Линии электропитания окружают нас повсюду: дома, на улице, в офисе, на производстве. Идея передавать по ним информацию не нова – она родилась еще в 20-х годах прошлого столетия. Однако лишь благодаря последним достижениям в области микроэлектроники эта идея нашла свое воплощение в компактных и доступных по цене устройствах. О выборе и применении PLC-модемов пойдет речь в данной статье.
Что такое PLC-технологии и в чем их преимущества?
Power Line Communication, сокращенно PLC, – термин, обозначающий совокупность технологий высокочастотного информационного уплотнения линий электропитания, или, проще говоря, технологий «без новых проводов».
К основным преимуществам PLC-технологий относятся:
- Низкие совокупные затраты на оборудование, материалы, электромонтажные и строительно-монтажные работы, отсутствие эксплуатационных затрат
- Отсутствие трудностей с получением разрешений на монтаж и эксплуатацию, поскольку такие разрешения не требуются
- Разветвленная топология сети без использования повторителей
- Оперативность развертывания
- Устойчивость связи к изменению погодных условий.
PLC-технологии не служат панацеей, но являются достойной альтернативой другим технологиям передачи данных – как проводным, так и беспроводным, — а в ряде приложений такие технологии просто незаменимы. И, учитывая то, что линии электроснабжения опутывают всю нашу страну, за этими технологиями, безусловно, будущее.
PLC-технологии в низковольтных электросетях
До последнего времени технологии передачи данных по электросети использовались исключительно энергетиками для передачи сигналов релейной защиты и автоматики по ЛЭП высокого и среднего напряжения, и это не случайно.
Электрическая сеть низкого напряжения как среда передачи данных характеризуется:
- несимметричностью линии
- нестабильным импедансом
- высоким уровнем и непредсказуемостью помеховой обстановки и потерь полезного сигнала.
Результатом многолетних научных исследований, которые продолжаются до сих пор, стала выработка разнообразных способов модуляции и помехоустойчивого кодирования сигнала, а также ряда стандартов PLC, устанавливающих различные диапазоны несущих частот. Тем не менее, общепринятой коммуникационной технологии выработано не было, что обусловлено, прежде всего, исторически сложившимися различиями в построении систем энергоснабжения ведущих стран мира.
В отличие от США и Японии, в России и большинстве стран Европы электросети низкого напряжения, запитанные от трансформаторных подстанций, помимо всего, отличаются:
- низким активным сопротивлением фаза-нейтраль
- большой суммарной длиной и разветвленностью линий
- большим числом потребителей и высоким энергопотреблением,
что накладывает определенные ограничения как на частотный диапазон PLC, так и на тип модуляции несущей. С увеличением длины линии, ростом несущей частоты и ширины полосы модуляции увеличивается уровень электромагнитного излучения и, соответственно, потерь полезного сигнала.
Учитывая то, что реализация задачи коммуникации по электросети 0, 4кВ представляет наибольшую сложность, PLC-технологии могут быть столь же успешно использованы для передачи данных в иных проводных решениях (DC, выделенная линия, коаксиальный кабель). Дальность связи при этом многократно возрастает.
Стандарты PLC
По типу модуляции PLC подразделяется на широкополосную и узкополосную. Первая в зависимости от используемого диапазона частот обеспечивает пропускную способность канала связи от сотен килобит до сотен мегабит при дальности связи точка-точка в пределах сотни метров и используется преимущественно для организации сетей Ethernet и IP-телефонии . Вторая – в системах автоматизации, диспетчеризации и учета энергопотребления при пропускной способности канала связи от 100 бит/с до 10-15 кбит/с и дальности связи от двух до нескольких десятков километров, что определяется параметрами линии, используемой для передачи сигнала. Частотный диапазон, установленный стандартами ведущих держав мира для коммуникации в низковольтных электросетях, изображен на диаграмме рис1.
Из диаграммы наглядно видно, что в странах ЕС, где структура системы энергоснабжения предельно схожа с российской, действует стандарт CENELEC 50065-1, который разрешает только узкополосную модуляцию, и согласно которому верхний предел частотного диапазона PLC-сигнала ограничен частотой 148, 5 кГц, что обусловлено требованиями к соблюдению норм электромагнитной совместимости. Использование более высоких частот и широкополосной модуляции, по сути, запрещено.
В США и странах юго-восточной Азии, прежде всего Японии, благодаря короткой длине низковольтных линий электроснабжения верхний предел частотного диапазона ограничен частотой порядка 500 кГц. Кроме того, при малой мощности приемопередатчиков широкополосная PLC там разрешена и в более высоком частотном диапазоне 1-30МГц, что делает возможным построение сетей широкополосного доступа на, так называемой, «последней миле», и именуемых «интернет из розетки».
В России использование частотного диапазона, уровень сигнала и тип модуляции регламентированы стандартом ГОСТ Р 51317.3.8, аналогом общемирового МЭК 61000-3-8, подразделяющим спектр оборудования на два класса: «116» – общего применения и «134» – промышленного применения, и разрешающим как узкополосную, так и широкополосную коммуникацию в диапазоне частот до 525 кГц. Таким образом, говоря словами из песни В.Высоцкого: «Мы впереди планеты всей». Хотя, с учетом протяженности и качества отечественных низковольтных электросетей, подобное «лидерство» носит весьма сомнительный характер. И, если проводить параллели, опираясь на сходство структуры систем электроснабжения, в целях соблюдения требований ЭМС для PLC в России целесообразно применять более жесткие европейские нормы и использовать узкополосную модуляцию в частотном диапазоне, ограниченном стандартом CENELEC 50065-1.
Области применения узкополосных PLC-модемов
- Информационное уплотнение существующих силовых или контрольных кабелей
- Построение сетей связи:В системах автоматического и диспетчерского управления:удаленными объектами (насосными станциями, теплопунктами и т.п.)движущимися машинами с гибким или троллейным подводом питания (кранами, вагонотолкателями, загрузочными или разгрузочными тележками и т.п.)уличным освещением и светофорным регулированиемВ системах распределенного ввода-вывода АСУТПВ системах централизованного учета энергопотребленияВ системах, требующих разветвленной топологии, оперативного развертывания и изменения конфигурации сети («электронная очередь», «бегущая строка» и т.п.)В памятниках архитектуры и музеях
Производители PLC-модемов в стандарте CENELEC
В настоящее время круг компаний, производящих PLC-модемы в стандарте CENELEC, достаточно узок, а оборудование пока не так дешево, что объясняется не столько тем, что технологии еще не получили широкой популярности, сколько сложностью реализации, и тем, что большинство производителей специализированных чипов являются патентообладателями собственных методов кодирования информации. Вместе с тем, количество проектов, в которых успешно применяются узкополосные PLC-технологии, с каждым годом неизменно растет не только в Евросоюзе, но и в развивающихся странах. Россия же пока в отстающих.
Широкому спросу на технологии на бескрайних российских просторах пока препятствует то, что подавляющее большинство выпускаемых в странах СНГ узкополосных модемов обеспечивают пропускную способность в канале PLC-PLC не выше 2, 4 кбит/с, их рынок ориентирован в основном на применение в системах учета энергопотребления с небольшим количеством точек учета, да и качество связи оставляет желать лучшего. В результате, изрядно «помыкавшись» с такими изделиями, рано или поздно потребители возвращаются к традиционным технологиям с чувством глубокого разочарования в возможностях использования электросети в качестве среды передачи данных.
Свою отнюдь не положительную лепту безусловно вносит и пресловутый, широко разрекламированный «интернет из розетки», создающий помехи радиоприему и изначально не рассчитанный для работы в отечественных электросетях.
В то же время, на рынке узкополосных модемов существуют изделия, которые способны кардинально поменять отношение потребителей к PLC-технологиям и позволяют строить на их базе системы управления, диспетчеризации и учета энергопотребления, данные в которых передаются с минимальной задержкой.
Источник: https://www.energoportal.ru/articles/plc-modemy-v-sistemah-avtomatizacii-dispetcherizacii-i-ucheta-energopotrebleniya-1660.html
🔗 PLC-модемы в системах автоматизации, диспетчеризации и учета энергопотребления