Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2006 №1

Технология передачи данных по силовым линиям идет в массы

Щедрин Сергей


Узкополосная технология PLC (Power Line Connection — связь по силовым линиям) не нова и уже используется некоторое время в устройствах управления. Однако недавно она получила новый толчок к развитию, вызванный большими проектами автоматизации средств измерения в нескольких европейских странах.

Введение

Введение

Связь по силовым линиям является основным элементом автоматических систем контроля и учета энергоносителей (АСКУЭ). Основные преимущества этой технологии: возможность автоматически получать информацию с пунктов учета, расположенных в удаленных районах с низкой плотностью населения и низким качеством инфраструктуры, большой срок службы, возможность наращивания и низкие затраты.

Принцип работы системы довольно прост. Электричество от электростанции передается по высоковольтному кабелю к подстанции. Здесь происходит понижение напряжения и распределение на большое количество низковольтных трансформаторных подстанций, понижающих напряжение до бытового. Обычно к одному трансформатору подсоединено от 500 до 1000 конечных потребителей. Таким образом, можно предложить следующий вариант построения PLC систем для АСКУЭ: концентратор, действующий как центральный узел, базируется на низковольтных подстанциях и регулярно (например, раз в час) собирает результаты измерений со счетчиков (это могут быть не только счетчики электроэнергии, но и воды, тепла, газа). После этого концентратор пересылает их, например по каналу GSM, для дальнейшей обработки. Такой тип систем не ограничен только получением информации со счетчиков и может выполнять другие функции (рис. 1).

Области применения PLC
Рис. 1. Области применения PLC

Способы передачи сигналов

Поскольку силовые линии были спроектированы исключительно для доставки электроэнергии, технология связи, которую предполагается использовать в этой среде, должна справляться с ее характерными помехами, а именно: модуляция импеданса; спектральные искажения; пульсация и скачки; узкополосная и гармоническая интерференция, генерируемая подключенным к сети оборудованием; ослабление, вызванное физической длиной канала передачи.

Качество и надежность связи зависят от того, насколько устойчива выбранная методика модуляции к искажениям. Основные из наиболее широко распространенных технологий — FSK (Frequency Shift Keying — частотная манипуляция) и SS (Spread Spectrum — частотная манипуляция с растяжением спектра). При частотной манипуляции каждому возможному значению передаваемого сигнала ставится в соответствие своя частота. В течение каждого символьного интервала передается гармоническое колебание с частотой, соответствующей текущему значению. В FSK (рис. 2) две различные несущие частоты выбираются цифровым сигналом. Сигнал для двух уровней 1 и 0 описывается так:

где ƒC1 и ƒC0 — несущие частоты для логического 0 и логической 1. Этот тип манипуляции обычно уязвим к шумам и искажениям, которые могут появиться в узкой полосе несущей частоты.

Принцип FSK
Рис. 2. Принцип FSK

Манипуляция SS растягивает передаваемые данные по выбранной полосе частот. Исходный сигнал собирается с помощью корреляционного механизма, где полученный сигнал коррелируется с опорным сигналом (рис. 3). Размазывание данных по всему спектру делает передаваемый бинарный код более устойчивым к шумам и помехам.

Принцип манипуляции SS
Рис. 3. Принцип манипуляции SS

Технология манипуляции SS гораздо более сложная. Она требует применения дополнительных цифровых фильтров и механизмов коррекции ошибок, но при этом возрастает надежность связи.

Европейский стандарт для PLC

В Европе разработан стандарт CENELEC EN500065-1, который определяет полосу частот для передачи данных в цепях с низким напряжением (бытовым напряжением). Существует 4 полосы, которые расположены в частотном диапазоне от 3 до 148,5 кГц (рис. 4, табл.). Полоса A предназначена для устройств измерения, а B — для устройств автоматизации зданий.

Полоса частот стандарта CENELEC
Рис. 4. Полоса частот стандарта CENELEC
Таблица. Использование полосы частот CENELEC
Использование полосы частот CENELEC

PLC/модем IT800

PLC-модем IT800 был специально разработан Yitran Communications, чтобы подавлять искажение в линии. При проектировании этого модема были использованы технологии DCSK (Differential Code Shift Keying — частотная манипуляция с растяжением спектра) и DLL (Data Link Layer — уровень управления передачей данных). Эти технологии позволяют осуществлять очень устойчивую связь через существующие линии электропередач со скоростью до 7,5 кбит/с.

Микроконтроллер с интегрированным PLC/модемом

Поскольку помимо PLC-модема в любом интеллектуальном устройстве должен присутствовать микроконтроллер для обработки данных, Renesas Technology Corp. разработала контроллер M16C/6S (рис. 5) со встроенным модемом для силовых линий IT800 и, таким образом, обеспечила недорогое решение для АСКУЭ, выполненное на одном кристалле. Микроконтроллер имеет пять 16-битных таймеров, 96 кбайт флэш-памяти и 24 кбайт SRAM. Он подходит для применений, требующих большого стека протоколов. Устройство построено на мощном ядре семейства M16С. M16C/6S может передавать данные по силовым линиям с частотой тока 50 или 60 Гц.

Структурная схема M16C/6S
Рис. 5. Структурная схема M16C/6S

Другие решения на основе PLC

Уже в ближайшее время использование PLC-модемов не ограничится только узлами учета. Это устройство идеально вписывается в концепцию «Интеллектуального дома». Оно может применяться для дистанционного управления любыми бытовыми приборами: стиральная машина, микроволновая печь, бойлер, климатическая установка, телевизор. В каждой комнате нашего жилища есть несколько розеток, что делает PLC дешевым и почти «беспроводным» решением. Любое устройство, требующее электропитания, уже является подключенным к каналу связи, делая технологию связи по силовым линиям доступной каждому пользователю.

Основные особенности успешности коммуникационного решения:

  1. Простота использования.
  2. Большое количество доступных точек подключения.
  3. Надежность.
  4. Ценовая эффективность.

Контроллер от Renesas Technology M16C/6S со встроенным PLC-модемом удовлетворяет всем четырем вышеперечисленным требованиям.

Варианты использования PLC-модема в счетчиках электроэнергии представлены на рис. 6.

Использование PLC:технологии в счетчиках электроэнергии
Рис. 6. Использование PLC:технологии в счетчиках электроэнергии

Заключение

В ближайшее время ожидается возрастание требований к инновационным и передовым PLC-решениям на рынке АСКУЭ. Этот рынок прочно встает на ноги и требует применения устойчивой связи для надежной передачи данных; высокой интеграции для низкой стоимости и низкого электромагнитного излучения; гибкости для различных вариантов применения и длительного времени службы. Контроллер M16C/6S от Renesas Technology включил в себя передовые полупроводниковые решения и может быть основой нового поколения приборов для АСКУЭ, предлагающих потребителям дополнительные преимущества PLC-технологии.

Контроллер M16C/6S с PLC модемом будет доступен в ближайшее время, а пока Renesas Technology предлагает оценочные наборы EVB04-UA-A и EVB04-UA-B для полос CENELEC A и B соответственно. Они состоят из двух плат, позволяющих оценить функциональность связи по силовым линиям. Поскольку основным вопросом данной технологии является помехоустойчивость, то после изучения оценочного набора российскими специалистами мы вернемся к более детальному рассмотрению вопроса о применении PLC в АСКУЭ. Надеемся, что это произойдет в ближайших выпусках нашего журнала.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Сообщить об ошибке