In diesem Beitrag möchte ich dir zeigen, wie ich ein 8-fach Modbus Relais von Waveshare in Homeassistant eingebunden habe.
Material
- Modbus Relais
- Modbus->USB Converter
- 5V Netzteil
Aufbau
Der Aufbau ist nicht kompliziert. Die Anschlüsse A+, B- und GND müssen mit den entsprechend gleichnamigen Anschlüssen am Relais verbunden werden. Dann ist nur noch eine Spannungsversorgung für das Relais notwendig und man kann loslegen.
Mitgelieferte Software
Im Waveshare Wiki findet man neben zahlreichen Beispielen auch einen Beispielcode in Python. Dieser sendet die Daten direkt über „serial“ an das Modbus Relais und zur Berechnung der Paritätsbytes wird ebenfalls ein eigenes Pythonmodul mitgeliefert. Das ist etwas umständlich, da es für Modbus bereits fertige Pythonmodule wie minimalmodbus gibt.
Steuerung mit Minimalmodbus
Nach der Installation mit
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pip3 install minimalmodbus |
kann das Modul verwendet werden. Folgendes wäre ein Beispielcode:
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import minimalmodbus modbusrelay_heizung = minimalmodbus.Instrument('/dev/serial/by-id/usb-1a86_USB_Serial-if00-port0', 2, debug = True) modbusrelay_heizung.serial.timeout = 0.1 def set_relais(relay, state): if state == "on": modbusrelay_heizung.write_bit(int(relay)-1, 1) if state == "off": modbusrelay_heizung.write_bit(int(relay)-1, 0) def get_relais(): binary_relais = modbusrelay_heizung.read_bits(0, 8, 1) print("Relais:" + str(binary_relais)) |
In Zeile 3 wird der Pfad zum USB -> Modbus Konverter und die ID des Relais angegeben. Die ID wird in den meisten Fällen 1 sein. Bei mir habe ich sie aber geändert, da am selben Modbus auch ein Stromzähler hängt, der die ID 1 bekommen hat. Mit den Funktionen get_relais() und set_relais(relais, on/off) kann man jetzt die Relais schalten und deren Status abfragen.
Einbindung in Homeassistant
Um das Modbus Relais in Homeassistant einzubinden, verwende ich MQTT. Dieses sollte bereits installiert und eingebunden sein. Mein Code sieht dann folgendermaßen aus:
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#!/usr/bin/env python3 import paho.mqtt.client as mqtt import requests import time import minimalmodbus modbusrelay_heizung = minimalmodbus.Instrument('/dev/serial/by-id/usb-1a86_USB_Serial-if00-port0', 2, debug = True) modbusrelay_heizung.serial.timeout = 0.1 print(modbusrelay_heizung) def set_relais(relay, state): if state == "on": modbusrelay_heizung.write_bit(int(relay)-1, 1) if state == "off": modbusrelay_heizung.write_bit(int(relay)-1, 0) def get_relais(): binary_relais = modbusrelay_heizung.read_bits(0, 8, 1) print("Relais:" + str(binary_relais)) for i in range(8): if binary_relais[i] == 1: client.publish("modbus/relais_heizung/get/" + str(i+1), "on") else: client.publish("modbus/relais_heizung/get/" + str(i+1), "off") def on_connect(client, userdata, flags, rc): print("Connected with result code "+str(rc)) client.subscribe("modbus/relais_heizung/set/#") def on_message(client, userdata, msg): splitted_topic = msg.topic.split("/") relay = splitted_topic[3] print("Relay " + relay + " " + msg.payload.decode()) ready = False while not(ready): set_relais(relay, msg.payload.decode()) time.sleep(0.1) get_relais() ready = True client = mqtt.Client() client.connect("localhost",1883,60) client.on_connect = on_connect client.on_message = on_message get_relais() client.loop_forever() |
Hinzu kommt jetzt die Anbindung an MQTT. Wichtig ist dabei
- Z. 8: Siehe oben
- S. 23+25: Hier werden die Statuswerte der Relais an MQTT gesendet
- Z. 29: Hier wird das MQTT Topic subscribed, an das nachher die Befehle zum setzen gesendet werden
- Z. 43: Hier findet die Verbindung zum MQTT Broker statt
In Homeassistant verwende ich nun folgende Konfiguration:
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switch: - unique_id: modbus_relais_heizung_1 name: "Modbus Relais Heizung 1" state_topic: "modbus/relais_heizung/get/1" command_topic: "modbus/relais_heizung/set/1" payload_on: "on" payload_off: "off" state_on: "on" state_off: "off" qos: 0 - unique_id: modbus_relais_heizung_2 name: "Modbus Relais Heizung 2" state_topic: "modbus/relais_heizung/get/2" command_topic: "modbus/relais_heizung/set/2" payload_on: "on" payload_off: "off" state_on: "on" state_off: "off" qos: 0 - unique_id: modbus_relais_heizung_3 name: "Modbus Relais Heizung 3" state_topic: "modbus/relais_heizung/get/3" command_topic: "modbus/relais_heizung/set/3" payload_on: "on" payload_off: "off" state_on: "on" state_off: "off" qos: 0 - unique_id: modbus_relais_heizung_4 name: "Modbus Relais Heizung 4" state_topic: "modbus/relais_heizung/get/4" command_topic: "modbus/relais_heizung/set/4" payload_on: "on" payload_off: "off" state_on: "on" state_off: "off" qos: 0 - unique_id: modbus_relais_heizung_5 name: "Modbus Relais Heizung 5" state_topic: "modbus/relais_heizung/get/5" command_topic: "modbus/relais_heizung/set/5" payload_on: "on" payload_off: "off" state_on: "on" state_off: "off" qos: 0 - unique_id: modbus_relais_heizung_6 name: "Modbus Relais Heizung 6" state_topic: "modbus/relais_heizung/get/6" command_topic: "modbus/relais_heizung/set/6" payload_on: "on" payload_off: "off" state_on: "on" state_off: "off" qos: 0 - unique_id: modbus_relais_heizung_7 name: "Modbus Relais Heizung 7" state_topic: "modbus/relais_heizung/get/7" command_topic: "modbus/relais_heizung/set/7" payload_on: "on" payload_off: "off" state_on: "on" state_off: "off" qos: 0 - unique_id: modbus_relais_heizung_8 name: "Modbus Relais Heizung 8" state_topic: "modbus/relais_heizung/get/8" command_topic: "modbus/relais_heizung/set/8" payload_on: "on" payload_off: "off" state_on: "on" state_off: "off" qos: 0 |
Jetzt kann ich die Relais auch in Homeassistant schalten. Dabei muss das Pythonskript dauerhaft laufen, was man bspw. mit einer systemd Service Unit erreicht.
Gleichzeitig Modbus Relais und Stromzähler auslesen
Da ich, wie bereits erwähnt, einen Stromzähler und Relais an einem Modbus hängen habe und immer nur ein Programm auf den Modbus zugreifen kann, muss ich im selben Skript auch den Stromzähler auslesen. Das Skript dazu sieht so aus:
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#!/usr/bin/env python3 import paho.mqtt.client as mqtt import requests import time import minimalmodbus import influxdb modbusrelay_heizung = minimalmodbus.Instrument('/dev/serial/by-id/usb-1a86_USB_Serial-if00-port0', 2, debug = True) modbusrelay_heizung.serial.timeout = 0.1 print(modbusrelay_heizung) influxclient = influxdb.InfluxDBClient(host="serverpi", port=8086, database="energy") relais_freigabe = True def set_relais(relay, state): if state == "on": modbusrelay_heizung.write_bit(int(relay)-1, 1) if state == "off": modbusrelay_heizung.write_bit(int(relay)-1, 0) def get_relais(): binary_relais = modbusrelay_heizung.read_bits(0, 8, 1) print("Relais:" + str(binary_relais)) for i in range(8): if binary_relais[i] == 1: client.publish("modbus/relais_heizung/get/" + str(i+1), "on") else: client.publish("modbus/relais_heizung/get/" + str(i+1), "off") def on_connect(client, userdata, flags, rc): print("Connected with result code "+str(rc)) client.subscribe("modbus/relais_heizung/set/#") def on_message(client, userdata, msg): splitted_topic = msg.topic.split("/") relay = splitted_topic[3] print("Relay " + relay + " " + msg.payload.decode()) ready = False while not(ready): if relais_freigabe: set_relais(relay, msg.payload.decode()) time.sleep(0.1) get_relais() ready = True else: print("Warte 1 sek") time.sleep(1) client = mqtt.Client() client.connect("localhost",1883,60) client.on_connect = on_connect client.on_message = on_message get_relais() client.loop_start() while True: try: time.sleep(0.1) time1 = time.perf_counter() # ------------------ Modbus Heizung ------------------ modbus_instrument = "/dev/serial/by-id/usb-1a86_USB_Serial-if00-port0" name = "heizung" # ------------------ # try: modbuszaehler = minimalmodbus.Instrument('/dev/serial/by-id/usb-1a86_USB_Serial-if00-port0', 1, debug = True) modbuszaehler.serial.timeout = 1.0 print(modbuszaehler) input_register = { "Spannung_L1": { "port": 0, "digits": 2, "Unit": "V", "use": True}, "Spannung_L2": { "port": 2, "digits": 2, "Unit": "V", "use": True}, "Spannung_L3": { "port": 4, "digits": 2, "Unit": "V", "use": True}, "Strom_L1": { "port": 6, "digits": 2, "Unit": "A", "use": True}, "Strom_L2": { "port": 8, "digits": 2, "Unit": "A", "use": True}, "Strom_L3": { "port": 10, "digits": 2, "Unit": "A", "use": True}, "Wirkleistung_L1": { "port": 12, "digits": 2, "Unit": "W", "use": True}, "Wirkleistung_L2": { "port": 14, "digits": 2, "Unit": "W", "use": True}, "Wirkleistung_L3": { "port": 16, "digits": 2, "Unit": "W", "use": True}, "Scheinleistung_L1": { "port": 18, "digits": 2, "Unit": "VA", "use": True}, "Scheinleistung_L2": { "port": 20, "digits": 2, "Unit": "VA", "use": True}, "Scheinleistung_L3": { "port": 22, "digits": 2, "Unit": "VA", "use": True}, "Blindleistung_L1": { "port": 24, "digits": 2, "Unit": "VAr", "use": True}, "Blindleistung_L2": { "port": 26, "digits": 2, "Unit": "VAr", "use": True}, "Blindleistung_L3": { "port": 28, "digits": 2, "Unit": "VAr", "use": True}, "Leistungsfaktor_L1": { "port": 30, "digits": 2, "Unit": "", "use": True}, "Leistungsfaktor_L2": { "port": 32, "digits": 2, "Unit": "", "use": True}, "Leistungsfaktor_L3": { "port": 34, "digits": 2, "Unit": "", "use": True}, "Phasenwinkel_L1": { "port": 36, "digits": 2, "Unit": "Grad", "use": True}, "Phasenwinkel_L2": { "port": 38, "digits": 2, "Unit": "Grad", "use": True}, "Phasenwinkel_L3": { "port": 40, "digits": 2, "Unit": "Grad", "use": True}, "Durchschnittliche_Spannung_zu_N": { "port": 42, "digits": 2, "Unit": "V", "use": True}, "Durchschnittlicher_Strom_zu_N": { "port": 46, "digits": 2, "Unit": "A", "use": True}, "aktueller_Gesamtstrom": { "port": 48, "digits": 2, "Unit": "A", "use": True}, "aktuelle_Gesamtwirkleistung": { "port": 52, "digits": 2, "Unit": "W", "use": True}, "aktuelle_Gesamtscheinleistung": { "port": 56, "digits": 2, "Unit": "VA", "use": True}, "aktuelle_Gesamtblindleistung": { "port": 60, "digits": 2, "Unit": "VAr", "use": True}, "aktueller_Gesamtleistungsfaktor": { "port": 62, "digits": 2, "Unit": "", "use": True}, "aktueller_Gesamtphasenwinkel": { "port": 66, "digits": 2, "Unit": "A", "use": True}, "Frequenz": { "port": 70, "digits": 2, "Unit": "Hz", "use": True}, "Import_Wh_seit_reset": { "port": 72, "digits": 2, "Unit": "kWh", "use": True}, "Export_Wh_seit_reset": { "port": 74, "digits": 2, "Unit": "kWH", "use": True}, "Import_VArh_seit_reset": { "port": 76, "digits": 2, "Unit": "kVArh", "use": True}, "Export_VArh_seit_reset": { "port": 78, "digits": 2, "Unit": "kVArh", "use": True}, "VAh_seit_reset": { "port": 80, "digits": 2, "Unit": "kVAh", "use": True}, "Ah_seit_reset": { "port": 82, "digits": 2, "Unit": "Ah", "use": True}, "Gesamtwirkleistung": { "port": 84, "digits": 2, "Unit": "W", "use": True}, "Max_Gesamtwirkleistung": { "port": 86, "digits": 2, "Unit": "W", "use": True}, "Gesamtscheinleistung": { "port": 100, "digits": 2, "Unit": "VA", "use": True}, "Max_Gesamtscheinleistung": { "port": 102, "digits": 2, "Unit": "VA", "use": True}, "Gesamtstrom_Neutralleiter": { "port": 104, "digits": 2, "Unit": "A", "use": True}, "Max_Strom_Neutralleiter": { "port": 106, "digits": 2, "Unit": "A", "use": True}, "Spannung_L1_L2": { "port": 200, "digits": 2, "Unit": "V", "use": True}, "Spannung_L2_L3": { "port": 202, "digits": 2, "Unit": "V", "use": True}, "Spannung_L3_L1": { "port": 204, "digits": 2, "Unit": "V", "use": True}, "Durchschnittsspannung_L_L": { "port": 206, "digits": 2, "Unit": "V", "use": True}, "Strom_Neutralleiter": { "port": 224, "digits": 2, "Unit": "A", "use": True}, "THD_Spannung_L1": { "port": 234, "digits": 2, "Unit": "%", "use": True}, "THD_Spannung_L2": { "port": 236, "digits": 2, "Unit": "%", "use": True}, "THD_Spannung_L3": { "port": 238, "digits": 2, "Unit": "%", "use": True}, "THD_Strom_L1": { "port": 240, "digits": 2, "Unit": "%", "use": True}, "THD_Strom_L2": { "port": 242, "digits": 2, "Unit": "%", "use": True}, "THD_Strom_L3": { "port": 244, "digits": 2, "Unit": "%", "use": True}, "THD_Durchschnittliche_Spannung_zu_N": { "port": 248, "digits": 2, "Unit": "%", "use": True}, "THD_Durchschnittlicher_Strom_zu_N": { "port": 250, "digits": 2, "Unit": "%", "use": True}, "Strom_L1_demand": { "port": 258, "digits": 2, "Unit": "A", "use": True}, "Strom_L2_demand": { "port": 260, "digits": 2, "Unit": "A", "use": True}, "Strom_L3_demand": { "port": 262, "digits": 2, "Unit": "A", "use": True}, "Max_Strom_L1_demand": { "port": 264, "digits": 2, "Unit": "A", "use": True}, "Max_Strom_L2_demand": { "port": 266, "digits": 2, "Unit": "A", "use": True}, "Max_Strom_L3_demand": { "port": 268, "digits": 2, "Unit": "A", "use": True}, "THD_Spannung_L1_L2": { "port": 334, "digits": 2, "Unit": "%", "use": True}, "THD_Spannung_L2_L3": { "port": 336, "digits": 2, "Unit": "%", "use": True}, "THD_Spannung_L3_L1": { "port": 338, "digits": 2, "Unit": "%", "use": True}, "THD_Durchschnittliche_Spannung_zu_L_L": { "port": 340, "digits": 2, "Unit": "%", "use": True}, "Total_kwh": { "port": 342, "digits": 2, "Unit": "kwh", "use": True}, "Total_kvarh": { "port": 344, "digits": 2, "Unit": "kvarh", "use": True}, "Import_L1_kwh": { "port": 346, "digits": 2, "Unit": "kwh", "use": True}, "Import_L2_kwh": { "port": 348, "digits": 2, "Unit": "kwh", "use": True}, "Import_L3_kwh": { "port": 350, "digits": 2, "Unit": "kwh", "use": True}, "Export_L1_kwh": { "port": 352, "digits": 2, "Unit": "kwh", "use": True}, "Export_L2_kwh": { "port": 354, "digits": 2, "Unit": "kwh", "use": True}, "Export_L3_kwh": { "port": 356, "digits": 2, "Unit": "kwh", "use": True}, "Gesamtstrom_L1_kwh": { "port": 358, "digits": 2, "Unit": "kwh", "use": True}, "Gesamtstrom_L2_kwh": { "port": 360, "digits": 2, "Unit": "kwh", "use": True}, "Gesamtstrom_L3_kwh": { "port": 362, "digits": 2, "Unit": "kwh", "use": True}, "Import_L1_kvarh": { "port": 364, "digits": 2, "Unit": "kvarh", "use": True}, "Import_L2_kvarh": { "port": 366, "digits": 2, "Unit": "kvarh", "use": True}, "Import_L3_kvarh": { "port": 368, "digits": 2, "Unit": "kvarh", "use": True}, "Export_L1_kvarh": { "port": 370, "digits": 2, "Unit": "kvarh", "use": True}, "Export_L2_kvarh": { "port": 372, "digits": 2, "Unit": "kvarh", "use": True}, "Export_L3_kvarh": { "port": 374, "digits": 2, "Unit": "kvarh", "use": True}, "Total_L1_kvarh": { "port": 376, "digits": 2, "Unit": "kvarh", "use": True}, "Total_L2_kvarh": { "port": 378, "digits": 2, "Unit": "kvarh", "use": True}, "Total_L3_kvarh": { "port": 380, "digits": 2, "Unit": "kvarh", "use": True}, } heizung_json_body = [ { "measurement": name, "fields": {} }, ] relais_freigabe = False for key in input_register: if input_register[key]["use"] == True: heizung_json_body[0]["fields"][key] = round(modbuszaehler.read_float(functioncode=4, registeraddress=input_register[key]["port"], number_of_registers=input_register[key]["digits"]), 2) relais_freigabe = True # ------------------ Tasmota Haus ------------------ tasmota_url = "http://tasmota-1ae72e-1838.fritz.box" name = "tasmota_haus" # ------------------ try: r = requests.get(tasmota_url + "/cm?cmnd=status%2010") json = r.json() tasmota_values = {} tasmota_haus_json_body = [ { "measurement": name, "fields": {} }, ] for key in json["StatusSNS"]["MT175"]: try: tasmota_values[key] = float(json["StatusSNS"]["MT175"][key]) except: tasmota_values[key] = str(json["StatusSNS"]["MT175"][key]) tasmota_haus_json_body[0]['fields']['Leistung'] = tasmota_values['Power_curr'] tasmota_haus_json_body[0]['fields']['Import_kWh'] = tasmota_values['Total'] tasmota_haus_json_body[0]['fields']['Export_kWh'] = tasmota_values['Total_out'] #print(tasmota_haus_json_body) except: print("Fehler beim Lesen von Tasmota Haus") # ------------------ Tasmota Heizung ------------------ tasmota_url = "http://tasmota-1ae72e-1838.fritz.box" name = "tasmota_heizung" # ------------------ try: r = requests.get(tasmota_url + "/cm?cmnd=status%2010") json = r.json() tasmota_values = {} tasmota_heizung_json_body = [ { "measurement": name, "fields": {} }, ] for key in json["StatusSNS"]["METER1"]: try: tasmota_values[key] = float(json["StatusSNS"]["METER1"][key]) except: tasmota_values[key] = str(json["StatusSNS"]["METER1"][key]) tasmota_heizung_json_body[0]['fields']['Leistung'] = tasmota_values['Power_curr'] tasmota_heizung_json_body[0]['fields']['Import_kWh'] = tasmota_values['Total'] tasmota_heizung_json_body[0]['fields']['Export_kWh'] = tasmota_values['Total_out'] #print(tasmota_heizung_json_body) except: print("Fehler beim Lesen von Tasmota Haus") # ------------------ Heizungsleistung berechnen ------------------ try: heizung_json_body[0]['fields']['Leistung'] = tasmota_heizung_json_body[0]['fields']['Leistung']-tasmota_haus_json_body[0]['fields']['Leistung'] + heizung_json_body[0]['fields']['aktuelle_Gesamtwirkleistung'] if(tasmota_heizung_json_body[0]['fields']['Leistung']>=0 and tasmota_haus_json_body[0]['fields']['Leistung']>=0): # Voll Netzbetrieb heizung_json_body[0]['fields']['Leistung_Netz'] = heizung_json_body[0]['fields']['Leistung'] heizung_json_body[0]['fields']['Leistung_PV'] = 0.0 elif(tasmota_heizung_json_body[0]['fields']['Leistung']<=0 and tasmota_haus_json_body[0]['fields']['Leistung']<=0): # PV Betrieb heizung_json_body[0]['fields']['Leistung_Netz'] = 0.0 heizung_json_body[0]['fields']['Leistung_PV'] = heizung_json_body[0]['fields']['Leistung'] else: #Mischung heizung_json_body[0]['fields']['Leistung_Netz'] = tasmota_heizung_json_body[0]['fields']['Leistung'] heizung_json_body[0]['fields']['Leistung_PV'] = tasmota_haus_json_body[0]['fields']['Leistung']*-1 # Modbus Leistung dazurechnen heizung_json_body[0]['fields']['Leistung_Modbus'] = heizung_json_body[0]['fields']['aktuelle_Gesamtwirkleistung'] except: print("Fehler beim Berechnen von Heizungsleistung") # ------------------ Zählerstand Heizung berechnen ------------------ heizung_json_body[0]['fields']['Zaehlerstand_Einspeisung'] = tasmota_haus_json_body[0]['fields']['Export_kWh'] - tasmota_heizung_json_body[0]['fields']['Export_kWh'] heizung_json_body[0]['fields']['Zaehlerstand_Bezug'] = tasmota_heizung_json_body[0]['fields']['Import_kWh'] - tasmota_haus_json_body[0]['fields']['Import_kWh'] heizung_json_body[0]['fields']['Zaehlerstand_PV'] = heizung_json_body[0]["fields"]['Total_kwh'] print(heizung_json_body) influxclient.write_points(heizung_json_body) # except: # print("Fehler beim Lesen von Modbuszähler Heizung") time2 = time.perf_counter() timedifference = time2-time1 if timedifference < 60: time.sleep(60-timedifference) except: print("Fehler beim Auslesen vom Modbuszähler") time.sleep(60) |
Hinzu kommt hier die Verbindung zur Influx Datenbank (Z. 12) und das eigentliche Auslesen des Stromzählers ab Z. 57. Es werden auch noch andere Stromzähler, die über Tasmota angebunden sind, ausgelesen, um einige Werte zu berechnen. Wichtig hier ist auch die Variable relais_freigabe, die dafür sorgt, dass wenn gerade der Stromzähler ausgelesen wird, mit dem Setzen des Relais noch kurz gewartet wird, da dies nicht gleichzeitig passieren kann.
Bildquelle: waveshare.com, wikipedia.org
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