 0,1 W), also ein marginaler Wirkungsgrad von 71,8 % bei 15,94 W fixem Sockel — davon 14,04 W Grundlast und 1,8 W allein für den aktiven Ausgang.

Messgenauigkeit: Der Arbeitspunkt 12 V/1 A wurde dreimal über zwei Läufe und eine Dreiviertelstunde gemessen — 32,63 / 33,09 / 32,83 W. Spannweite 0,46 W.

GaN-USB-Lader gegen Linearnetzteil

Beide Geräte an denselben Arbeitspunkten gemessen, 20 V Ausgangsspannung:

Paus	GaN-Lader	Linearnetzteil
Leerlauf	0,225 W	14,04 W
5 W (0,25 A)	7,36 W · 67,9 %	—
20 W (1,00 A)	24,11 W · 83,0 %	53,12 W · 37,7 %
60 W (3,00 A)	66,11 W · 90,8 %	121,49 W · 49,4 %

Bei 60 W Nutzleistung verheizt der Lader 6,1 W, das Linearnetzteil 61,5 W — also mehr Abwärme, als der Lader insgesamt aufnimmt. Im Leerlauf liegt der Faktor bei 62.

Leistungsfaktor steigt mit der Last, springt aber nicht:

Pein	λ	THD I
7,4 W	0,50	58 %
24,1 W	0,73	45 %
66,1 W	0,88	31 %

Ein Kondensatoreingang ganz ohne Korrektur läge bei 80–130 % THD, eine aktive PFC bei λ > 0,95 und THD < 10 %. Der Lader liegt dazwischen. Möglicher Grund: EN 61000-3-2 greift erst oberhalb 75 W Eingangsleistung, und mit 66,1 W sind wir darunter geblieben. Ob bei Volllast eine aktive Stufe zuschaltet, wäre mit 20 V / 5 A zu prüfen.

Burst-Betrieb bei Teillast. Bei 0,25 A schwankt die Leistung mit σ = 3,5 W zwischen etwa 1 W und 11 W. Das ist kein Messrauschen, sondern Pulspaket- Betrieb: Der Lader schaltet in Paketen und pausiert dazwischen. Die Burst-Periode liegt dicht bei den 200 ms des Messfensters, weshalb im Log ein langsam durchwanderndes Schwebungsmuster erscheint. Die Burst-Frequenz selbst ist mit diesem Gerät nicht auflösbar; der Mittelwert bleibt korrekt, weil das UMG lückenlos über alle Fenster misst.

Ruhezustände des Laders

Vier unterschiedliche Zustände, die man nicht verwechseln darf:

Zustand	mittlere Leistung	Signatur
Nichts angesteckt	0,225 W	konstant, σ = 0,02
Trigger + Last dran, 0 A	2,550 W	Burst, σ = 3,15
Trigger abgezogen	0,445 W	Puls alle 4,2 s, dazwischen 0,05–0,10 W

Der mittlere Fall ist praktisch bedeutsam: Ein Lader, an dem ein volles Gerät hängt, zieht rund das Zehnfache eines Laders, an dem nichts steckt — der 20-V-Vertrag muss aufrechterhalten werden. Nicht abschließend getrennt ist dabei der Eigenverbrauch der elektronischen Last bei 0 A.

Im dritten Zustand liegt der Tiefschlaf bei 0,05–0,10 W; die 0,445 W im Mittel stammen fast ausschließlich aus den Pulsen der periodischen USB-C-Anschlusserkennung.

Offener Punkt: Der erste Zustand zeigte 0,2251 W konstant ohne Pulsspuren, der dritte 0,06 W mit Pulsen. Zwei verschiedene Ruhezustände desselben Geräts, wofür keine belegte Erklärung vorliegt. Zu prüfen wäre, ob der Lader nach längerer unberührter Zeit in einen anderen Zweig fällt.

Messtechnische Anmerkung: Durch den Entstörkondensator fließen dauerhaft etwa 23 mA (≈ 0,31 µF X-Kondensator, aus I = U·2πf·C zurückgerechnet). Das ist reine Blindleistung — 5,2 VA bei 0,22 W Wirkleistung, cosφ 0,043. Sie kostet nichts, weil Zähler Wirkarbeit abrechnen, und sie stört die Messung nicht: Wirkleistungen von 0,06 W sind trotz der 23 mA sauber auflösbar, weil der Blindstrom in die Wirkleistung nicht eingeht. Die Rauschgrenze von rund 1 mA gilt für den Strom, nicht für die Leistung.

Vier USB-Netzteile im Vergleich

Vier Ladegeräte, alle bei 5 V / 1 A gemessen, danach zwei davon zusätzlich an ihrem eigenen Nennpunkt. Ausgangsspannung an der elektronischen Last abgelesen, Ausgangsleistung daraus berechnet — die Spannungen weichen zwischen den Geräten um bis zu 8 % ab.

	Bauart	Uaus	Paus	Pein	η	Abwärme	Leerlauf
1	China, USB-A, ohne PD	5,141 V	5,14 W	6,81 W	75,5 %	1,67 W	0,137 W
2	Samsung/Apple, USB-C	5,069 V	5,07 W	10,39 W	48,8 %	5,32 W	0,173 W
3	Samsung/Apple, USB-C	4,947 V	4,95 W	10,30 W	48,1 %	5,35 W	0,161 W
4	China, USB-A, ohne PD	5,413 V	5,41 W	7,18 W	75,4 %	1,77 W	0,121 W

Dieselben Markengeräte an ihrem Nennpunkt, 9 V / 2 A (beide lassen sich nur auf 9 V triggern):

	Paus	Pein	η	λ	THD I
2	18 W	20,14 W	89,4 %	0,491	173,0 %
3	18 W	20,21 W	89,1 %	0,494	172,1 %

Die naheliegende Deutung der ersten Tabelle wäre falsch. Sie zeigt nicht, dass die China-Lader besser gebaut sind, sondern dass ein kleines Netzteil nahe seinem Nennpunkt ein großes Netzteil weit darunter schlägt. Ein USB-A-Lader ohne PD ist für 5–10 W ausgelegt und läuft bei 5 W im Optimum; ein USB-C-Lader mit 25–45 W läuft dort bei 10–20 % Last, wo der feste Eigenbedarf — Regler-IC, Hilfsspannung, ständig laufender PD-Controller — den Wirkungsgrad auffrisst. Zudem ist 5 V für einen PD-Lader der ungünstigste Ausgang, weil der Sperrwandler dort mit kleinstem Tastverhältnis arbeitet.

An denselben Geräten macht der Arbeitspunkt über 40 Prozentpunkte aus. Der GaN-Lader zeigt dasselbe Muster: 67,9 % bei 5 W, 83,0 % bei 20 W, 90,8 % bei 60 W.

Sinnvoll verglichen — jedes Gerät an einem für es passenden Punkt — steht es so:

	Arbeitspunkt	η
China-Lader 1	5,1 V / 1 A	75,5 %
China-Lader 4	5,4 V / 1 A	75,4 %
Samsung/Apple 2	9 V / 2 A	89,4 %
Samsung/Apple 3	9 V / 2 A	89,1 %

Was als praktische Aussage bleibt: Wer über Nacht mit 5 V und 1 A lädt, verliert mit dem großen Lader mehr Energie als mit dem kleinen. Das ist ein realer Anwendungsfall — nur eben kein Urteil über die Bauqualität.

Netzrückwirkung fällt nicht mit dem Wirkungsgrad zusammen. Beide Markenlader bleiben bei λ ≈ 0,49 und THD ≈ 173 %, und zwar unverändert zwischen 10 W und 20 W Aufnahme — ein Kondensatoreingang ohne jede Korrektur. Bei unter 75 W ist das normkonform (EN 61000-3-2), steht aber im Gegensatz zum GaN-Lader, der bei 66 W auf λ 0,88 und THD 31 % kommt. Wirkungsgrad und Netzverträglichkeit sind unabhängige Qualitätsmerkmale.

Spannungshaltung: USB erlaubt 5 V ±5 %, also 4,75–5,25 V. Kandidat 4 liegt mit 5,413 V darüber. Sein Wirkungsgrad hängt davon nicht ab — Kandidat 1 erreicht denselben Wert bei spezifikationskonformen 5,14 V.

Nebenbefunde: Die Trigger-Platine kostet an einem 5-V-Lader rund 72 mW (0,091 W ohne, 0,164 W mit). Am GaN-Lader waren es 2,3 W, weil dort ein 20-V-Vertrag aufrechterhalten werden muss — ein 5-V-Netzteil verhandelt nichts. Die Nullreferenz der Messkette lag zu Beginn bei −0,0021 W und neun Minuten später bei −0,0020 W: kein Nullpunktdrift.

Oberschwingungsspektrum des GaN-Laders

Gemessen wurde der Netzstrom L1 bei drei Arbeitspunkten. Alle drei Spektren sind gegen das THD-Register des Geräts gegengeprüft und stimmen auf zwei Nachkommastellen überein.

Ordnung	Leerlauf (0,4 W)	20 V / 1 A (24 W)	20 V / 3 A (67 W)
1. (Grundschwingung)	22,5 mA	128,4 mA	315,5 mA
3.	1,2 mA · 5 %	46,3 mA · 36 %	66,5 mA · 21 %
5.	2,0 mA · 9 %	19,5 mA · 15 %	62,3 mA · 20 %
7.	2,0 mA · 9 %	19,1 mA · 15 %	17,3 mA · 5 %
9.	1,7 mA · 8 %	8,8 mA · 7 %	17,2 mA · 5 %
11.	1,3 mA · 6 %	13,5 mA · 11 %	12,2 mA · 4 %
THD	26,0 %	46,2 %	31,7 %

Im Leerlauf ist der Strom fast ein reiner Sinus — 97 % Grundschwingung. Das bestätigt, dass die 22,5 mA praktisch vollständig vom X-Kondensator des Entstörfilters stammen. Aus der Grundschwingung allein gerechnet ergibt sich C = 22,515 mA / (232,25 V × 314,16 s⁻¹) = 0,308 µF, passend zu einem X2-Kondensator mit 0,33 µF Nennwert. Die verbleibenden 5–9 % bei der 5., 7. und 9. Ordnung sind die 0,39 W Eigenverbrauch der Elektronik.

Zwischen 1 A und 3 A wird das Spektrum umgeformt, nicht skaliert. Die Grundschwingung wächst um den Faktor 2,46, aber:

Ordnung	Faktor
1.	2,46
3.	1,44
5.	3,20
7.	0,91
9.	1,97
11.	0,91

Die 5. verdreifacht sich, während 7. und 11. bei zweieinhalbfacher Leistung absolut sinken. Das ist mit keiner einfachen Erklärung vereinbar:

• Ein bloß breiterer Stromflusswinkel würde alle Ordnungen gleichmäßig gegenüber der Grundschwingung senken. Stattdessen steigt die 5. relativ von 15 auf 20 %.
• Eine aktive Leistungsfaktorkorrektur würde das ganze Spektrum unter etwa 10 % drücken und den Klirrfaktor einstellig machen. Bei 31,7 % ist davon keine Rede.

Es bleibt: Der Wandler wechselt bei höherer Last die Betriebsart — etwa vom lückenden in den nicht lückenden Betrieb. Die Stromform wird eine andere, nicht bloß eine größere.

Konsequenz für die Interpretation: Der bessere Klirrfaktor bei 3 A ist kein Beleg für eine Leistungsfaktorkorrektur. Wer nur die THD-Zahl betrachtet, käme zum falschen Schluss. Mit 67 W Aufnahme liegt der Lader zudem unter der 75-W-Schwelle, ab der EN 61000-3-2 überhaupt Grenzwerte setzt — er muss nichts tun.

Für die Verbrauchsmessung ändert das nichts. Wirkungsgrad und Wattzahlen bleiben, wie gemessen. Relevant wird die Ordnungsverteilung erst bei der Bewertung von Netzrückwirkungen, wo die 3. und 5. sich anders auswirken als die 7. oder 11.

Referenzmessung: PTC-Klebepistole (nichtlineare Heizung)

Ein Verbrauchertyp, der weder ohmsch (Glühlampe) noch elektronisch geregelt (Netzteile) ist: ein Heizelement mit stark temperaturabhängigem Widerstand. heisskleber.html zeigt den Verlauf, messungen/heisskleber.csv die Daten.

Kaltstart:

 t=0 s   440 W   1,96 A   THD  8,4 %   ← Einschaltspitze, 10x Betrieb
 t=1 s    66 W   0,30 A   THD 24,5 %
 t=20 s   46 W   0,21 A   THD 25,4 %   ← Maximum
 Ende     27 W   0,12 A   THD 24,8 %   ← Selbstregelung, noch fallend

Drei Phänomene in einer Messung:

PTC-Einschaltstrom. Das kalte Element ist niederohmig und zieht das Zehnfache des Betriebsstroms. Anders als der Glühlampen-Einschaltstrom (≈ 100 ms, für dieses Gerät unsichtbar) klingt er über rund eine Sekunde ab und fällt damit voll ins 200-ms-Raster.

Der Klirrfaktor folgt der Steilheit der Kennlinie, nicht der Temperatur. Kalt liegt das Element auf dem flachen Teil der R(T)-Kurve — dR/dT klein, kaum Verzerrung, 8 %. Im heißen, steilen Regelbereich wird der Widerstand stark temperaturempfindlich; die mit 100 Hz pulsierende Leistung moduliert ihn tief, und die dritte Harmonische springt auf 25 %. Das Spektrum ist fast rein Grundschwingung + 3. Ordnung, gerade Ordnungen unter 0,2 % — symmetrisch, also kein Gleichrichter; und cosφ bleibt durchgehend bei 0,99, also kein Phasenanschnitt. Es ist reine thermische Modulation:

I ∝ U · (1 + m·cos 2ωt) = cos ωt + (m/2)(cos ωt + cos 3ωt)

PTC-Selbstregelung. Ohne dass Kleber durchgeschoben wird, regelt sich die Aufnahme über Minuten auf rund 27 W herunter — gerade genug, um die Wärmeverluste zu decken.

Nebenbei der erste Lasttest des Steuergehäuses (RS485, Relais und Bedienelemente in einem Kasten): 1101 Messpunkte durch den Schaltmoment lückenlos, kein verlorener Wert. Die Schaltstörung schlägt nicht auf die Datenleitung durch.

Kennlinie des Wandlers — und ein Auslegungsfehler

Der 30/5-Wandler mit 6 Windungen (effektiv 5/5, 010/012 = 5/5) wurde an einem GaN-USB-Lader über den ganzen Lastbereich gegen die Referenzwerte geprüft. Ausgang jeweils an der elektronischen Last kontrolliert.

Profil	Iein	% Nenn	Pein (CT)	THD I	brauchbar?
5 V / 0,5 A	0,049 A	0,99 %	2,6 W	198 %	nein
5 V / 1 A	0,070 A	1,41 %	4,79 W	220 %	nein
9 V / 1 A	0,105 A	2,11 %	8,67 W	216 %	nein
15 V / 1 A	0,156 A	3,13 %	14,84 W	201 %	nein
20 V / 3 A	0,302 A	6,03 %	56,25 W	33,75 %	Form ok, Betrag −15 %

Zwei getrennte Effekte, die man auseinanderhalten muss:

• Die Stromform. Der spitze Gleichrichterstrom des Laders (hoher Scheitelfaktor) wird erst ab ~5 % vom Nennstrom sauber erfasst. Darunter ist der THD Müll — er klebt bei ~200 %, obwohl der echte Wert bei 30–45 % liegt. Der THD ist der zuverlässige Verräter: über 130 % bei einem Verbraucher, von dem man das nicht erwartet, heißt toter Bereich.
• Der Betrag. Selbst bei 6 % vom Nennstrom, wo die Form stimmt, liest der Wandler noch 15 % zu niedrig (56,25 statt 66 W). Beim Halogen bei 12,7 % waren es nur 3 %. Der Fehler wächst steil, je weiter unter den Nennstrom man kommt.

Dreifach verifiziert, damit der 15-%-Fehler nicht wieder eine unbewiesene Behauptung ist wie in der ersten Fassung:

Quelle	Wert	misst
Elektronische Last	20 V × 3 A = 60 W	Ausgang
Lader-Display	61 W	Ausgang
Direktmessung (Vorverwendung)	66,1 W	Eingang
Shelly Pro − Eigenbedarf (78,4 − 10,9)	~67,5 W	Eingang
Janitza über Wandler	56,25 W	Eingang, ~15 % zu niedrig

Last und Lader-Display sind sich beim Ausgang einig, Direktmessung und Shelly unabhängig beim Eingang — nur die Janitza-über-Wandler fällt heraus.

Nicht die Janitza ist das Problem, sondern der Wandler. Das Gerät rechnet treu mit dem Signal, das der Wandler liefert; ist das Signal 15 % zu niedrig, kann kein Messgerät es retten. Belegt dadurch, dass die Janitza ohmsche Lasten (Halogen, cosφ 0,99) und die Stromform (THD 34 % bei 20 V/3 A) korrekt liest.

Der Auslegungsfehler

Der 30/5 wurde gewählt, um den vollen 5-A-Bereich der Janitza auszunutzen — also für die Grenze des Messgeräts optimiert statt für den Strom der Prüflinge. Das ist der Fehler. Ein typischer Prüfling (Lader, kleines Netzteil) zieht bei 230 V nur Bruchteile eines Ampere und sitzt damit dauerhaft im ungenauen unteren Wandlerbereich.

Ein Stromwandler gehört zum Prüflingsstrom dimensioniert, nicht zum Messbereich des Geräts.

Die Direktmessung der Vorverwendung war für kleine Ströme genauer — weil der Präzisions-Stromeingang der Janitza selbst bei wenigen Prozent seines Bereichs sauber misst, ohne den Magnetisierungsfehler eines Wandlers. Direktmessung ist aber verboten (siehe oben: keine Trennung). Der legitime Weg zurück zu dieser Genauigkeit mit Trennung:

• Ein kleiner Messwandler (1/5, 0,5/5, Präzisionstyp) für die kleinen Prüflinge — dann sitzt ihr Strom im genauen Bereich, mit galvanischer Trennung und vollem Datensatz (Oberschwingungen, cosφ).
• Viele Windungen auf dem 30/5 — hebt den Arbeitspunkt linear. 18 Windungen brächten den Lader auf ~18 % vom Nennstrom; dann 010 = 30/18 = 1,67, 012 = 5. Durch das Fenster begrenzt.

Arbeitsteilung, bis ein passender Wandler da ist

Prüfling	Werkzeug
groß (Richtung 1 kW)	Janitza + 30/5, genau, voller Datensatz
klein, nur Leistung/Energie	Shelly Pro (misst kleine Lasten genau und sicher)
klein, mit Oberschwingungen	kleiner Wandler auf der Janitza nötig

Wandler verifizieren: ohmsche Last als Referenz

Nach jedem Umbau am Strompfad — Wandler getauscht, Windungen geändert, Adern neu aufgelegt — mit einer ohmschen Last prüfen, bevor man Messwerten traut. Ein Widerstand (Halogenlampe, Heizer) muss cosφ = 1 und einen sauberen Sinus zeigen; kommt das heraus, stimmen Wandlerpolarität, Windungszahl und Phase in einem Test.

Verifikation mit dem 30/5-Wandler (6 Windungen, effektiv 5/5, Parameter 010/012 = 5/5):

Last	I	cosφ	THD I	Befund
20-W-Halogen + Trafo	0,085 A	0,9985	15,9 %	korrekt
Halogenstrahler	0,633 A	0,9915	1,6 %	korrekt

Beide zeigen cosφ ≈ 1 und in sich stimmige Werte (P = U·I·λ geht auf). Damit ist bewiesen: Polarität richtig, Verhältnis richtig, Phase richtig — über den Strombereich von 1,7 % bis 12,7 % vom Nennstrom.

Vorsicht bei der Fehlersuche — zwei Lehren aus der Inbetriebnahme:

Negative Wirkleistung ist nicht automatisch eine Verpolung. Ein passiver Verbraucher, der negativ misst, kann verpolt sein — muss aber nicht. Bei Kleinstströmen weit unter dem Nennstrom liefert der Wandler ohnehin unbrauchbare Vorzeichen und Phasen. Erst mit einer ohmschen Last im brauchbaren Bereich klären, dann urteilen.

Ein scheinbar unmöglicher Wirkungsgrad liegt eher am Prüfling als am Messgerät. Ein GaN-Lader zeigte „14,6 W Eingang bei 20 W Ausgang" — das wäre 137 % gewesen. Ursache war nicht der Wandler (die ohmsche Referenz maß sauber), sondern die falsche Annahme, der Lader gebe wirklich 20 W ab. Er tat es nicht — die elektronische Last zog nicht die eingestellten Ampere. Bei widersprüchlichen Zahlen zuerst prüfen, ob der Arbeitspunkt wirklich anliegt, bevor das Messgerät verdächtigt wird.

Falle: Eigenversorgung der elektronischen Last

Die Versorgung der elektronischen Last gehört nicht in den gemessenen Strompfad — und zwar nicht nur aus Sauberkeit, sondern weil sie sich nicht herausrechnen ließe:

Zustand der Last	Verlustleistung	Aufnahme ihrer Versorgung
aus	0 W	0,43 W
ein, kaum Strom	~0 W	1,80 W
15 V / 3 A	45 W	2,07 W
20 V / 4 A	80 W	3,24 W

Der Faktor 7,5 zwischen aus und Volllast entsteht vollständig über den temperaturgeregelten Lüfter: Die verheizte Leistung kommt aus dem Prüfling und passiert die Versorgung nie, wärmt aber den Kühlkörper, worauf der Lüfter hochdreht. Der Zusammenhang ist real, aber indirekt und zeitverzögert — bei 45 W war nach vier Minuten nichts zu sehen, 80 W trieben den Lüfter binnen anderthalb Minuten von 35 auf 65 %.

Wer das für einen festen Offset hält, zieht den falschen Wert ab. Bei allen hier dokumentierten Messungen lag die Versorgung außerhalb; belegt durch die Nullreferenz von −0,002 W am Anfang und am Ende der USB-Reihe.

Installation

sudo apt install python3-serial

Der Benutzer muss in der Gruppe dialout sein:

sudo usermod -aG dialout $USER   # danach neu anmelden

Verwendung

Momentanwerte einmalig lesen:

python3 umg_read.py

Messreihe aufzeichnen:

python3 umg_log.py                          # CSV nach stdout
python3 umg_log.py -o messung.csv
python3 umg_log.py -o messung.csv -d 3600   # eine Stunde
python3 umg_log.py -o messung.csv --reset-minmax

Der Logger tastet mit 100 ms über und verwirft unveränderte Blöcke. Damit wird jede der alle 200 ms erzeugten Aktualisierungen genau einmal aufgezeichnet, ohne dass die Aufzeichnung mit dem internen Takt des Geräts synchron laufen muss. In der Praxis ergibt das ~5 Zeilen pro Sekunde. Unveränderte Werte werden zusätzlich alle 60 s geschrieben (--heartbeat), damit auch Stillstand belegt ist.

Zeitstempel kommen vom Rechner in ISO 8601 mit Zeitzone — das Grundgerät hat keine Uhr. Nach dem Ende gibt der Logger die Spitzenwerte aus dem Min/Max-Speicher des Geräts aus; mit --reset-minmax beziehen sie sich sauber auf den aktuellen Durchlauf.

Messreihe auswerten:

python3 umg_segmente.py messungen/spielerei.csv
python3 umg_segmente.py messung.csv -c i_l1
python3 umg_segmente.py messung.csv --extra cosphi_l1,lambda_sum,thd_i_l1

Sucht Sprungstellen im Verlauf und gibt die dazwischenliegenden stabilen Betriebspunkte mit Mittelwert und Streuung aus. Das Rauschmaß wird robust aus den Differenzen aufeinanderfolgender Werte geschätzt, die Ansprechschwelle liegt bei sechs Sigma (-s ändert das).

Verstellungen an einem Gerät erzeugen meist mehrere Sprünge kurz hintereinander — Überschwingen, Korrektur, Nachjustieren. Sprünge im Abstand von unter 8 Sekunden werden deshalb zu einem Ereignis zusammengefasst, und als Betriebspunkte gelten nur die ruhigen Abschnitte dazwischen.

Gemessene Trennschärfe am Trafo-Netzteil: bei σ = 0,038 W wurden Verstellungen ab 0,34 W sicher erkannt.

Oberschwingungen auslesen:

python3 umg_oberschwingungen.py              # U L1-N und I L1, 25 Ordnungen
python3 umg_oberschwingungen.py -k i_l1 -n 40
python3 umg_oberschwingungen.py --csv messungen/spektrum.csv

Gibt das Spektrum mit Balkendarstellung aus, absolut und in Prozent der Grundschwingung. Der Klirrfaktor wird aus allen 40 Ordnungen berechnet und gegen das THD-Register des Geräts geprüft — stimmen beide überein, ist die Adressierung bestätigt. Das ist der billigste Selbsttest, den die Registerkarte hergibt.

Gemessen an einem Schaltnetzteil ohne Korrektur:

I L1   Grundschwingung 1,9307 mA
    1.   1,9307 mA   100,00 %
    3.   1,6173 mA    83,77 %
    5.   2,1261 mA   110,13 %   <- groesser als die Grundschwingung
    7.   1,7427 mA    90,26 %
    9.   2,0254 mA   104,91 %

  THD aus Spektrum:  324,03 %
  THD aus Register:  324,03 %

Die geraden Ordnungen bleiben unter 15 % — Zeichen eines symmetrischen Verbrauchers, bei dem sich positive und negative Halbwelle gleichen. Ein einweggleichgerichteter Verbraucher hätte dort kräftige Anteile.

Spektren vergleichen:

python3 umg_grafik.py spektrum \
    messungen/spektrum_gan_leerlauf.csv \
    messungen/spektrum_gan_20v1a.csv \
    messungen/spektrum_gan_20v3a.csv \
    -o spektren.html --labels "Leerlauf;20 V / 1 A;20 V / 3 A" -n 15

Stellt mehrere mit umg_oberschwingungen.py --csv erzeugte Spektren gegenüber, einmal in Prozent der Grundschwingung und einmal als absoluter Strom. Beide Ansichten sind nötig — die Prozentansicht zeigt, woraus sich der Klirrfaktor bildet, die Absolutansicht, was tatsächlich fließt. Bei wachsender Grundschwingung erzählen sie verschiedene Geschichten.

Live-Anzeige im Browser:

python3 umg_live.py                          # http://localhost:8000
python3 umg_live.py --csv messungen/live.csv # zeichnet gleichzeitig auf
python3 umg_live.py --host 0.0.0.0           # auch im Netz erreichbar

Kleiner Webserver aus der Standardbibliothek. Ein Hintergrund-Thread liest das UMG zyklisch aus, die Seite holt sich die Werte alle 400 ms und zeigt Kacheln sowie eine rollende Kurve der Wirkleistung über 120 Sekunden.

Der serielle Port ist exklusiv — solange die Anzeige läuft, kann umg_log.py nicht gleichzeitig aufzeichnen. Deshalb übernimmt die Anzeige das mit --csv selbst, im gleichen Format wie der Logger, inklusive Dedup.

Voreinstellung ist 127.0.0.1, also nur vom eigenen Rechner erreichbar. --host 0.0.0.0 macht die Anzeige im ganzen Netz sichtbar; das ist bewusst nicht die Vorgabe.

Grafiken erzeugen:

# Zeitverlauf aus einer Logdatei
python3 umg_grafik.py verlauf messungen/usb_vergleich.csv -o verlauf_usb.html \
    --phasen messungen/usb_phasen.json --titel "..." --max 22 --zoom 0.3

# Gestapelte Balken aus einer Beschreibung der Arbeitspunkte
python3 umg_grafik.py vergleich messungen/wirkungsgrad.json -o wirkungsgrad.html

Erzeugt eigenständige HTML-Dateien ohne externe Abhängigkeiten — CSS und JavaScript inline, Daten einkopiert. Lokal im Browser zu öffnen und ohne Netz weiterzugeben; die Artefakt-Umgebung blockiert externe Anfragen, deshalb kommt keine Chart-Bibliothek zum Einsatz.

Mehrere -c-Spalten ergeben je ein Panel auf gemeinsamer Zeitachse, --marke setzt eine senkrechte Markierung:

python3 umg_grafik.py verlauf messungen/heisskleber.csv \
    -c p_sum -c thd_i_l1 --marke "16.0:Last ein" -o heisskleber.html

verlauf liest die CSV direkt und verdichtet sie auf etwa 1100 Punkte (Mittelwert je Zeitfenster), damit die Datei klein bleibt. --zoom fügt ein zweites Panel mit kleinerer y-Achse an — nötig, wenn Leerlauf und Volllast mehr als zwei Zehnerpotenzen auseinanderliegen. Mit --phasen werden die ausgewerteten Plateaus grau hinterlegt.

vergleich liest eine JSON-Beschreibung; eine Datei kann mehrere Diagramme mit je eigener Skala enthalten. Der Wirkungsgrad wird als erster Wert geteilt durch die Summe gerechnet, die erste Reihe muss also die Nutzleistung sein. Beispiel: messungen/wirkungsgrad.json.

Die Farbpalette ist gegen Farbfehlsichtigkeit und Kontrast geprüft; ihre Reihenfolge ist Teil der Prüfung und sollte nicht umsortiert werden.

Konfigurationsparameter lesen und schreiben:

python3 umg_param.py 45              # lesen
python3 umg_param.py 45 0            # schreiben
python3 umg_param.py -f 10           # FLOAT-Parameter lesen
python3 umg_param.py -f 10 100       # FLOAT-Parameter schreiben

Schreibzugriffe verändern die Gerätekonfiguration dauerhaft. Der alte Wert wird vor dem Schreiben ausgegeben.

Registeradressen

Messwerte als float32, Big Endian, ab Adresse 19000:

Adresse	Wert
19000 / 19002 / 19004	Spannung L1-N / L2-N / L3-N
19006 / 19008 / 19010	Spannung L1-L2 / L2-L3 / L1-L3
19012 / 19014 / 19016	Strom L1 / L2 / L3
19018	Vektorsumme IN
19020 / 19022 / 19024	Wirkleistung L1 / L2 / L3
19026	Wirkleistung Summe
19028–19034	Scheinleistung L1 / L2 / L3 / Summe
19036–19042	Blindleistung L1 / L2 / L3 / Summe
19044–19048	CosPhi L1 / L2 / L3
19050	Frequenz
19052	Drehfeld (1 = rechts, 0 = keins, −1 = links)
19054–19060	Wirkarbeit L1 / L2 / L3 / gesamt
19068	Wirkarbeit bezogen
19076	Wirkarbeit geliefert
19110–19120	THD U L1–L3, THD I L1–L3

Ein zweiter Block bietet dieselben Größen ab Adresse 800 (Frequenz 800, Spannungen 808–812, Ströme 860–864, Leistungen 868–874). Dieser Block ist für Komparatoren relevant, weil am Gerät nur dreistellige Adressen eingebbar sind.

Funktionscodes

Dokumentiert und vom Gerät unterstützt: 03 (Halteregister lesen), 04 (Eingangsregister lesen), 06 (ein Register schreiben), 16 (mehrere schreiben), 23 (lesen und schreiben in einem Telegramm).

Janitza dokumentiert für Messwerte FC 04. FC 03 funktioniert in der Praxis ebenfalls, ist aber nicht zugesichert.

FC 23 ist als read_write_registers() in umg_read.py implementiert. Am Gerät gemessen: 17,6 ms gegen 46,2 ms für dieselbe Operation als 06 + 04, also 62 % gespart. Das Gerät schreibt zuerst und liest danach; zurück kommt der Zustand nach dem Schreibzugriff. Beschreibbar sind nur Halteregister — Messwerte sind Eingangsregister und lassen sich damit lesen, aber nicht setzen.

Lohnend wird das erst, wenn der Messplatz zyklisch steuert: etwa die Digitalausgänge direkt vom Rechner schalten (Parameter 200 = 2, dann laufend auf Register 602 schreiben) und in derselben Schleife die Messwerte holen. Solange nur gelesen wird, bringt er nichts.

Oberschwingungen

Das Gerät führt eine Fourieranalyse bis zur 40. Oberschwingung für Spannung und Strom durch, gerade und ungerade Ordnungen gleichermaßen, ohne Lücken.

Die Indizierung ist die Stolperstelle: Der Index zählt ab null, die Ordnung ab eins. Adressliste S. 9: xxx[0] = Netzfrequenz, xxx[1] = 2. Oberschwingung, xxx[2] = 3. Oberschwingung. Index 0 ist also die Grundschwingung, nicht die zweite Harmonische.

Float-Block (Wandlerverhältnisse eingerechnet)

Adresse = 1000 + 80 × Kanal + 2 × (Ordnung − 1), Kanal 0–8 in dieser Reihenfolge:

Kanal	Größe	von	bis	Einheit
0	U L1-N	1000	1078	V
1	U L2-N	1080	1158	V
2	U L3-N	1160	1238	V
3	U L1-L2	1240	1318	V
4	U L2-L3	1320	1398	V
5	U L3-L1	1400	1478	V
6	I L1	1480	1558	A
7	I L2	1560	1638	A
8	I L3	1640	1718	A

40 Ordnungen × 2 Register = 80 Register je Kanal, alle FLOAT, nur lesbar. Beispiel: 5. Oberschwingung des Stroms L1 = 1480 + 2 × 4 = 1488.

Weitere Blöcke, gleiche Geometrie

Block	Spannung	Strom	Zugriff
Momentanwert, float	1000–1478	1480–1718	RD
Mittelwert, float	1740–2218	2260–2498	RD
Maximum, float	2598–3076	3118–3356	RD/WR
Momentanwert, short	3536–3775	3796–3915	RD
Mittelwert, short	3966–4205	4226–4345	RD
Maximum, short	4395–4634	4655–4774	RD/WR

Die Maximumblöcke sind schreibbar, lassen sich also einzeln zurücksetzen.

Vorsicht bei den short-Blöcken: Zwischen Spannungs- und Stromgruppe liegen 20 Register Lücke (3776–3795 enthält THD-Skalare), die Schrittweite ist also nicht durchgehend. Außerdem sind dort die Wandlerverhältnisse nicht eingerechnet, und der gesamte Bereich 3526–4851 ist über Profinet nicht lesbar — über RS485 schon. Für portablen Code die Float-Blöcke nehmen.

Absolutwerte, keine Prozente

Oberschwingungen kommen in V, A bzw. mA — einen Prozentblock gibt es nicht. Handbuch S. 51: „Die Oberschwingungen für die Ströme werden in Ampere und die Oberschwingungen der Spannungen in Volt angegeben." Prozent vom Grundton muss man selbst gegen Index 0 rechnen.

THD und TDD

THD setzt die Oberschwingungen ins Verhältnis zur Grundschwingung:

THD = √(I₂² + I₃² + …) / I₁

Werte über 100 % sind damit möglich und normal — an einem Schaltnetzteil ohne Korrektur wurden hier 324 % gemessen. Das Gerät rechnet ausschließlich so (THD-F); die Variante THD-R, die auf den Effektivwert bezieht und nie über 100 % gehen kann, ist in den technischen Daten S. 86/87 ausdrücklich als nicht unterstützt gekennzeichnet. Entsprechende Register gibt es nicht.

Das Problem: THD sagt nichts darüber, wie sehr ein Verbraucher die Anlage belastet. Die 324 % stammten von einem Gerät mit 2 mA Stromaufnahme — der gesamte Oberschwingungsanteil betrug 6 mA und stört niemanden. Umgekehrt wäre ein Verbraucher mit 8 % THD bei 200 A ein ernsthaftes Problem.

TDD behebt das, indem es auf den Nennstrom der Anlage bezieht statt auf den eigenen Grundton:

TDD = √(I₂² + I₃² + …) / I_nenn

Damit werden Verbraucher vergleichbar, und die Kennzahl beantwortet die Frage, die zählt: belastet dieses Gerät das Netz?

Register

Der Zugriff über 19110–19120 ist richtig, aber ein Auszug. Der vollständige Block liegt bei 836 ff. und enthält zwei Größen, die im 19000er-Block fehlen:

Adresse	Größe
836 / 838 / 840	THD U L1-N / L2-N / L3-N
842 / 844 / 846	THD U L1-L2 / L2-L3 / L3-L1
908 / 910 / 912	THD I1 / I2 / I3
914 / 916 / 918	TDD I1 / I2 / I3

TDD ist nur sinnvoll mit korrekt gesetztem Parameter 043. Werkseinstellung 150 A — hier auf 5 A gesetzt, passend zum Wandlernennstrom. Kontrollrechnung an einem Kleinverbraucher:

Strom L1     0,02283 A
THD I1         12,24 %     bezogen auf die Grundschwingung
TDD I1          0,0555 %   bezogen auf 5 A
Probe: THD x I1 / 5 A = 0,0559 %

Parameter 511 (0 = L-N, 1 = L-L) betrifft laut Adressliste nur die Anzeige von THD und FFT am Gerät, nicht die Modbus-Register — die haben für L-N und L-L eigene, dauerhaft gültige Adressen.

Messgrundlage

Dasselbe 200-ms-Fenster wie alle anderen Werte, lückenlos. Genauigkeit für Spannungs- und Stromoberschwingungen: Klasse 1 nach IEC 61000-4-7 bis 2,5 kHz. Das deckt die 40. Ordnung bei 50 Hz (2000 Hz) ab.

Widerspruch in den Dokumenten: Handbuch S. 12 nennt Oberschwingungen nur „für ULN und I", die Adressliste führt aber L-L-Register bei 1240–1478. Die Adressliste ist das speziellere Dokument; die L-L-Werte sollten beim ersten Auslesen trotzdem gegen eine bekannte Last geprüft werden.

Bisher ungenutzte Möglichkeiten des Geräts

Die folgenden Funktionen sind dokumentiert, in diesem Projekt aber noch nicht verwendet. Angaben aus der Modbus-Adressliste bzw. dem Handbuch; wo etwas nicht belegt ist, steht es dabei.

Tarifaufgelöste Energiezähler, Adressen 5000–5446 (float, RD/WR) und 5448–5894 (int32, RD). Acht getrennte Zähler je Größe, zwei Register pro Wert. Für einen Prüfplatz interessant: statt den Zähler zwischen zwei Prüflingen zu löschen, ließe sich der Tarif umschalten — am Ende stehen acht Verbrauchssummen nebeneinander.

Die Umschaltung erfolgt über die Register 618–624 (SHORT, RD/WR, 0–127), je eines pro Größe: 618 Wirkarbeit, 619 bezogen, 620 geliefert, 621 Blind, 622 induktiv, 623 kapazitiv, 624 Schein. Kein Index, sondern eine Bitmaske — Tarife lassen sich gleichzeitig laufen, und Tarif 0 zählt immer mit, unabhängig von der Einstellung. Der float-Block ist RD/WR und damit vorbelegbar, der int32-Block nur lesbar.

Impulsausgang S0 an den Digitalausgängen. Parameter 102 und 104 legen die Wertigkeit fest — Wh oder varh, je nachdem welche Größe dem Ausgang zugewiesen ist (Werk: 1000). Das Vorzeichen ist bedeutsam: positiv gibt nur bei positiven Messwerten Impulse aus, negativ nur bei negativen. 106 setzt die Mindestimpulslänge in 10-ms-Schritten, Bereich 1–1000, also 10 ms bis 10 s (Werk: 5, also 50 ms), maximal 50 Hz. Damit könnte ein externer Zähler mitlaufen.

Mittelwerte mit einstellbarem Fenster — Parameter 040 (Strom), 041 (Leistung), 042 (Spannung). Kein Sekundenwert, sondern ein Index 0–8:

0	1	2	3	4	5	6	7	8
5 s	10 s	15 s	30 s	1 min	5 min	8 min	10 min	15 min

Werkseinstellung ist 6, also 8 Minuten. Die Mittelung ist exponentiell, kein gleitendes Blockmittel — Handbuch S. 48: „erreicht nach der eingestellten Mittelungszeit mindestens 95 % des Messwertes". Daraus folgt eine Zeitkonstante von etwa einem Drittel des Nennfensters.

Das erklärt einen Befund aus der ersten Messreihe: Register 3510 meldete 14,12 W als Maximum, obwohl der Logger 15,6 W über 14 Sekunden gesehen hatte. Bei τ ≈ 160 s hebt ein Sprung von 1,5 W über 14 s den Mittelwert nur um 1,5 × (1 − e^(−14/160)) = 0,13 W. Das Register hat korrekt gerechnet, das Fenster war für die Fragestellung zu lang. Für Prüfstandsbetrieb 040 und 041 auf 0 setzen (5 s), dann werden die geräteinternen Maximalwerte auch für kurze Lastspitzen brauchbar.

Integer-Blöcke ab 4385 (short) und 5448 (int32) liefern dieselben Größen als Ganzzahl. Kein Quantisierungsproblem bei großen Zählerständen — die float32-Auflösung betrug bei 150 MWh immerhin 16 Wh. Dafür sind in den short-Werten die Wandlerverhältnisse nicht eingerechnet.

Little-Endian per Adressoffset: auf jede Adresse 32768 addieren, dann liefert das Gerät die Bytefolge andersherum. Nützlich für Bibliotheken, die nur eine Reihenfolge beherrschen. Sauber belegt ist das für die Blöcke unterhalb 4851; ob es auch für die 19000er-Adressen gilt, sagen die Dokumente nicht — nicht ungeprüft annehmen.

Komparator-Laufzeitzähler auf 5898–5908, INT32 in Sekunden, nur lesbar, Schrittweite 2. Sechs Einträge: vermutlich [0]–[2] für Gruppe 1 A/B/C und [3]–[5] für Gruppe 2 — die Adressliste beschriftet die Indizes nicht, das wäre vor produktivem Einsatz zu prüfen. Direkt darüber auf 5896 liegt der Betriebsstundenzähler, ebenfalls in Sekunden.

Was das Gerät nicht kann: Gleichstrom, Vorgänge unterhalb des 200-ms-Messfensters, Zeitstempel (das Grundgerät hat keine Uhr) und Datenaufzeichnung im Gerät.

Komparatoren und Digitalausgänge

Zwei Vergleichergruppen mit je drei Vergleichern (A/B/C), UND- oder ODER-verknüpfbar. Gruppe 1 ist fest dem Digitalausgang 1 zugeordnet, Gruppe 2 dem Ausgang 2. Eine Hysterese gibt es nicht — nur Vorlaufzeit (Bedingung muss anstehen) und Mindesteinschaltzeit (Nachhaltezeit), beide in ganzen Sekunden.

Parameter je Vergleicher — die Adressabstände sind unregelmäßig, nicht berechnen:

	1A	1B	1C	2A	2B	2C
Grenzwert (float)	108	114	120	127	133	139
Adresse des Messwerts	110	116	122	129	135	141
Mindesteinschaltzeit (s)	111	117	123	130	136	142
Vorlaufzeit (s)	112	118	124	131	137	143
Operator	113	119	125	132	138	144

Operator 0 = ≥, 1 = <. Messwertadresse 0 schaltet den Vergleicher inaktiv. Verknüpfung der Gruppe über 107 bzw. 126 (1 = UND, 0 = ODER).

Ausgangsrouting:

Parameter	Bedeutung	Werk
200 / 202	Quelle Digitalausgang 1 / 2	1
201 / 203	Invertierung	0

Quelle: 0 = Vergleichergruppe, 1 = Impulsausgang, 2 = Modbus. Die Werkseinstellung 1 ist die häufigste Fehlerquelle — siehe unten.

Ergebnisse auslesbar über 610–612 (Gruppe 1 A/B/C), 613–615 (Gruppe 2), 616/617 (Verknüpfungsergebnis), 608/609 (Zustand der Ausgänge).

Komparator einrichten — erprobte Prozedur

Am Gerät durchgespielt und in allen Gliedern nachgewiesen. Beispiel: Wirkleistungssumme über 30 W, ohne Verzögerung.

110 = 874     Messwert: Wirkleistungssumme (800er-Block!)
108 = 30.0    Grenzwert, FLOAT ueber zwei Register
113 = 0       Operator: groesser gleich
112 = 0       Vorlaufzeit in Sekunden
111 = 0       Mindesteinschaltzeit in Sekunden
116 = 0       Vergleicher 1B inaktiv
122 = 0       Vergleicher 1C inaktiv
107 = 0       ODER-Verknuepfung
200 = 0       Quelle Ausgang 1: Vergleichergruppe
201 = 0       nicht invertiert

Die Messwertadresse bezieht sich auf den 800er-Block, nicht auf die 19000er: Strom L1 = 860, Wirkleistungssumme = 874, Strom im Neutralleiter = 866. Nur dreistellige Adressen sind am Gerät eingebbar.

200 steht ab Werk auf 1 (Impulsausgang). Ohne 200 = 0 schaltet der Komparator nichts, egal wie sorgfältig er eingestellt ist. Das ist die häufigste Fehlerquelle.

Zurücksetzen: 110 = 0 und 200 = 1.

Gemessene Umschaltpunkte

 0,04 s   23,098 W   1A=0  Ausgang=0
 9,00 s   31,470 W   1A=1  Ausgang=1
15,00 s   28,474 W   1A=0  Ausgang=0

Vergleicherergebnis (610), Verknüpfung (616) und Ausgangszustand (608) springen im selben Zyklus.

Es gibt keine Hysterese. Ausgelöst wurde bei 31,5 W, abgefallen bei 28,5 W — beides schlicht die Werte, die beim Überqueren der 30-W-Marke anstanden. Das Gerät schaltet in beide Richtungen exakt am Grenzwert. Bei einer Last, die um die Schwelle pendelt, flattert der Ausgang entsprechend. Die Mindesteinschaltzeit ist deshalb kein Komfortmerkmal, sondern das einzige Mittel gegen dieses Flattern. Für den Schutzkreis sind Vorlaufzeit 1 s und Mindesteinschaltzeit 120 s die sinnvollen Werte, nicht die Nullen aus dem Testaufbau.

Ohne Außenbeschaltung testen

Zwei Wege, beide erprobt:

Statusregister lesen — 610 (Vergleicher), 616 (Verknüpfung), 608 (Ausgang). Braucht keinerlei Verdrahtung.

Am Display — die Kreise hinter K1 und K2 zeigen den Zustand der Digitalausgänge und füllen sich beim Durchschalten. Achtung: Die Anzeige wird nur einmal pro Sekunde aktualisiert, schnellere Wechsel sind dort nicht sichtbar; über Modbus schon.

Den Halbleiter selbst prüfen geht mit dem Multimeter im Ohm-Bereich zwischen Klemme 13 und 14, ohne externe Spannung. Ein PhotoMOS leitet symmetrisch bis herunter zu null Volt, die Prüfspannung des Multimeters genügt also. Gesperrt: Überlauf. Durchgeschaltet: einige zehn Ohm — nicht nahe null wie bei einem mechanischen Kontakt. Den Durchgangspiepser nicht verwenden, dessen Schwelle liegt je nach Gerät genau im Bereich des Einschaltwiderstands.

Alternativ mit externer Spannung: Vorwiderstand von 1 kΩ gegen 20 V ergibt 20 mA, sicher unter der 50-mA-Grenze. Der Vorwiderstand ist Pflicht — der Ausgang ist nicht kurzschlussfest.

Elektrische Daten der Digitalausgänge

Technische Daten S. 83:

Typ	Halbleiterrelais, optokopplergetrennt, nicht kurzschlussfest
Schaltspannung	max. 33 V AC, 60 V DC
Schaltstrom	max. 50 mAeff AC/DC
Reststrom offen	< 1 mA
Reaktionszeit	10/12 Perioden + 10 ms = 210 ms bei 50 Hz

Eine externe Hilfsspannung ist erforderlich. Beide Ausgänge teilen sich den Bezug auf Klemme 13, sind also nicht gegeneinander getrennt. Leitungen über 30 m müssen geschirmt sein.

Das Handbuch zeigt auf S. 36 ausdrücklich den Anschluss zweier Relaisspulen an 24 V AC/DC. Die Spule muss ≤ 50 mA ziehen — bei 24 V DC also ≥ 480 Ω bzw. ≤ 1,2 W. Viele Industrie-Koppelrelais liegen darüber, Datenblatt prüfen.

Eine Freilaufdiode wird nirgends erwähnt und ist in der Zeichnung nicht enthalten. Der Ausgang ist ein bidirektionaler AC/DC-fähiger Halbleiter- schalter; bei einer DC-Spule ist eine Schutzbeschaltung trotzdem gute Praxis.

Wegen der 210 ms Reaktionszeit ist eine Komparator-Abschaltung kein Kurzschlussschutz, sondern greift nur gegen dauerhafte Überschreitung.

Was sich mit 50 mA treiben lässt

Bei 24 V sind 50 mA gerade 1,2 W. Die Auslegung geht über den Spulenwiderstand:

I = U / R, oder aus der Spulenleistung: I = P / U

Bei 24 V heißt das: Spulenwiderstand mindestens 480 Ω, Spulenleistung höchstens 1,2 W.

passt	typischer Strom bei 24 V
Schmale Koppelrelais (6 mm Reihenklemme)	10–20 mA (0,25–0,5 W Spule)
SPS-Digitaleingänge	5–10 mA
LED-Meldeleuchten	10–20 mA
Piezo-Summer	5–20 mA
S0-Zählereingänge nach DIN 43864	10–27 mA

passt nicht	warum
Schütze direkt	mehrere Watt Haltestrom, ein Vielfaches beim Anziehen
Magnetventile, Lampen, Lüfter, Motoren	Größenordnungen darüber
Ältere Industrierelais	24-V-Spulen oft mit 40–100 mA — Datenblatt prüfen, die Bauform sagt nichts über die Spule

Zwei Fallen:

Einschaltstromspitzen bei kapazitiven Lasten. Eine Relaisspule ist unkritisch, weil der Strom in einer Induktivität von null aus ansteigt. Ein SPS-Eingang mit Eingangsfilter oder ein kleines Netzteil zieht im ersten Moment aber deutlich mehr als im Betrieb — und der Ausgang ist nicht kurzschlussfest. Diese Spitze steht in keinem Datenblatt.

Der Reststrom von unter 1 mA im gesperrten Zustand. Bei einer Relaisspule egal. Bei einem hochohmigen Eingang nicht unbedingt: Liegt dessen Umschaltschwelle niedrig, könnte er den Reststrom bereits als eingeschaltet lesen. Bei SPS-Eingängen steht die Schwelle im Datenblatt, meist bei 2 mA oder darüber.

Für den Prüfplatz heißt das: Koppelrelais nicht nach Kontaktbelastbarkeit auswählen — die reicht bei allen —, sondern nach der Spulenleistung unter 1,2 W bei 24 V, mit Öffnerkontakt für den Haltekreis.

S. 37: Klemme 13 als Funktionserde mit PE verbinden, um Restspannungs- anzeigen zu vermeiden; Leitungsfarbe rosa nach DIN EN 60445.

Fehlersuche

Keine Antwort, nur Timeouts. Das UMG antwortet auf ungültige Register- adressen gar nicht, statt eine Modbus-Exception zu schicken. Ein Timeout ist deshalb kein Hinweis auf ein Verkabelungsproblem. Erst gegen Register 19050 testen — das muss rund 50 Hz liefern. Bleibt auch das still, sind Adresse, Baudrate und Verkabelung zu prüfen.

mbpoll zählt Register 1-basiert. Ohne die Option -0 fragt -r 19000 in Wirklichkeit Protokolladresse 18999 ab. Die Adressen der Janitza-Doku sind roh und nullbasiert:

mbpoll -0 -a 2 -b 38400 -P none -s 1 -t 3 -r 19050 -c 2 -1 /dev/ttyUSB0

Werte sehen aus wie Zufallszahlen. Dann stimmt die Wortreihenfolge nicht. Janitza liefert Big Endian; mbpoll -t 3:float dekodiert Little Endian. Alternativ lässt sich auf jede Adresse 32768 addieren, dann sendet das Gerät Little Endian.

Ströme lesen 0. Erst Wandlerverhältnis (010/012) prüfen, dann die Ansprechschwelle (045).

Adapter prüfen. Ein TXD/RXD-Loopback auf der RS232-Seite testet nur den RS232-Zweig und sagt nichts über RS485 aus. Für RS485 gibt es keinen Selbsttest — der einzige Beweis ist eine gültige Antwort vom Gerät.

USB-Latenz. Der FTDI-Latenztimer steht per Default auf 16 ms und kostet das bei jedem Umlauf. Ein voller Lesevorgang über 52 Register dauert damit median 47 ms, ohne ihn rund 32 ms:

echo 1 | sudo tee /sys/bus/usb-serial/devices/ttyUSB0/latency_timer

Quellen

Die Originaldokumente liegen in doku/:

Datei	Dokument
handbuch-umg96rm-de.pdf	Betriebsanleitung, Dok. 1.040.126.1.a, 10/2023, 134 S.
handbuch-umg96rm-en.pdf	dieselbe, englisch
handbuch-umg96rm-de-2019.pdf	ältere Ausgabe 1.040.126.0.h, 01/2019 — zum Abgleich
modbus-adressliste-umg96rm-en.pdf	Modbus-Adressliste, Dok. 1.040.034.t, 01/2023, 122 S.

Lokal aufbewahren, nicht nur verlinken: Die Download-URLs enthalten /current/ — Janitza ersetzt die Datei dort bei jeder Revision. Ein Link zeigt also irgendwann auf ein anderes Dokument als das, aus dem hier zitiert wird. Die Dokumentnummern oben sind die verbindliche Angabe.

Ursprungs-URLs: Handbuch · Adressliste

Wo die RS485-Schnittstelle beschrieben ist

Es gibt kein eigenes Schnittstellendokument. Die Beschreibung verteilt sich auf beide Dateien:

Thema	Fundstelle
Klemmen 16/17, Anschlussplan	Handbuch S. 106
Abschlusswiderstände, Kabeltyp, Segmentlänge	Handbuch S. 33
Adresse, Baudrate, Stoppbits am Gerät einstellen	Handbuch S. 47
Modbus-Eigenheiten: Bytefolge, Telegrammlänge, Adressbereiche	Handbuch S. 61
Technische Daten der Schnittstelle	Handbuch S. 89
Unterstützte Funktionscodes (03, 04, 06, 16, 23)	Adressliste S. 4
Bytefolge und Little-Endian-Offset +32768	Adressliste S. 5
Messfenster 200 ms, Aktualisierungsrate	Adressliste S. 6
Vollständige Registerkarte	Adressliste S. 7 ff.