Myšlienka prenášať dáta cez elektrickú sieť sa objavila pred niekoľkými desaťročiami. V 30-tych rokoch minulého storočia sa v Rusku a Nemecku uskutočnili experimenty s použitím elektrického vedenia na prenos informácií. Až do konca 90. rokov však táto technológia našla veľmi obmedzené uplatnenie. Používal sa hlavne na vybavenie vysokonapäťových elektrických vedení HF komunikačnými kanálmi na prenos riadiacich informácií pre technické služby nízkou rýchlosťou (2,4 Kbit/s).

Osobitný záujem o možnosť prenosu informácií po elektrickej sieti vznikol s rozvojom internetu. Pre poskytovanie prístupu na internet širokej populácii bolo potrebné prepojiť body prítomnosti poskytovateľa s domácnosťami alebo kanceláriami zákazníkov, z ktorých väčšina nemá vysokorýchlostný prístupový kanál podobný tomu, ktorý má poskytovateľ. Navyše, za položenie takéhoto kábla bude musieť každý klient zaplatiť značnú sumu. A ak si podnikoví používatelia môžu často dovoliť pripojenie pomocou drahých technológií, potom pre domácich používateľov, ktorých je oveľa viac, je to absolútne neprijateľné. Výzvou preto bolo vyvinúť cenovo dostupnú technológiu poslednej míle, ktorá by spoľahlivo prepojila poskytovateľa a jeho zákazníkov.

V tomto smere pracovali desiatky spoločností, ktoré investovali stovky miliónov dolárov do technológií od xDSL, koaxiálnych televíznych káblov, bezdrôtového rádiového prístupu až po prenos dát cez satelit.

Mnohé technológie sa spoliehali na využitie existujúcej infraštruktúry – telefónne linky, siete káblovej televízie atď. - na prístup k internetu. Je však zrejmé, že z hľadiska rozšírenosti a dostupnosti hotovej infraštruktúry sa žiadna iná nemôže porovnávať s elektrickou sieťou. V každej domácnosti, dokonca aj v najodľahlejších kútoch sveta, sú elektrické zásuvky.

V 90. rokoch sa množstvo výskumné práce o vysokorýchlostnom prenose dát po elektrizačnej sieti, pri ktorom boli zistené niektoré problémy: elektroinštalácia sa vyznačuje vysokou úrovňou šumu, rýchlym útlmom vysokofrekvenčného signálu a zmenou komunikačných parametrov vedenia v závislosti od aktuálne zaťaženie. Postupom času sa tieto ťažkosti podarilo prekonať. V procese vývoja pokročilejších metód modulácie signálov boli vytvorené technológie pre vysokorýchlostný prístup k internetu pomocou elektrickej siete.

Priekopníkom v tejto oblasti bola britská spoločnosť Nor.Web, ktorá spolu s spoločnosťou United Utilities vyvinuli technológiu Digital Power Line (DPL), ktorá umožňuje prenos hlasových a dátových paketov cez jednoduché 120/220 V elektrické siete.

V roku 1997 sa uskutočnil prvý experiment a o dva roky neskôr bola technológia testovaná v Manchestri a Miláne. Výsledky však boli neúspešné a Nor.Web prestal skúmať. Nehomogenita prenosového média a nedostatok elementovej bázy a jednotný štandard viedla k tomu, že technológia Digital Powerline nenašla komerčné využitie.

Po DPL sa objavili riešenia od nemeckých spoločností: Bewag patentoval telekomunikačný vývoj, ktorý umožňuje prenos dát po elektrických vodičoch, Veba dosiahla zvýšenie rýchlosti prenosu dát cez energetické siete, ale izraelská spoločnosť Main.net (www.mainnet-plc . com). Jeho technológia PLC (Powerline Communications) sa rozšírila.

Zariadenie PLC zabezpečuje prenos dát aj hlasu (VoIP). Rýchlosť prenosu dát sa môže pohybovať od 2 do 10 Mbps.

Technológia PLC je založená na frekvenčnom delení signálu, pri ktorom je vysokorýchlostný dátový tok rozdelený do niekoľkých nízkorýchlostných tokov, prenášaných na samostatných subnosných a následne spojených do jedného signálu.

Hlavným cenovým konkurentom elektrického prístupu sú asymetrické digitálne účastnícke linky (ADSL). Je však potrebné poznamenať, že asymetrické kanály nie sú vhodné na riešenie všetkých problémov, napríklad nie sú vhodné pre dynamické online hry, kde je spätná prevádzka dostatočne veľká.

Služby PLC, ako napríklad vysokorýchlostný internet, sú teraz dostupné v mnohých európskych krajinách. Napríklad v Nemecku sa služba ponúka vo viacerých mestách pod rôznymi spôsobmi ochranné známky: Vype (www.vype.de); Piper-Net (www.piper-net.de) a PowerKom (www.drewag.de); v Rakúsku pod značkou Speed-Web (www.linzag.net); vo Švédsku je služba poskytovaná pod značkou ENkom (www.enkom.nu); v Holandsku pod názvom Digistroom (www.digistroom.nl); v Škótsku - Broadband (www.hydro.co.uk/broadband).

Táto sľubná technológia pritiahla záujem takých silných hráčov na telekomunikačnom trhu, akými sú Motorola, Cisco Systems, Intel, Hewlett-Packard, Panasonic, Sharp a i.. Napríklad Motorola spolu s Phonex Broadband a Sonicblue metódu úspešne otestovali prenosu hudobných súborov cez elektrickú sieť. Aby sa predišlo negatívnym faktorom konkurencie, viaceré veľké telekomunikačné spoločnosti sa spojili do aliancie (nazýva sa HomePlug Alliance) s cieľom spoločného výskumu a praktického testovania, ako aj prijatia jednotného štandardu pre prenos dát cez energiu. zásobovacie systémy.

Atraktivita PLC technológie pre energetické spoločnosti

Pre energetické spoločnosti je technológia PLC výhodná z nasledujúcich dôvodov:

Otvára cestu na nové trhy, pretože transformuje elektrické vedenia na sieť na prenos údajov;

Umožňuje ponúkať zákazníkom také obľúbené služby, ako je vysokorýchlostný prístup k internetu, telefonovanie atď.;

Nevyžaduje frekvenčný zdroj a príslušné licencie;

Lacné vybavenie poskytuje nízke počiatočné investície a možnosť postupného zvyšovania kapacity;

Umožňuje nám ponúkať nové typy služieb bez výrazných kapitálových investícií, keďže zariadenia elektrizačnej siete už majú veľký počet užívateľov, rozvinutú infraštruktúru na vybudovanie systému zákazníckej podpory, opravárenské služby atď.;

Poskytuje energetickým a komunálnym spoločnostiam možnosť permanentne na diaľku sledovať všetky parametre spotreby elektriny, vody, plynu, tepla a transakcie za úhradu akéhokoľvek typu služby.

Vysokorýchlostný internet

Náklady na implementáciu technológie poslednej míle pozostávajú z nákladov na lineárnu infraštruktúru (približne 60 – 80 % celkových nákladov), nákladov na vybavenie (20 – 30 %) a nákladov na projekt, prípravné inžinierske práce atď. (10-20%). Široká prevaha elektrických sietí 0,2 - 0,4 kV, absencia potreby nákladných prác na kladení zákopov a dierovacích stien na kladenie káblov stimuluje zvýšený záujem o ne ako médium na prenos údajov. Príkladom vysokorýchlostného internetového pripojenia je technológia švajčiarskej spoločnosti Ascom, ktorá je lídrom vo výrobe komunikačných systémov a sietí na báze technológie PLC. Spoločnosť ponúka end-to-end riešenie, v ktorom napájacie káble napájajúce budovu slúžia ako „posledná míľa“ na prenos dát a elektrické rozvody vo vnútri budovy fungujú ako „posledný palec“. Vonkajšie (Outdoor; Obr. 2) a vnútorné (Indoor; Obr. 3) systémy umožňujú použitie rovnakého prenosového média a rôznych nosných frekvencií. Na prenos údajov cez privádzače napájajúce budovu používajú nízke frekvencie, a vo vnútri budov - vysoký.

Pre vonkajšie aplikácie ponúka Ascom tri nosiče so stredným rozsahom 2,4; 4,8 a 8,4 MHz. V závislosti od prenosovej vzdialenosti každý nosič prenáša dáta rýchlosťou 0,75 až 1,5 Mbps. Pri malej vzdialenosti medzi medziľahlým bodom transceivera (napríklad trafostanica) a budovou sa používajú všetky tri nosiče. Tým sa dosahuje prenosová rýchlosť až 4,5 Mbit/s. Pri minimálnej prenosovej rýchlosti bez opakovačov je možné prejsť vzdialenosť 200-300 m. Pri najvyšších prenosových rýchlostiach je vzdialenosť približne polovičná.

Koncept opakovača umožňuje PLC zdvojnásobiť pokrytie vonkajších a interné aplikácie... Opakovač prijíma dátovú prevádzku od mastera a posiela ju do koncových bodov, ktoré nemôže priamo dosiahnuť.

Ascom týždenne vyrába približne 6 000 PLC adaptérov a 2 000 sieťových zariadení.

Ako príklad realizácie projektov Ascom Powerline možno uviesť projekt jedného z popredných dodávateľov elektriny v Nemecku - RWE, ktorý poskytuje prístup cez sieť RWE PowerNet za nižšie náklady ako TV a káblové spoločnosti. V súčasnosti je na báze zariadení Ascom Powerline Communications AG realizovaných už množstvo projektov vo východnej Európe a pripravujú sa pilotné projekty zavádzania PLC na Ukrajine a v Rusku.

PLC technológie pre domáce siete

Schopnosť prenášať informácie po elektrickej sieti rieši problém nielen poslednej míle, ale aj „posledného palca“. Faktom je, že počet vodičov, ktoré sa používajú na pripojenie domácich počítačov a inej domácej elektroniky, sa už prehnane zvýšil: v 150-metrovom byte sú položené až 3 km rôznych káblov. A práve elektrická sieť je ideálnym prostredím na prenos riadiacich signálov medzi domácimi spotrebičmi pracujúcimi v sieti 110/220 V. PLC technológie pre domáce siete umožňujú efektívne realizovať koncept inteligentného domu poskytovaním celého radu služieb na vzdialené monitorovanie, zabezpečenie domácnosti a ovládanie režimov, zdrojov atď.

Najmä známa spoločnosť LG ponúka prepojenie svojej spotrebnej elektroniky prostredníctvom elektrickej siete (obr. 5):

Internetová chladnička vykonáva funkcie ovládania a monitorovania digitálnej elektroniky pripojenej k sieti a poskytuje prístup na internet;

Internetová práčka je riadená sieťou, umožňuje sťahovanie programov prania z internetu;

Internetová mikrovlnná rúra vám umožňuje stiahnuť si recept z internetu, vykonávať vzdialené internetové monitorovanie;

Internetová klimatizácia sa ovláda cez internet.

Očakáva sa, že technológia PLC bude schopná dať nový impulz rozvoju prenosu dát po elektrických vedeniach a umožní priamy prístup do globálnej siete takmer odkiaľkoľvek na svete s minimálnymi nákladmi. Technológia sa zatiaľ nerozšírila, no v blízkej budúcnosti možno očakávať, že vážne zatlačí alternatívne technológie a povedie k výrazným zmenám na trhu služieb poskytovateľov: k zníženiu cien za prístup do Siete, vrátane cien za dial- prípojky na prenajaté linky....

Ak sa PLC rozšíri, môže výrazne zmeniť rovnováhu síl na trhu so službami prístupu k internetu a prispeje k rozvoju nových princípov pre projektovanie energetických sietí – berúc do úvahy energetické aj komunikačné požiadavky.

Smart Power Grids sú inteligentné siete zajtrajška, ktoré sa stali chrbticou technológie Smart Grid v priemysle. Koncept je založený na inteligentnom riadení napájacích systémov a výmene dát medzi podnikovými zariadeniami, čo si vyžaduje vývoj nových princípov pre správu energetických sietí. Myšlienka spoločnosti HARTING: každé zariadenie sa stáva predplatiteľom siete bez ohľadu na to, či je pripojené k dátovému káblu alebo iba napájaciemu káblu.

CJSC "HARTING", Moskva

V rámci riadenia podniku sa vypracúva všeobecná koncepcia rozvoja obchodných a priemyselných budov, ktorá umožňuje dosahovať neustále znižovanie výrobných a prevádzkových nákladov a zabezpečovať pripravenosť zariadení na údržbu. Hlavným cieľom je dosiahnuť „zelenú“ výrobu, ako aj zvýšiť produktivitu a tým aj ziskovosť celého závodu znižovaním nákladov na energie, zvyšovaním efektívnosti distribúcie energie, optimalizáciou špičkového zaťaženia či optimalizáciou spotreby energie pomocou softvérových nástrojov, ako aj využitím moderný koncept distribúcie energie v rámci systému energetického manažmentu podniku podľa DIN EN 16001. Na dosiahnutie tohto cieľa je potrebný jednotný a univerzálny komunikačný systém, ktorý kombinuje silové a dátové siete. Pre veľkoodberateľov elektriny bude vytvorený energetický monitorovací systém, ktorý bude spájať funkcie riadenia procesov dodávky elektriny, riadenia spotreby energie a poskytovania kompletných informácií užívateľom. Kvalitná komunikácia je základom efektívnosti. Výmena dát medzi priemyselnými zariadeniami sa stále považuje len za pomocnú funkciu. Ak však priemyselné zariadenia fungujú izolovane, mimo systému výmeny údajov, ďalší rozvoj a zlepšovanie efektívnosti priemyselných procesov je nemožný. Nedostatok diagnostiky negatívne ovplyvňuje pripravenosť zariadení na údržbu a zlepšenie energetickej účinnosti počas prevádzky zariadenia nie je možné bez efektívneho systému identifikácie spotrebiteľov elektriny. Obe úlohy je možné vyriešiť len pri použití dátovej siete, ktorá umožňuje „vidieť“ a ovládať každé pracovné zariadenie.

Priemyselné napájacie zdroje a typy komunikačných signálov

Prevádzka priemyselných zariadení je spojená s tromi životne dôležitými "tepnami" - sú to elektrické vedenia, dátové vedenia a riadiace vedenia. Zariadenia, ktoré spotrebúvajú viac energie, sú trvalo pripojené k 400 V elektrickému vedeniu, ale menej ako 50 % z nich je schopných vysielať a prijímať informácie. Pre efektívnu správu takýchto zariadení musí byť každé z nich integrované do napájacej siete ako koncové zariadenie.

Z toho vyplývajú požiadavky na napájacie siete. Po pripojení zariadenia k napájaniu musí byť okamžite rozpoznané samotné zariadenie a hodnota jeho príkonu a tiež musí byť možné odpojiť záťaž podľa zvoleného algoritmu. Na implementáciu uvedených funkcií je potrebný kanál s dostatočne úzkou šírkou pásma.

Automatizácia naopak vyžaduje komunikačné linky schopné prenášať dáta vysokou rýchlosťou v reálnom čase. Napríklad optické linky automatickej diagnostiky pracujú v pomerne širokom frekvenčnom rozsahu.

Organizácia liniek prenosu dát v napájacej sieti

S cieľom znížiť náklady na inštaláciu a poskytnúť základné funkcie správy elektrickej siete si spoločnosť HARTING vybrala dátovú technológiu napájacieho kábla. Aj keď sú siete prepojené, musia fungovať tak, ako by fungovali siete organizované pomocou samostatných káblov. Preto bol ako základ pre napájaciu sieť zvolený štandard Ethernet, ktorý umožňuje pridávanie nových funkcií do siete v závislosti od požiadaviek užívateľa. Keď je inteligentné ovládanie integrované do tradičnej napájacej siete, stáva sa z neho smartPowerNet. V tomto prípade začínajú zohrávať kľúčovú úlohu sieťové zariadenia, ktoré určujú sieťovú topológiu požadovanú v odvetví. V dôsledku toho tvoria prvky siete smartPowerNet základ sieťovej štruktúry: HARTING dospel k rovnakým záverom a bol prvou spoločnosťou, ktorá vyvinula zariadenia pre energetické siete s funkciou prenosu dát.

Použitie štandardnej siete Ethernet

Sieť Ethernet je riadená prostredníctvom riadených sieťových komponentov.

Je celkom logické, že funkcie riadených prepínačov môžu prebrať zariadenia siete smartPowerNet. Jednou z hlavných funkcií správy siete je vizualizácia topológie a koncových bodov pripojených k sieti. Ak je pre napájanie s prenosom dát zvolený Ethernet, topológia dátovej siete sa riadi topológiou napájacieho zdroja, keďže na prenos dát a napájanie sa používa rovnaký kábel. V dôsledku toho je možné použiť štandardné funkcie Ethernet na správu takejto komplexnej siete so širokou škálou možností. Na základe tohto konceptu je možné vytvoriť univerzálne riešenie. Systém je otvorený a škálovateľný, pretože pripojenie ďalších komunikačných liniek rozširuje frekvenčný rozsah systému bez akýchkoľvek obmedzení kompatibility.

Integrované funkcie správy siete

V v súčasnosti sú žiadané riešenia, ktoré podporujú topológie, ktoré umožňujú využitie dátových a elektrických vedení v rôznych kombináciách a umožňujú prenos údajov o spotrebe energie napríklad do riadiacej miestnosti bez kladenia ďalších dátových káblov, ako aj nepretržité monitorovanie stav systému bez inštalácie a konfigurácie prídavné zariadenia... V takejto sieti je veľmi dôležitá funkcia automatického rozpoznávania topológie siete v momente prvého zapnutia a prevádzky siete, ako aj zobrazovanie údajov o distribučnej sústave elektrickej energie. Zariadenia, ktoré distribuujú a spotrebúvajú elektrickú energiu, sú rozpoznané po zapnutí siete a zobrazené na displeji priemyselného PC alebo hlavnej pracovnej riadiacej stanice spolu s aktuálnou spotrebou energie. Integrácia systému riadenia záťaže zabraňuje preťaženiu, systém sa spustí pri prekročení špičkových hodnôt prednastavených pre záťaž. Preto je vhodné vopred určiť spotrebiteľov, ktorí môžu byť bezpečne odpojení v prípade všeobecného preťaženia siete.

Monitorovanie stavu systému

Funkcia sledovania stavu záťaže v rozvodnej sústave elektrickej energie, ako aj záťaže pripojenej k stroju alebo inému zariadeniu, je založená na pravidelnom čítaní a následnej analýze príslušných údajov. Slúži na zaistenie bezpečnosti a účinnosti systému. Okrem merania signálu na výstupoch T-oblúkov je priebežne monitorovaný stav celej distribučnej siete a každého jednotlivého prvku smartPowerNet.

Akákoľvek zmena parametrov siete a ukazovateľov výkonu sa zaznamenáva a analyzuje. Napríklad poruchy, ako sú poklesy napätia, pretrhnutie káblov alebo nesprávne pripojenia, môžu byť okamžite identifikované skôr, ako zlyhá celý systém.

Ryža. Aplikácia technológie Smart Grid v priemysle výrazne zvýši efektivitu

Spotreba energie

Na zníženie nákladov na energiu potrebujete údaje o všetkých spotrebiteľoch. Na tento účel je v každom prvku smartPowerNet, v každom rozvádzači alebo elektrickej skrini integrovaný merací integrovaný obvod, ktorý číta a zapisuje údaje použité na výpočet spotreby energie. Najjednoduchší spôsob, ako znížiť spotrebu energie, je vypnúť spotrebiče. Štandardné I/O spravovaného rozvádzača umožňuje odpojenie prídavné zariadenia pomocou PLC bez použitia ďalších sieťových protokolov.

Zobrazovanie údajov

Všetky výsledky meraní sú spracované na priemyselnom PC. Údaje smartPowerNet sa načítajú cez štandardné komunikačné rozhrania, potom sa spracujú a archivujú.

Významné odchýlky nameraných hodnôt od normálnych hodnôt sa registrujú, analyzujú, zaznamenávajú a zobrazujú na priemyselnom PC alebo vo velíne podľa stupňa dôležitosti. Vypočítava napríklad energiu spotrebovanú celým systémom alebo každým výstupným obvodom. Hodnota spotrebovanej elektriny sa zobrazí v pomere k nominálnej hodnote a vydá sa výstraha preťaženia. Je tiež možné graficky analyzovať spotrebu elektrickej energie a graficky vykresliť spotrebu energie za dostatočne dlhé obdobie.

Komunikačné technológie Power Grid (Power Linková komunikácia, PLC) sa aktívne rozvíjajú a sú čoraz viac žiadané po celom svete. A Rusko nie je výnimkou. Používajú sa pri automatizácii technologických procesov, organizácii video monitorovacích systémov a dokonca aj pri ovládaní „inteligentného“ domu.

Výskum v oblasti prenosu dát pomocou elektrickej siete prebieha už dlho. Kedysi bolo používanie PLC brzdené nízkou rýchlosťou prenosu dát a nedostatočnou odolnosťou proti rušeniu. Rozvoj mikroelektroniky a vytvorenie moderných a hlavne výkonnejších procesorov (čipsetov) umožnili využiť komplexné modulačné metódy na spracovanie signálov, čo umožnilo výrazne pokročiť v implementácii PLC. O skutočných možnostiach komunikačnej techniky cez elektrickú sieť však stále vie len niekoľko špecialistov.

Technológia PLC využíva elektrické siete na vysokorýchlostný prenos dát a je založená na rovnakých princípoch ako ADSL, ktorá sa používa na prenos dát do telefónna sieť... Princíp činnosti je nasledujúci: vysokofrekvenčný signál (od 1 do 30 MHz) je superponovaný na konvenčný elektrický signál (50 Hz) pomocou rôznych modulácií a signál sa prenáša cez elektrické vodiče. Zariadenie dokáže prijať a spracovať takýto signál na značnú vzdialenosť - až 200 m. Prenos dát je možné realizovať po širokopásmovom (BPL) aj úzkopásmovom (NPL) vedení. Iba v prvom prípade bude prenos dát rýchlosťou až 1 000 Mbit / s av druhom prípade bude oveľa pomalší - iba do 1 Mbit / s.

Na rýchlostnom limite?

Dnes sú používateľom k dispozícii technológie PLC tretej generácie. Ak sa v roku 2005 s príchodom štandardu HomePlug AV rýchlosť prenosu dát zvýšila zo 14 na 200 Mbps (to stačí na poskytovanie takzvaných služieb „Triple Play“, keď je používateľom súčasne poskytovaný vysokorýchlostný prístup k internetu , káblová televízia a telefonickú komunikáciu), potom najnovšia generácia PLC už využíva duálnu fyzickú vrstvu prenosu dát – Dual Physical Layer. Spolu s FFT OFDM sa používa modulácia Wavelet OFDM, teda ortogonálne frekvenčne delené multiplexovanie, avšak s použitím vlniek. To umožňuje niekoľkonásobne zvýšiť rýchlosť prenosu dát - až na 1000 Mbps.

Je však dôležité pochopiť, že hovoríme o fyzickej rýchlosti. Skutočná rýchlosť prenosu dát závisí od mnohých faktorov a môže byť niekoľkonásobne nižšia. Kvalita rozvodov v dome, zákruty vo vedení, jeho nehomogenita (napr. pri hliníkových rozvodoch je útlm signálu silnejší ako u medených, čím sa dosah komunikácie znižuje asi na polovicu) - to všetko deštruktívne ovplyvňuje fyzickú rýchlosť a kvalitu prenosu dát. Taktiež PLC - všetky adaptéry musia byť v elektrickej sieti na rovnakej fáze, v elektrickej sieti medzi adaptérmi by nemalo byť galvanické oddelenie (transformátory, UPS), piloty, filtre a RCD znižujú rýchlosť prenosu dát. Výnimkou je QPLA-200 v.2 a QPLA-200 v.2P, pretože vlastnosťou týchto adaptérov je jedinečná technológia Clear Path. Pomocou technológie Clear Path je možné vytvárať sieť aj pri zapojení PLC zariadení do rôznych fáz, t.j. táto technológia dynamicky vyberá menej hlučné kanály na prenos informácií, čím zvyšuje rýchlosť prenosu dát. Jedna sieť PLC môže obsahovať až 8 zariadení.

Keď už hovoríme o technológii PLC, je zvykom brať ako rýchlosť poloduplexnú alebo jednosmernú rýchlosť. To znamená, že ak je špecifikovaná rýchlosť 200 Mbit / s, potom skutočná rýchlosť bude 70-80 Mbit / s. V skutočný život fyzickú rýchlosť s veľkou istotou možno rozdeliť na polovicu a proporcionálne znížiť o 10%, keď je pripojené každé výkonné domáce zariadenie - žehlička, rýchlovarná kanvica, klimatizácia, chladnička atď.

V bežných podmienkach domácnosti je možné pomocou PLC prenášať signál na vzdialenosť cca 200 m. Napríklad dom s rozlohou 200 m2. m sa dá bez problémov pokryť. V tomto prípade bude kvalita komunikácie závisieť od kvality elektrickej siete. Prekážkou prechodu signálu sa môže stať obyčajná prepäťová ochrana, ktorá je často zabudovaná v predlžovačke, neprerušiteľnom zdroji alebo transformátore. Malo by sa tiež pamätať na to, že distribúcia siete cez vedenie je obmedzená elektrickým panelom s poistkami. Takže vytvorenie siete napríklad so spolubývajúcim nebude fungovať. Wi-Fi je na to lepšie.

Výhody a nevýhody PLC

PLC technológie si určite zaslúžia pozornosť, no spolu so svojimi výhodami majú aj zjavné nevýhody. Ale najprv to. PLC pomáha zabezpečiť kvalitné poskytovanie služieb Triple Play, nevyžaduje kabeláž na prenos dát, a teda dodatočné náklady. Rýchla inštalácia a možnosť pripojenia k existujúcim sieťam je tiež bodom v prospech PLC. Sieť PLC je navyše možné jednoducho rozobrať a nakonfigurovať napríklad pri sťahovaní kancelárie do inej budovy. Takáto sieť je ľahko škálovateľná - môžete organizovať takmer akúkoľvek jej topológiu s minimálnymi nákladmi (v závislosti od počtu ďalších adaptérov PLC). V náročných podmienkach (železobetónové konštrukcie, vysoký stupeň elektromagnetické rušenie) na rozdiel od bezdrôtového Wi-Fi technológie, WiMAX a LTE PLC sieť bude fungovať hladko. Zároveň je vďaka použitiu najmodernejších šifrovacích algoritmov zabezpečený aj bezpečný prenos dát po sieti.

PLC má menej nevýhod, ale oplatí sa o nich vedieť. Po prvé, kapacita elektroinštalácie siete je rozdelená medzi všetkých jej účastníkov. Ak si napríklad dva páry adaptérov aktívne vymieňajú informácie v jednej sieti PLC, výmenný kurz každého páru bude približne 50 % z celkovej priepustnosti. Po druhé, kvalita kabeláže (napríklad medené a hliníkové vodiče) ovplyvňuje stabilitu a rýchlosť PLC. A po tretie, PLC nefunguje sieťové filtre a zdroje neprerušiteľného napájania, ktoré nie sú vybavené vyhradenými zásuvkami PLC Ready.

Aplikácia PLC v praxi

PLC dnes nachádza široké praktické uplatnenie. Vďaka tomu, že technológia využíva existujúcu elektrickú sieť, je možné ju využiť pri automatizácii technologických procesov na prepojenie automatizačných jednotiek cez elektrické vodiče (napríklad mestské elektromery).

PLC sa často používajú pri vytváraní video monitorovacích systémov alebo lokálnych sietí v malých kanceláriách (SOHO), kde sú hlavnými požiadavkami na sieť jednoduchosť implementácie, mobilita zariadení a ľahká škálovateľnosť. Celú kancelársku sieť aj jej jednotlivé segmenty je navyše možné vybudovať pomocou PLC adaptérov. Často je potrebné zaradiť do už existujúcej kancelárskej siete vzdialený počítač alebo sieťovú tlačiareň umiestnenú v inej miestnosti alebo dokonca na druhej strane budovy – pomocou PLC adaptérov je možné tento problém vyriešiť za pár minút.

Technológia PLC navyše otvára nové príležitosti na realizáciu myšlienky „inteligentného“ domu, v ktorom musí byť všetka spotrebná elektronika zviazaná do jedného informačnej siete s príležitosťou centralizované riadenie.

Napodiv, ale stále existujú tí, ktorým myšlienka prenosu údajov cez elektrické vedenie nie je ľahostajná. Áno, na svete je veľa ľudí, ktorí sa s týmto fenoménom stretli zoči-voči, niekto sa možno ešte len zoznámi s technológiami, ktoré takéto príležitosti otvárajú, pre niekoho je to už úspešná či neúspešná skúsenosť, a pre niekoho - včerajší deň.

Takže PLC. V sieti bohužiaľ nie je toľko informácií ako o Ethernete či Wi-Fi. Týmto článkom sa pokúsim odpovedať na najobľúbenejšie otázky, ktoré ma samého kedysi zaujímali. PLC (Power Line Communication) je komunikačná sieť, ktorej preprava je obvyklá elektroinštalácia bytu, kancelárie alebo podniku. Siete tohto druhu možno použiť na prenos dát a hlasu. Elektrický kábel doslova obklopuje moderný človek... Nachádza sa v domácnostiach, kanceláriách a podnikoch, na verejných miestach. A to nie je prekvapujúce, pretože drôty sú jediným prostriedkom na dodávanie elektrického prúdu spotrebiteľovi. Pre elektrifikované objekty často nie je vhodný jeden, ale niekoľko prívodných káblov. Je to spôsobené použitím niekoľkých elektrických fáz alebo prídavných elektrických vedení.

Je samozrejmé, že o použití elektrického kábla ako prostriedku komunikácie sa uvažovalo už dlho. Pri implementácii tohto podniku by sa pripojenie k sieti obmedzilo na pripojenie zástrčky adaptéra do zásuvky. V dôsledku toho bola vyvinutá nová špecifikácia založená na vývoji PLC a DPL (Digital PowerLine), ktoré boli realizované skôr. Vznikol úsilím skupiny spoločností ako Siemens, Nortel, Motorola a ďalších, ktoré vytvorili HomePlug Powerline Alliance. S príchodom štandardov HomePlug 1.0 a potom HomePlug AV PLC sa zariadenia v režime BPL (Broadband over Power Lines) stali schopné vymieňať si dáta rýchlosťou až 200 Mb/s.

Kde môžete využiť technológiu Power Line Communication? Pri správnom použití takmer kdekoľvek, ale hlavne, sa táto technológia používa na organizáciu lokálnej siete doma a v kancelárii, ako aj ako prístupová technológia na úrovni poskytovateľa. Medzi výhody tejto technológie patrí ľahká škálovateľnosť siete, možnosť implementácie systému “ inteligentný dom"(ako technológia Z-Wave :)), žiadne ďalšie otvory v stene a žiadne káble v byte/dome.

História

Na úsvite rozvoja elektrických sietí vyvstala otázka organizácie výmeny dispečerských informácií medzi energetickými uzlami. Najracionálnejšie bolo použitie existujúcich elektrických vedení, a nie výstavba samostatných telegrafných vedení. Už na začiatku 20. storočia sa v USA používali na výmenu telegrafných informácií jednosmerné elektrické vedenia. S rozvojom rádiovej komunikácie bolo možné použiť siete na rovnaké účely. striedavý prúd.

V súčasnosti je výmena dispečerských informácií prostredníctvom elektrického vedenia široko využívaná ako jeden z hlavných typov komunikácie. Transceiver je pripojený k elektrickému prenosovému vedeniu cez spojovací filter vytvorený z malého kondenzátora (2200 - 6800 pikofaradov) a vysokofrekvenčného transformátora (autotransformátor). Takýto systém umožňuje prenos tak hlasových informácií, ako aj telemetrických a telekontrolných údajov. Myšlienkou technológie PLC je použitie elektrického vedenia na vysokorýchlostnú výmenu dát.

Ako sa pri vývoji a následnej prevádzke ukázalo, úzkym hrdlom technológie bola slabá odolnosť voči šumu a nízka rýchlosť prenosu dát. V marci 2000 sa HomePlug Powerline Alliance stala výsledkom zlúčenia niekoľkých najväčších telekomunikačných spoločností, organizovaných za účelom spoločného výskumu, vývoja a testovania, okrem toho sa rozhodlo o prijatí jednotného štandardu pre prenos dát cez napájanie. zásobovacie systémy. Mimochodom, v súčasnosti HomePlug Powerline Alliance zahŕňa viac ako sto organizácií.

Prototypom PowerLine je technológia PowerPacket od Intellonu, ktorá tvorila základ jednotného štandardu HomePlug1.0 (prijatého alianciou HomePlug 26. júna 2001), v ktorom bola rýchlosť prenosu dát určená až do 14 Mb/s. Avšak na tento momentštandard HomePlug AV zvýšil rýchlosť prenosu dát na 200 Mbps. A nový štandard G.hn rozšíri v nasledujúcom roku šírku pásma na 1 Gbps.

Stojí za zmienku, že HomePlug nie je jediným balíkom existujúcich špecifikácií. Okrem tohoto HomePlug existujú aj iné – ide o širokopásmovú technológiu podporovanú medzinárodnou asociáciou UPA(Universal Powerline Association), ako aj technológiu s rovnakým názvom, ktorú vyvinulo množstvo vplyvných japonských spoločností, ktoré sa zjednotili v aliancii HD-PLC(High-Definition Powerline Communications). V Európe prispela aliancia k rozvoju technológie PLC OPERA(Open PLC European Research Alliance). Stručne vám o nich poviem.

OPERA

OPERA bola založená európskymi výrobnými spoločnosťami a univerzitami v roku 2004. Aliancia má viac ako 40 členov. Cieľom bol výskum a vývoj v oblasti integrovaných PLC sietí pre organizovanie širokopásmového prístupu.

V roku 2006 bol dokončený prvý projekt aliancie. Výsledkom dokončenia bolo vydanie prvej verzie štandardu, ktorú začali používať mnohí výrobcovia zariadení PLC. Druhá fáza projektu sa začala v januári 2007 a skončila v decembri 2008. Cieľom projektu bolo vyvinúť špecifikácie, ktoré umožnia prevádzku širokopásmových systémov s využitím existujúcej kabeláže ako fyzického média. Odtiaľ pochádza druhý názov – BPL (Broadband over Power Line).

Technológia BPL poskytuje vysokorýchlostný prenos dát (streaming videa, IP telefónia atď.), Ako aj organizáciu domácich lokálnych sietí. Účastníkmi druhej etapy projektu boli popredné európske univerzity Švajčiarsky federálny technologický inštitút (Švajčiarsko), Univerzita v Drážďanoch a Univerzita Karlsruhe (Nemecko) a ďalšie, veľké spoločnosti zaoberajúce sa vývojom technológií DS2 (Španielsko) a CTI (Švajčiarsko), ako aj európski operátori PLC EDEV-CPL (Francúzsko), ONI (Portugalsko), PPC (Nemecko), utilitné spoločnosti a OEM – spolu 26 účastníkov. Špecifikácie navrhované alianciou sú založené na technológii vyvinutej španielskou spoločnosťou DS2, ktorá ako prvá predstavila komerčné PLC-modemové čipy, ktoré poskytujú fyzickú vrstvu komunikačnej priepustnosti až 200 Mbps. Poskytuje prenos dát vo frekvenčnom pásme 10, 20 alebo 30 MHz. Spôsob modulácie je OFDM, počet subnosných je 1536. Na moduláciu subnosných sa používa modulácia typu ADPSK (Amplitude Differential Phase Shift Keying), ktorá zabezpečuje prenos až 10 bitov na subnosnú. Teoreticky dosiahnuteľný dátový tok je 205 Mbps.

UPA

UPA bola založená v roku 2004. Zahŕňa popredných výrobcov elektronických zariadení a výskumné centrá: Analog Devices, Ambient, Buffalo, Comtrend, Corinex, D-Link, NETGEAR, Korea Electrotechnology Research Institute, Toshiba atď. Účelom združenia bolo vypracovať štandardy a regulačné dokumenty, ktoré definujú rôzne aspekty procesu prenosu údajov s cieľom urýchliť rozvoj trhu PLC a podporiť systémy prenosu údajov cez rozvodnú sieť na vládnej a podnikovej úrovni. Jedným z aspektov certifikácie UPA je spoločná prevádzka zariadení rôznych štandardov s použitím rovnakého fyzického média na prenos dát, teda napríklad súčasné používanie rovnakej elektrickej siete na prenos dátových tokov v súlade s HomePlug a štandardy OPERA. UPA podporuje základné špecifikácie navrhnuté alianciou OPERA.

HD-PLC

HD-PLC bola založená japonskou korporáciou Panasonic Corporation, ktorá zahŕňa také spoločnosti ako AOpen, Advanced Communications Networks, Icron Technologies Corporation, IO DATA DEVICE, Analog Devices, APTEL, Audiovox Accessories Corporation, Buffalo, OKI, Kawasaki Microelectronics, OMURON NOHGATA, Murata a ďalší.Širokopásmová technológia HD-PLC navrhnutá spoločnosťou Panasonic Corporation je navrhnutá na organizáciu vysokorýchlostného prenosu a príjmu dát cez elektrickú sieť a je podporovaná CEPCA (Consumer Electronics Powerline Communication Alliance).

Túto alianciu vytvorili v roku 2005 vplyvné japonské korporácie Panasonic, Sony, Toshiba, Mitsubishi, Sanyo a Yamaha. Jednou z aktivít CEPCA je spojiť úsilie pri vývoji technológie kompatibilnej s rôznymi štandardmi, ktorá potenciálne umožní prepojenie multimediálnych dátových sietí v rámci bytu alebo domu. Konkurenciou technológie HD-PLC sú technológie podporované spoločnosťami HomePlug a UPA. Charakteristickým rysom technológie HD-PLC je navrhovaná metóda syntézy signálu OFDM. Na rozdiel od spôsobu vytvárania signálu OFDM pomocou inverznej rýchlej Fourierovej transformácie (FFT) prijatej napríklad v technológii HomePlug AV autori navrhli použitie Wavelet transformácií v technológii HD-PLC. Wavelet OFDM je technológia širokopásmovej elektrickej siete s vysokou spektrálnou účinnosťou. Táto technológia využíva Waveletové transformácie na syntetizovanie signálu OFDM. V tomto prípade je teoreticky dosiahnuteľná rýchlosť prenosu dát 210 Mbit/s.

Účastníci

Treba si uvedomiť, že všetky uvedené aliancie a združenia sú akýmsi „záujmovým klubom“, ktorého jadro tvorí niekoľko veľkých výrobcov integrované obvody sledujúce komerčné výhody. Na periférii sú výrobcovia modemov a iných zariadení. Takto vznikli „neziskové“ organizácie, ktoré rozvíjali a presadzovali štandard „nezávislý na výrobcovi“.

Jadro Homeplug Powerline Alliance tvoria Cisco, Intel, LG, Motorola, Texas Instruments. Sú spojencami Intellonu, čo odráža americký smer vývoja tejto technológie. Európske smerovanie určuje spoločnosť DS2 podporovaná Európskou úniou v rámci projektu OPERA. Do UPA vstúpili viac ako dve desiatky partnerských spoločností DS2, medzi ktoré patria Buffalo, Corinex, D-Link, Intersil, Netgear, Toshiba a ďalšie spoločnosti. Panasonic Corporation pri vývoji dodržiava špecifikácie priemyselnej aliancie CEPCA. Rovnakým štandardom sa riadia spoločnosti ako Hitachi, Mitsubishi, Philips, Pioneer, Sanyo, Sony a ďalšie.Inštitút elektrických a elektronických inžinierov (IEEE) a Medzinárodná únia pre telekomunikácie a štandardizáciu (ITU). Tieto organizácie zahŕňajú zástupcov popredných spoločností z celého sveta.

V decembri 2008 ITU-T Institute for Standardization prijal medzinárodný štandard pre vysokorýchlostný prenos dát cez elektrické vedenia, telefónne a koaxiálne káble. Nový štandard ITU-T (G.9960), tiež označovaný ako G.hn, je balík špecifikácií dátového spojenia a fyzickej vrstvy, ktorý zjednocuje koncept káblovej domácej siete. Koncom roka 2008 sa prvýkrát objavil medzinárodný štandard umožňujúci naplno využiť potenciál drôtových sietí, v ktorých sa ako fyzické médium na prenos dát používajú elektrické vedenia, koaxiálne alebo telefónne káble. Home Grid Forum, nezisková organizácia, ktorú spoluzakladá DS2, dohliada na interoperabilitu všetkých sietí založených na G.hn.

Koncom roka 2008 spoločnosť DS2 oznámila svoj zámer vyvinúť PLC modemový čip, ktorý je v súlade so špecifikáciami G.hn, UPA a OPERA. V júli 2005 IEEE oznámila vytvorenie pracovná skupina, ktorá pripraví štandard Broadband PowerLine. Ako predmet štúdie boli prijaté konkurenčné a nekompatibilné špecifikácie pre použitie elektrických sietí na vysokorýchlostný prenos dát. Špecifikácie predstavili HomePlug Powerline Alliance, Panasonic Corporation a DS2.

V dôsledku toho bol schválený prvý návrh normy: Návrh normy IEEE P1901 pre širokopásmové siete po silnoprúdových sieťach: Kontrola stredného prístupu a špecifikácie fyzickej vrstvy. Návrh normy počíta s možnosťou použitia dvoch nekompatibilných modulačných metód na fyzickej vrstve (FFT OFDM a Wavelet OFDM). Okrem toho bola pripustená možnosť použitia dvoch nekompatibilných metód doprednej korekcie chýb.

Jeden z nich je založený na konvolučných turbo kódoch, druhý využíva LDPC kódy - kódy s nízkou hustotou paritných kontrol. V súčasnosti sa turbo kódy používajú v satelitných a mobilných komunikačných systémoch, bezdrôtovom širokopásmovom prístupe a digitálna televízia... V návrhu normy nie sú žiadne odkazy na použitie technológie navrhovanej DS2 a dve možnosti PHY brané ako základ sa od seba výrazne líšia. V dôsledku toho vybavenie s rôzne druhy modulácia nemôže spolupracovať na rovnakej sieti, aj keď bude spĺňať požiadavky normy IEEE P1901. Pri písaní bol použitý materiál z tejto stránky.

Teoreticky

Základom technológie PowerLine je využitie frekvenčného delenia signálu, pri ktorom je vysokorýchlostný dátový tok analyzovaný do niekoľkých relatívne nízkorýchlostných tokov, z ktorých každý je prenášaný na samostatnej pomocnej nosnej frekvencii a následne spojený do jedného signálu. .

Multiplexovanie s frekvenčným delením (FDM) využíva dostupné spektrum neefektívne. Je to spôsobené prítomnosťou ochranných intervalov (Guard Band) medzi subnosnými. Prítomnosť ochranných intervalov je nevyhnutná, aby sa zabránilo vzájomnému ovplyvňovaniu signálov.

Preto sa používa ortogonálne frekvenčne delené multiplexovanie (OFDM). Cieľom je umiestniť stredy pomocných nosných tak, aby vrchol každého nasledujúceho signálu sa zhodoval s nulovou hodnotou predchádzajúceho. Ako vidíte, dostupná šírka pásma sa využíva efektívnejšie pri používaní OFDM.

Pred spojením do jedného signálu sú jednotlivé subnosné fázovo modulované, pričom každá má svoju vlastnú bitovú sekvenciu.

Potom prichádza na rad motor PowerPacket, v ktorom sú pomocné nosné vlny zostavené do jedného informačného paketu (OFDM-symbol). Technológia PowerLine využíva 1536 subnosných s 84 najlepšie pridelenými v rozsahu 2-32 MHz. Akákoľvek technológia prenosu údajov sa musí prispôsobiť fyzickému prostrediu, čo znamená, že potrebuje prostriedky na zisťovanie a odstraňovanie chýb a konfliktov. PLC nie je výnimkou. Pri prenose signálov cez domácu sieť môže na určitých frekvenciách dôjsť k veľkému útlmu, čo povedie k strate dát. Technológia Powerline poskytuje špeciálna metóda Riešením tohto problému je dynamické vypínanie a zapínanie signálov prenášajúcich dáta. Podstata metódy spočíva v neustálom sledovaní kanála s cieľom identifikovať časť spektra s prekročením maximálneho prahu útlmu. Ak sa takýto úsek nájde, prenos dát v problémovom frekvenčnom rozsahu sa ukončí, kým sa neobnoví prijateľná hodnota útlmu.

Sila technológie PowerLine v širokom spektre frekvencií je zároveň jej slabou stránkou. V rôznych krajinách je spektrum zakázaných frekvencií prísne regulované. Pri prevádzke je PLC zariadenie schopné "zasekávať" rádiový príjem v použitom spektre. Tento problém je rádioamatérom dobre známy. Preto použitie OFDM a širokého frekvenčného rozsahu robí technológiu PowerLine flexibilnou pre použitie v rôznych prostrediach. Technicky sa to realizuje prostredníctvom nastavení, takzvaného režimu signálu a masky napájania na zariadeniach (v ktorých je k dispozícii zodpovedajúca možnosť). Signal Mode je softvérová metóda na určenie prevádzkového frekvenčného rozsahu. Power Mask je softvérová metóda na obmedzenie spektra používaných frekvencií. Vďaka tomu môžu zariadenia PowerLine ľahko koexistovať v rovnakom fyzickom prostredí a nerušia frekvenčné rozsahy používané rádioamatérmi.

Ďalším výrazným problémom, teraz už pre samotné PLC zariadenia, je impulzný šum, ktorého zdrojom môžu byť rôzne nabíjačky, halogénové žiarovky, zapínanie či vypínanie rôznych elektrospotrebičov.

Zložitosť situácie spočíva v tom, že pri použití vyššie uvedenej metódy sa PLC zariadenie nemá čas prispôsobiť rýchlo sa meniacim podmienkam, pretože ich trvanie môže byť rovné jednej mikrosekunde alebo menej. Na vyriešenie tohto problému sa používa zreťazené kódovanie bitových tokov pred ich moduláciou a následným prenosom do siete. Podstatou kódovania na opravu chýb je pridanie redundantných bitov do pôvodného informačného toku, ktoré používa dekodér na prijímacom konci na detekciu a opravu chýb. Kaskádovanie blokového Reed-Solomonovho kódu a jednoduchého konvolučného kódu dekódovaného Viterbiho algoritmom vám umožňuje opraviť nielen jednotlivé chyby, ale aj zhluky chýb, čo výrazne zvyšuje integritu prenášaných údajov.

Kódovanie na opravu chýb navyše zvyšuje bezpečnosť prenášaných informácií na spoločnom prenosovom médiu. Keďže ako médium na prenos dát bola zvolená sieť domáceho napájania, môže prenos spustiť viacero zariadení súčasne. Na riešenie kolízií sa používa metóda CSMA / CA. Pridaním prioritných polí do dátových rámcov PowerLine je možné prenášať hlas a video cez IP.

Na praxi

HomePlug 1.0

Prvá „elektrická“ špecifikácia štandardu HomePlug bola vyvinutá a prijatá po roku práce aliancie – v polovici roku 2001. Táto špecifikácia popisuje nasledujúce pravidlá fungovania lokálnej siete:

• ako sieťová topológia sa používa "zbernica";
• maximálna rýchlosť prenosu dát je 14 Mbps;
• maximálny priemer siete je 100 m (v praxi môže byť vzdialenosť viac ako 1000 m, ale s nižšou dátovou rýchlosťou);
• je povolené použitie opakovačov, čo umožňuje zväčšiť vzdialenosť prenosu údajov až na 10 000 m;
• adaptívne mechanizmy sa používajú na zmenu frekvencie alebo vypnutie určitých kanálov, keď sa zistí silné rušenie;
• Služba QoS (Quality of Service) sa aplikuje so štyrmi úrovňami kvality doručenia;
• dáta sú šifrované pomocou DES s 56-bitovým šifrovacím kľúčom.

Po krátkom čase sa objavila neoficiálna verzia HomePlug 1.0 s označením Turbo, ktorej technické vlastnosti zopakovali vlastnosti HomePlug 1.0 s jediným, no podstatným rozdielom: rýchlosť prenosu dát bola zvýšená na 85 Mbps.

HomePlug AV

Prijatie špecifikácie HomePlug AV v roku 2005 bolo prelomovou udalosťou, pretože umožnilo použitie štandardu pre vysokoobjemové dátové toky, ako je streamovanie HDTV (HDTV). Ak podrobne rozoberiete túto špecifikáciu, všimnete si, že počas jej vývoja bolo revidovaných veľa prístupov, ktoré boli použité pri vývoji špecifikácií HomePlug 1.0 a HomePlug 1.0 Turbo. Špecifikácia HomePlug AV má nasledujúce možnosti:

• maximálna rýchlosť prenosu dát je 200 Mbps;
• prenos dát sa uskutočňuje vo frekvenčných rozsahoch 2-28 MHz a 4-32 MHz;
• používa sa spôsob prístupu k prenosovému médiu CSMA / CA;
• Používa sa služba QoS (Quality of Service);
• Na šifrovanie dát sa používa technológia AES so 128-bitovým šifrovacím kľúčom.

V dnešnej dobe je prevažná väčšina koncových prípojok realizovaná pokládkou káblov z vysokorýchlostnej trate do bytu alebo kancelárie užívateľa. Toto je najlacnejšie a najspoľahlivejšie riešenie, ale ak nie je možné položiť kábel, môžete použiť napájací elektrický komunikačný systém dostupný v každej budove. Každá elektrická zásuvka v budove sa zároveň môže stať miestom prístupu na internet. Od užívateľa sa vyžaduje iba to, aby mal PowerLine-modem na komunikáciu s podobným zariadením nainštalovaný spravidla v riadiacej miestnosti budovy a pripojený na vysokorýchlostný kanál.

Tiež PLC perfektné riešenie posledná míľa v chatových osadách a v nízkopodlažných budovách, pretože organizácia alternatívnych komunikačných kanálov je 4-krát alebo viackrát drahšia ako hotové rozvody.

Technológia PowerLine môže byť použitá na vytvorenie lokálnej siete v malých kanceláriách (do 10 počítačov), kde sú hlavnými požiadavkami na sieť jednoduchosť implementácie, mobilita zariadení a ľahká rozšíriteľnosť. Celú kancelársku sieť aj jej jednotlivé segmenty je navyše možné vybudovať pomocou adaptérov PowerLine. Často nastáva situácia, kedy je potrebné zaradiť do už existujúcej siete vzdialený počítač alebo sieťová tlačiareň umiestnená v inej miestnosti alebo na druhej strane budovy. Tento problém je ľahko vyriešený pomocou adaptérov PowerLine.

Technológiu PowerLine je možné využiť na realizáciu myšlienky „inteligentného domu“, kde je všetka spotrebná elektronika prepojená do jedinej informačnej siete s možnosťou centralizovaného ovládania. Vzhľadom na to, že PLC využíva hotovú komunikáciu, technológiu PowerLine je možné využiť pri automatizácii technologických procesov, spájaní automatizačných jednotiek cez elektrické vodiče alebo iné typy vodičov. Vzhľadom na skutočnosť, že PLC môže pracovať na rôznych vodičoch (nie nevyhnutne elektrických), je možné túto technológiu použiť v bezpečnostných požiarnych systémoch, ako aj na organizáciu systémov video sledovania.

Existujú aj nevýhody: napríklad potreba pripojiť všetky adaptéry LAN do rovnakej fázy. Zahŕňajú aj nevýhodu „zbernicovej“ topológie – rýchlosť je zdieľaná medzi všetky zariadenia v sieti.

Uvediem príklad implementácie technológie v sieti poskytovateľa internetu. Existujú rôzne možnosti implementácie technológie.

Budem hovoriť o jednom, možno najjednoduchšom. Pripojenie k ethernetovým prepínačom nie je nezvyčajné. PLC regulátor je inštalovaný v krabici spolu s vypínačom na dome. Sú navzájom prepojené štandardným prepojovacím káblom na 100Mb/s FastEthernet portoch. Krabica v závislosti od modelu PLC ovládača alebo Head End "a (ďalej HE) môže vyzerať odlišne.

Signál PLC sa prenáša cez koaxiálny kábel, ktorý je na jednej strane pripojený k NOT, na druhej strane k rozbočovaču. Rozbočovač je druh adaptéra, ktorý sa používa na pripojenie viacerých NOT v dome. Takáto potreba môže vzniknúť pri veľkom počte spojení alebo pri vysokých požiadavkách na šírku pásma komunikačného kanála.

V prípade použitia viacerých sa NEVYrábajú Nastavenia napájania Maska s výberom režimu signálu. Prijatie tohto opatrenia je potrebné na jednoznačné určenie skutočného NOT pre konkrétneho klienta CPE. V opačnom prípade nastane situácia s prepínaním CPE medzi HE, a teda opätovnou autorizáciou po každom prepnutí.

Počet prepínačov je určený stabilitou spojenia medzi HE a CPE. S nastavením Signal Mode to príliš nevyjde, možností je len pár, ale Power Mask sa dá celkom flexibilne nakonfigurovať. Inžinier má k dispozícii 256-bitové dátové pole, v rámci ktorého je možné povoliť alebo zakázať prácu v určitom frekvenčnom spektre. V tejto fáze máme dve nezávislé siete: elektrickú a dátovú sieť. Ako získate sieť schopnú prenášať dáta cez vytúžené prostredie? Tu sa nezaobídete bez zariadenia, ktoré „napúšťa“ signál PLC do elektrických vodičov. Takéto zariadenie je injektor alebo, ako sa tiež nazýva, spojka a proces "infúzie" je injekcia.

Na pripojenie koaxiálnych káblov sa používajú špeciálne konektory.

Feritové guľôčky môžu byť tiež vstrekované. Áno, môžu to byť nielen filtre chrániace pred hlukom. Tu stojí za to povedať, že nie každý ferit je vhodný a inštalácia zďaleka nie je taká jednoduchá, ako by sme chceli. V dôsledku montáže feritového krúžku sa injektuje signál, ale výsledok bude určite horší ako pri použití spojky.

Potom už môže koncový používateľ pristupovať k sieti cez elektrickú zásuvku. Ale kľúčové slovo je tu „môže“. Existuje mnoho faktorov, ktoré ovplyvňujú silu signálu a schopnosť prenášať dáta cez elektrickú sieť. Je potrebné ich identifikovať meraním úrovne signálu v rôznych častiach siete a eliminovať ich najvhodnejším spôsobom. Zvyčajne ide o vysokú hladinu hluku na nižších poschodiach, napríklad v deväťposchodovej budove, alebo silný hluk v časti elektrického obvodu za RCD (smerom k spotrebiteľovi). V týchto situáciách je efektívne použiť skrat, čo je akési „obchádzanie“ signálu PLC vysielaného v elektrickej sieti. Pri slabom signáli je možné vykonať dodatočné vstrekovanie pomocou rovnakého feritového krúžku alebo spojky. Nakoniec schéma zapojenia vyzerá takto:

V suchom zvyšku

Na záver poviem, že technológia PowerLine je plná mnohých úskalí a nie je taká jednoduchá na implementáciu a používanie, ako o nej výrobca píše. Táto technológia je celkom vhodná na použitie v podnikoch na riadenie automatizovaných liniek. Budovanie lokálnej siete doma pomocou tejto technológie je pravdepodobne ekonomicky nerentabilné, pretože jeden z najlacnejších PLC adaptérov stojí asi 1 200 rubľov. Treba poznamenať, že sú potrebné aspoň dve zariadenia, čo znamená, že množstvo riešenia sa už zvyšuje na dva a pol tisíc rubľov, pričom neexistuje žiadna záruka, že takáto sieť bude fungovať stabilne 24x7. Ale tu, ako sa hovorí, každý sa sám rozhodne, čo je pre neho prijateľné.

Pokiaľ ide o použitie Power Line v sieti poskytovateľa, potom s najväčšou pravdepodobnosťou čas PLC už uplynul. V prvom rade, pretože v sieti môže pohodlne pracovať 1-15 používateľov, potom môžu začať problémy s rýchlosťou a stabilitou pripojenia. V súčasnosti situácia NIE JE preťažená raritou, pretože väčšina domov zahrnutých v oblasti pokrytia sieťou je pripojená cez Ethernet technológie... PLC má jednu vážnu výhodu: služba je pripravená na poskytnutie každému potenciálnemu klientovi. Čo to znamená?

Ak to porovnáme s rovnakým Ethernetom, tak klient musí najskôr zanechať požiadavku, uzavrieť zmluvu o poskytovaní služieb, po ktorej prídu inštalatéri, navŕtajú, natiahnu, nalisujú a pripravia - službu je možné využívať. Iné je to s PLC. Klient si podá žiadosť telefonicky, na webe, alebo cez ICQ, napokon môže jednoducho prísť do obchodnej kancelárie uzavrieť zmluvu a prevziať vybavenie. Inštalácia zariadenia je mimoriadne jednoduchá: stačí zapojiť modem do elektrickej zásuvky. Po 10 minútach už bude pripojenie fungovať (pokiaľ, samozrejme, nie sú problémy so signálom v byte). V tomto prípade používateľ ani netuší, že modem nadväzuje spojenie s NOT, je autorizovaný pre RADIUS, je zadaný do databázy, sú mu priradené konfiguračné parametre vytvorené vo forme samostatného konfiguračného súboru, ktorý modem sťahovanie a používanie. A až potom dostane klientske zariadenie IP adresu, s ktorou môže pracovať v sieti. Od tohto momentu sa zariadenie považuje za nainštalované. Následné spojenia za tým istým HE sa vytvoria za menej ako minútu.

Ak sa CPE použije za iným HE (iná adresa alebo iný vchod), zariadenie sa bude musieť nainštalovať znova. Tento proces ide tak hladko, že niektorí používatelia ani nevedia, koľko stoviek metrov káblov a rôznych druhov zariadení, od NOT po BGW, je za ich modemom.

Jedného dňa sa prihlásil klient a bol naštvaný, ako to bolo, na dači mu nešiel internet. Doma a s priateľmi všetko funguje s jeho modemom! A nie je to ojedinelý prípad, našli sa klienti, ktorí sa s vybavením, ktoré im bolo vydané na dočasné použitie, dokonca presťahovali do iného mesta. Žiadosť o odovzdanie zariadenia bola zodpovedaná, vraj nie je čas, navyše klient sa chystal toto zariadenie ďalej používať. Operátor sa snažil klienta presvedčiť, aby zariadenie vrátil spoločnosti s argumentom, že je mu aj tak nanič a tam, v inom meste, sa nebude dať pripojiť na internet. Odpoveď bola plná sarkazmu: "Sú tam aj zásuvky." No čo môžem povedať...

Medzi výhody technológie PLC patrí skutočnosť, že výkon vysielača je 75 mW, čím sa vyhnete registrácii zariadenia ako rádiovej frekvencie. Prečo je to dôležité? My, obyčajní smrteľníci, by sme nemali zabúdať ani na rádioamatérov, ktorých záujmy sú chránené zákonom a v prípade porušovania práv alebo šumu vybraného rádiového frekvenčného rozsahu sa Rospotrebnadzor postaví na ich ochranu. O existujúcich bitkách a technických riešeniach môžete napísať samostatný veľký článok. Môžem len povedať, že vojnová sekera je zakopaná, chvejúci sa mier je podporený pohotovou reakciou ženistov na požiadavky rádioamatérov.

Teraz sú na rade nevýhody technológie. Okrem ceny zariadenia je to aj závislosť od počtu CPE pracujúcich na jeden HE. Táto okolnosť je určená zbernicovou topológiou siete. Nezabudnite na vysokofrekvenčné zvuky, ktoré sa objavujú v sieti v dôsledku zapojenia elektrických spotrebičov alebo pri použití spínaných zdrojov, energeticky úsporných žiaroviek atď. V niektorých prípadoch si budete musieť doslova vybrať: buď pripojenie k sieti v tme alebo bez internetu, ale v osvetlenej miestnosti. Irónia irónia, no všetko sa to zdá smiešne, až kým sa s problémom nebudete musieť postaviť tvárou v tvár. Okrem toho kvalitu a rýchlosť komunikácie negatívne ovplyvňuje kvalita elektroinštalácie, prítomnosť zákrutov (zníženie rýchlosti, kým úplne nezmizne), typ, výkon domácich elektrických spotrebičov a zariadení.

Dúfam, že materiál uvedený v tomto článku poskytne odpovede na niektoré otázky, možno vzbudí zdravý záujem o technológiu.

Prenos informácií cez napájacie siete pomocou IC firmy Semtech (2015)

Produktový rad Semtech Corporation zahŕňa rôzne integrované obvody fyzická vrstva, ktorý umožňuje organizovať prenos informácií po drôte aj rádiom (optické transceivery, linkové budiče, rádiové transceivery atď.). Začiatkom roku 2015 akvizícia EnVerv, lídra vo vývoji PLC (Power Line Communications) modemov, umožnila Semtechu rozšíriť svoj komunikačný produktový rad o zariadenia, ktoré si vymieňajú dáta cez štandardné elektrické vedenia. V rámci tohto článku sa zameriame na princípy fungovania a konštrukcie sietí na báze jednočipových mikroobvodov PLC od Semtechu, zvážime vlastnosti jednotlivých predstaviteľov novej rodiny a uvedieme príklady praktickej implementácie zariadení na nich založených. .

ÚVOD
Prenos informácií a organizácia napájania cez rovnaké vodiče sa pomerne efektívne využívajú v rôznych aplikáciách. Môžete si napríklad vyvolať štandardné telefónne linky alebo ethernetové siete, ktoré spájajú vzdialené uzly pomocou technológie, v ktorej je napájanie dodávané cez samostatné jadrá komunikačného kábla. Väčšina týchto riešení má však zjavnú nevýhodu: všetky vo všeobecnosti vyžadujú inštalačné práce, ktorých náklady často tvoria veľkú časť nákladov na zriadenie siete. Okrem toho existuje niekoľko situácií, v ktorých je kladenie nových káblov mimoriadne nežiaduce alebo dokonca nemožné - príkladom takýchto situácií je nedávno dokončená oprava, po ktorej sa zrazu ukázalo, že je potrebné položiť ďalšie káble. počítačové siete alebo prenajatá kancelária s nechceným internetovým pripojením. V týchto prípadoch je takmer vždy možné obmedziť sa na existujúcu infraštruktúru, konkrétne použiť elektrické vedenie, ktoré je už k dispozícii takmer v každej miestnosti, na organizáciu relatívne rýchleho a spoľahlivého komunikačného kanála rozvetveného po celej budove.

Telekomunikačná technológia PLC, založená na využití energetických sietí na výmenu dát superponovaním užitočného signálu cez štandardný striedavý prúd s frekvenciou 50 alebo 60 Hz, sa vyznačuje jednoduchou implementáciou a rýchlou inštaláciou zariadení, ktoré sú na nej založené. Prvé systémy prenosu dát cez elektrické siete sa objavili v 30-tych rokoch minulého storočia, používali sa najmä na signalizáciu v energetických systémoch a na železnice, vyznačujúci sa zároveň veľmi nízkou priepustnosť... Koncom 90-tych rokov niekoľko firiem realizovalo prvé veľké projekty v tejto oblasti, avšak počas prevádzky boli identifikované vážne problémy, z ktorých hlavným bola slabá odolnosť voči hluku. Prevádzka energeticky úsporných lámp, spínaných zdrojov, nabíjačiek, tyristorových stmievačov a domácich elektrospotrebičov, ako aj elektromotorov a zváracích zariadení, najmä tých, ktoré sa nachádzajú v bezprostrednej blízkosti PLC modemu, spôsobovala impulzný šum vo vodičoch nechránených pred vysokofrekvenčné žiarenie, čo viedlo k prudkému poklesu spoľahlivosti prenosu dát. Negatívny vplyv na stabilitu a rýchlosť prenosu signálu mala aj nehomogenita komunikačných liniek, najmä kvalita a zhoršenie stavu elektrických sietí, prítomnosť spojov z materiálov s rôznou elektrickou vodivosťou (napríklad meď a hliník), prítomnosť zákrutov atď. V dôsledku toho sa celkové zníženie nominálneho dátového toku pohybovalo od 5 do 50 %. Navyše v miestnostiach, kde pracovali PLC zariadenia, dochádzalo v niektorých prípadoch k narušeniu rádiového príjmu vo vzdialenosti cca 3-5 metrov od modemu, najmä na stredných a krátkych vlnách. Bolo to spôsobené tým, že drôty elektrickej siete začali pôsobiť ako antény pre rádiové zosilňovače, ktoré v skutočnosti vysielali všetku prevádzku vo vzduchu.
Technológia prenosu dát po rozvodných sieťach sa komerčne uplatnila až začiatkom tohto storočia a jej zavedenie a široké využitie je spôsobené objavením sa vhodnej základne prvkov, vr. vysokovýkonné mikrokontroléry a rýchle DSP procesory (digitálne signálové procesory), ktoré umožňujú implementovať komplexné metódy modulácie signálu a moderné algoritmy šifrovania dát. To zabezpečilo nielen vysokú spoľahlivosť pri prenose informácií, ale aj ich ochranu pred neoprávneným prístupom. Veľký význam malo aj riešenie problému štandardizácie rôznych aspektov techniky. V súčasnosti sú IEEE, ETSI, CENELEC, OPERA, UPA a HomePlug Powerline Alliance hlavnými organizáciami a komunitami regulujúcimi požiadavky na PLC zariadenia. Posledne menovaný je medzinárodnou alianciou, ktorá združuje asi 80 známych spoločností na telekomunikačnom trhu, vrátane spoločností Siemens, Motorola, Samsung a Philips. Aliancia založená v roku 2000 si kladie za cieľ vykonávať výskum a praktické testovanie kompatibility zariadení od rôznych výrobcov používajúcich túto technológiu, ako aj podporovať a propagovať jednotný štandard s názvom HomePlug.
Všetky existujúce PLC systémy sa zvyčajne delia na širokopásmové (BPL – Broadband over Power Lines) a úzkopásmové (NPL – Narrowband over Power Lines). Rozsah úloh riešených s ich pomocou je veľmi široký a výber potrebnej metódy je založený na vlastnostiach a objeme prenášaných informácií. Širokopásmové zariadenia (s rýchlosťami od 1 do 200 Mbit/s) sú zamerané na systémy prístupu na internet, domáce počítačové siete, ako aj aplikácie vyžadujúce vysokorýchlostnú výmenu dát: streamované video, videokonferenčné systémy, digitálna telefónia atď. Najväčší záujem pre vývojárov hardvéru sú úzkopásmové PLC modemy kvôli ich relatívnej lacnosti a vylepšeným vlastnostiam, ktoré umožňujú prácu nielen v konvenčných sieťach, ale aj v sieťach so zvýšenou úrovňou rušenia. Mikroobvody a moduly pre úzkopásmové modemy (s kanálovou šírkou pásma od 0,1 do 100 Kbps) sú široko používané ako súčasť rôznych domácich a priemyselných produktov pri vytváraní distribuovaných automatizovaných riadiacich a riadiacich systémov v dielňach a systémoch podpory života v budovách (výťahy, zariadenia klimatizácie a vetranie), meracie zariadenia spotreby elektriny, vody, plynu, tepla, zabezpečovacie a požiarne signalizačné zariadenia.

VLASTNOSTI TECHNOLÓGIE PLC
Základom technológie PLC je využitie frekvenčného delenia signálu, pri ktorom je vysokorýchlostný dátový tok rozdelený na niekoľko relatívne nízkych, z ktorých každý je prenášaný na samostatnej pomocnej frekvencii a následne spojený do výsledného signálu. (obr. 1).

Pri konvenčnej modulácii s frekvenčným delením (FDM) sa dostupné spektrum plytvá neefektívne. Je to spôsobené prítomnosťou ochranných intervalov medzi jednotlivými subnosnými, nevyhnutnými na zamedzenie vzájomného ovplyvňovania signálov (obr. 2a). Zariadenia PLC preto využívajú ortogonálne frekvenčne delené multiplexovanie (OFDM), v ktorom sú stredy subnosných umiestnené tak, že vrchol každého nasledujúceho signálu sa zhoduje s nulovou hodnotou predchádzajúceho. Ako je vidieť na obr. 2b, dostupné frekvenčné pásmo sa v tomto prípade vynakladá racionálnejšie.

Pred spojením do jedného signálu sú všetky subnosné fázovo modulované, pričom každá má svoju vlastnú bitovú sekvenciu. Potom prechádzajú cez tvarovaciu jednotku, kde sú zostavené do jedného informačného paketu, nazývaného tiež OFDM symbol. Obrázok 3 zobrazuje príklad diferenciálneho kvadratúrneho kľúčovania fázového posunu (DQPSK) pre každú zo štyroch čiastkových nosných v rozsahu 4,5-5,1 MHz. V technológii PLC sa totiž prenos uskutočňuje pomocou 1536 subnosných s 84 výberom tých najlepších v rozsahu od 2 do 32 MHz, v závislosti od aktuálneho stavu linky a prítomnosti rušenia. Táto metóda poskytuje technológii PLC flexibilitu pre použitie v rôznych prostrediach. Napríklad, ako bolo uvedené vyššie, fungujúce PLC zariadenie je schopné rušiť rádiový príjem na určitých frekvenciách, tento problém je dobre známy rádioamatérom. Ďalším príkladom je situácia, keď aplikácia už používa časť rozsahu. Technicky je eliminácia neželaného vzájomného ovplyvňovania realizovaná použitím nastavení, takzvaného Signal Mode a Power Mask, na zariadeniach, ktoré poskytujú príslušnú možnosť. Signal Mode je softvérová metóda na určenie prevádzkového frekvenčného rozsahu a Power Mask je softvérová metóda na obmedzenie spektra používaných frekvencií. Vďaka tomu môžu PLC zariadenia ľahko koexistovať v rovnakom fyzickom prostredí a nerušia frekvenčné rozsahy používané na rádiovú komunikáciu.

Pri prenose signálov cez domáci zdroj môže dôjsť k výraznému útlmu prenášaného signálu na určitých frekvenciách, čo môže viesť k strate a skresleniu dát. Na vyriešenie problému prispôsobenia sa fyzickému prenosovému médiu je navrhnutý spôsob dynamického zapínania a vypínania prenosu signálu, ktorý umožňuje odhaliť a odstrániť chyby a konflikty. Podstata tejto metódy spočíva v neustálom sledovaní prenosového kanála s cieľom identifikovať časť spektra, ktorá prekračuje určitú hranicu útlmu. Ak je táto skutočnosť zistená, používanie problémového pásma sa dočasne zastaví, kým sa neobnoví prijateľná hodnota útlmu, a dáta sa prenesú na iných frekvenciách (obr. 4).

Ďalšou výraznou ťažkosťou pri prenose dát po domácej elektrickej sieti, dnes už pre samotné PLC zariadenia, je impulzný šum, ktorého zdrojom môžu byť rôzne nabíjačky, halogénové žiarovky, zapínanie alebo vypínanie rôznych elektrospotrebičov (obr. 5). Zložitosť situácie spočíva v tom, že pri použití vyššie uvedenej metódy sa PLC-modem nestihne prispôsobiť rýchlo sa meniacim podmienkam, pretože ich trvanie nesmie presiahnuť jednu mikrosekundu, v dôsledku čoho môžu byť niektoré bity stratený. Na vyriešenie tohto problému sa používa dvojstupňové (kaskádové) kódovanie bitových tokov na opravu chýb predtým, ako sú modulované a vstupujú do kanála prenosu dát. Jeho podstata spočíva v pridávaní redundantných ("strážnych") bitov do pôvodného informačného toku podľa určitých algoritmov, ktoré používa dekodér na prijímacej strane na detekciu a opravu chýb. Kaskádovanie blokového Reed-Solomonovho kódu a jednoduchého konvolučného kódu dekódovaného Viterbiho algoritmom vám umožňuje opraviť nielen jednotlivé chyby, ale aj zhluky chýb, čo výrazne zvyšuje integritu prenášaných údajov. Okrem toho kódovanie proti rušeniu zvyšuje bezpečnosť prenášaných informácií z pohľadu ochrany pred neoprávneným prístupom.

Keďže ako médium na prenos dát bola zvolená rozsiahla sieť domácich zdrojov, prenos môže spustiť niekoľko pripojených zariadení súčasne. V takejto situácii sa na riešenie konfliktov dopravných kolízií využíva regulačný mechanizmus – CSMA / CA Medium Access Protocol. Rozlíšenie kolízie je založené na jednej alebo druhej priorite, ktorá je nastavená v špeciálnych poliach pre uprednostňovanie dátových paketov.

SEMTECH IC PRE IMPLEMENTÁCIU TECHNOLÓGIE PLC
Produkty Semtech PLC sú navrhnuté na použitie na typických nízkonapäťových alebo strednonapäťových vedeniach. Každý modem, ktorý pracuje s analógovou fyzickou linkou, musí mať funkčné jednotky potrebné na spracovanie analógových údajov, ich prevod do digitálnej formy a samozrejme na spracovanie digitálnych údajov. Na strane prenosu musí modem tiež zakódovať digitálne dáta v súlade so zadaným algoritmom, previesť ich na analógové a odoslať na linku.
Všetky tieto činnosti vykonávajú mikroobvody série EV8xxx. Čipy úzkopásmových systémov na čipe sú vysoko integrované a obsahujú všetky potrebné stavebné bloky na implementáciu fyzických, MAC a iných protokolových vrstiev (6LoWPAN a IEC). Podporujú niekoľko typov modulácie, v praxi sa OFDM najčastejšie používa na organizáciu stabilného a proti šumu odolného komunikačného kanála. SIC, ktoré prešli testovaním interoperability v HomePlug Alliance Netricity, sú všestranné a možno ich použiť ako základ pre koncové uzly aj sieťových koordinátorov. Špecifikácia Netricity je navrhnutá pre sieťovú komunikáciu cez diaľkové elektrické vedenia a je určená pre infraštruktúru mimo budov, inteligentnú distribúciu energie a riadenie priemyselných procesov. Táto technológia môže byť použitá v hustých mestských aj vidieckych energetických sieťach s frekvenciami pod 500 kHz. Obsahuje tiež prístupovú vrstvu založenú na IEEE 802.15.4 (MAC), ktorá je kľúčom k rozvoju hybridných káblových / bezdrôtových sietí. Hlavné technické charakteristiky mikroobvodov Semtech PLC sú uvedené v tabuľke 1.

Integrované obvody série EV8xxx majú programovateľné frekvenčné rozsahy od 10 do 490 kHz, pokrývajú CENELEC A (10 - 95 kHz), CENELEC B (95 - 120 kHz), CENELEC C (120 - 140 kHz), FCC (10 - 490 kHz) a ARIB (10 - 490 kHz) pásma bez zmien v konštrukcii zariadenia. Môžu byť nakonfigurované tak, aby fungovali v ITU-T G.9903 (G3-PLC), ITU G.9902, ITU-T G.9904 (PRIME), IEEE P1901.2 a IEC-61334 (S-FSK). Okrem toho podporujú patentovaný vysokovýkonný režim 4GPLC. Konštrukčne sú mikroobvody rodiny vyrábané v nízkoprofilových povrchovo montovaných puzdrách určených na prevádzku v rozsahu prevádzkových teplôt od -40 do + 85 °C. Zjednodušená štruktúra zobrazujúca hlavné funkčné jednotky je znázornené na obr. 6, možno tu rozlíšiť tieto bloky:
Blok AFE (Analog Front-End) je sada analógových komponentov, ktoré poskytujú izoláciu pomocou transformátora s oddeľovacím kondenzátorom, filtrovanie a zosilňovanie vstupného signálu a tvarovanie špecifikovaných úrovní výstupného vysielaného signálu pomocou linkového ovládača na op. amp;
PHY je blok určený na prepojenie digitálnej časti mikroobvodu s analógovou linkou;
32-bitový RISC mikrokontrolér zaisťuje in-circuit implementáciu úrovne MAC, vykonáva spracovanie dát, tvorbu paketov, kódovanie dát podľa algoritmu symetrickej blokovej šifry AES, atď. a tiež rieši aplikované problémy;
Periférne bloky, ktoré prepájajú vstavaný mikroprocesor s externými mikroobvodmi - pamäť EEPROM, ADC s s vysokým rozlíšením a hostiteľský ovládač. Na komunikáciu sa využíva hardvérová implementácia rozšírených rozhraní SPI, I2C a UART;
Integrovaná RAM a flash pamäť. Veľkosť vstavanej programovej pamäte sa pohybuje od 1 do 2 MB, operačná pamäť - od 256 kB pre EV8100 do 384 kB pre zvyšok, iné možnosti sú možné na požiadanie u výrobcu;
Riadiaca jednotka hodín;
Napájací subsystém, ktorý poskytuje všetky napätia potrebné pre jednotlivé uzly. Typicky sa používa zdroj, ktorý funguje na rovnakej sieti striedavého prúdu, aká sa používa na prenos údajov.
Samostatne stojí za zmienku EV8100 IC, ktorý okrem typických jednotiek obsahuje integrovaný ovládač 6x33 segmentového LCD displeja a ovládač dotykovej klávesnice.

APLIKÁCIE PRE RODINU IC EV8XXX
Semtech PLC mikroobvody sú zamerané predovšetkým na použitie v automatizačných systémoch, diaľkové ovládanie a ovládanie vzdialených objektov, najobľúbenejšie oblasti ich použitia:
siete automatizácie budov (AMI);
Systémy riadenia pristávacích svetiel na letiskách;
;
Domov lokálne siete;
Inteligentné vybavenie (“inteligentné veci”), vrát. spotrebná elektronika;
Riadiace a riadiace systémy pre solárne elektrárne;
Siete pouličného osvetlenia;
Komunikačné zariadenia s rozvodňami;
Systémy riadenia dopravy.
Spomedzi vyššie uvedených je hlavným zameraním siete AMI (Smart Metering Infrastructure), ktoré integrujú inteligentné merače, dátové koncentrátory, nástroje na správu energie, displeje a ďalšie komponenty systémov automatizácie budov (obrázok 7).

Komunikácia po elektrickom vedení je hlavným prvkom automatizované systémy kontrola a účtovanie nosičov energie využívaných službami. Hlavné výhody tejto technológie: schopnosť automaticky prijímať informácie z obytných a priemyselných priestorov nachádzajúcich sa v odľahlých oblastiach s nízkou hustotou obyvateľstva a nízkou kvalitou infraštruktúry, dlhá životnosť, škálovateľnosť a nízke náklady. Princíp systému je pomerne jednoduchý. Elektrina z elektrárne sa prenáša cez vysokonapäťový kábel do rozvodne. Tu je napätie redukované a distribuované do veľkého počtu nízkonapäťových transformátorových staníc, ktoré znižujú napätie do domácností. Typicky je na jeden transformátor pripojených 500 až 1000 koncových spotrebiteľov. Preto je možné navrhnúť nasledujúcu možnosť výstavby PLC systémov pre tieto účely: koncentrátor fungujúci ako centrálna jednotka je založený na nízkonapäťových rozvodniach a pravidelne (napríklad raz za hodinu) zbiera výsledky meraní z meračov (tieto nemôžu byť len elektromery, ale aj voda, teplo, plyn). Potom sú informácie odoslané na server na ďalšie spracovanie, napríklad cez GSM kanál. Tento typ systému sa neobmedzuje len na príjem informácií z meračov a môže vykonávať aj ďalšie funkcie.
Pre praktickú implementáciu tohto systému Semtech ponúka vývojársky štartovací kit, ktorý obsahuje ako hotové riešenia na báze mikroobvodov EV8000, EV8100 a EV8200 pre čo najrýchlejšiu organizáciu prenosu dát po sieti PLC, tak aj ladiace nástroje pre posúdenie schopností systému (tabuľka 2).

Týmito poslednými sú moduly pre koncové uzly (čítače) a huby, ktorých dodávkový set obsahuje všetko potrebné, vrátane odporúčaní na použitie, ako aj softvér na konfiguráciu parametrov jednotlivých uzlov a sledovanie kvality komunikácie v projektovanej sieti. Sprievodné grafické používateľské rozhranie vám umožňuje naprogramovať rozsah prevádzkovej frekvencie, typ modulácie, prenosovú rýchlosť, úroveň výstupného výkonu atď., ako aj vizuálne sledovať chybovosť PER a BER v prijatých dátových paketoch.
Ladiace súpravy EVM8K-01, EVM8K-02 a EVM8K-03 môžu fungovať ako vzdialené meracie uzly aj ako uzly zberu dát. Moduly sú určené pre prevádzku v jedno- a trojfázových sieťach a sú napájané zo vstavaného zdroja 80-280 V AC (EVM8K-01 a EVM8K-02) alebo z napájacieho zdroja 12 V DC (EVM8K-01 a EVM8K -03). Komunikácia s hostiteľským radičom prebieha cez rozhranie RS-232 alebo USB. Súprava EVM8K-13 je sieťový rozbočovač, ktorý kombinuje PLC modem založený na IC EV8000 s 32-bitovým mikrokontrolérom RISC na jednej PLC karte na spustenie vlastnej aplikácie. Súprava je schopná obsluhovať až 500 koncových uzlov (až 2000 voliteľných), medzi charakteristické vlastnosti môžeme zaznamenať prítomnosť 3G / EDGE / GPRS modemu, GPS modulu a 8 GB SD karty na palube. Okrem bezdrôtového prenosu dát na server môžete využiť aj rozhranie RS-232, USB alebo Ethernet. Vzhľad ladiace súpravy sú znázornené na obr. osem.

ZÁVER
Široké používanie nízkonapäťových elektrických sietí 0,22-0,38 kV a absencia potreby nákladných inštalačných prác na kladenie káblov stimulujú zvýšený záujem o elektrické siete ako médium na prenos údajov. Súčasný rozvoj technológie PLC je do značnej miery spojený so vznikom všeobecne uznávaných regulačných noriem a zlepšovaním zodpovedajúcej základne prvkov. PLC modemy Semtech s vysokým stupňom integrácie poskytujú stabilný komunikačný kanál bez šumu s dostatočne veľkou šírkou pásma.

BIBLIOGRAFIA
1. Okhrimenko V. Technológia PLC. // Elektronické komponenty. 2009. Číslo 10. s 58-62.
2. Oficiálna stránka firmy Semtech. www.semtech.com
3. Produktová brožúra. EV8000: Jednočipový multimódový PLC modem.
4. Produktová brožúra. EV8010: Jednočipový štandardný PLC modem.
5. Produktová brožúra. EV8020: Jednočipový štandardný PLC modem.
6. Produktová brožúra. EV8100: Split-meter displej SoC s integrovaným PLC.
7. Stručný popis produktu. Komunikačné produkty elektrického vedenia.