PLC-модемы в системах автоматизации, диспетчеризации и учета энергопотребления

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 регулированием
    • В системах распределенного ввода-вывода АСУТП
    • В системах централизованного учета энергопотребления
    • В 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.

Обзор рынка 1-фазных узкополосных PLC-модемов приведен на рис.2.
О компании ModemTec
ModemTec образована в 2001 году группой ведущих экспертов в области PLC-технологий, занимающихся вопросами передачи данных по электросети с 1992 года.Компания сосредоточена на разработке и производстве узкополосных PLC-модемов, удовлетворяющих стандарту CENELEC, и предназначенных для коммуникации в электрических сетях 0, 4кВ, а также комплектных решений на их базе. С 2003 года она является ведущим мировым производителем такого оборудования.
Спектр выпускаемого оборудования охватывает:
  • модульные PLC-модемы для сбора и передачи по электросети дискретных и аналоговых сигналов, сигналов термодатчиков и счетчиков энергопотребления
  • 1-фазные и 3-фазные моноблочные PLC-модемы для обмена данными, поступающими по RS-интерфейсам, с поддержкой Modbus RTU или иных полудуплексных протоколов
  • комплектные решения в области АСКУЭ и мониторинга на базе PLC-технологий.
ModemTec применяет исключительно собственные запатентованные коммуникационные технологии. В аппаратной основе производимых PLC-модемов лежит технология FPGA, реализованная в ПЛИС компании ALTERA, которая позволяет не только ускорять и удешевлять процесс разработки и внедрения новых изделий, но и, благодаря высокой производительности и большим объемам памяти ПЛИС, совмещать в одном чипе коммуникационный процессор и процессор приложения.
Указанные преимущества дают возможность периодически обновлять линейку выпускаемой продукции, одновременно снижая цены. Так в начале 2008 года розничные цены на 1-фазные модемы были снижены на 30%, а с конца 2009 года еще на 50%.
Компания является членом Modbus-ассоциации, а встраиваемыми PLC-модемами от ModemTec оснащаются электросчетчики таких всемирно известных производителей как Landis+Gyr и Križik. Достоинства оборудования от ModemTec
  • Интеллектуальные устройства, что позволяет выявлять свободный от шумов диапазон частот
  • 100% достоверность принимаемых данных
  • Уровень информационных потерь в канале связи не превышает 0, 1%
  • Пропускная способность PLC-канала 10 кбит/с
  • Поддержка интерфейсов RS232/485 до 115, 2 кбит/с с любым форматом информационного байта
  • Индикация статуса приема-передачи раздельно по каждому из интерфейсов
  • Возможность работы на линию переменного тока до 230В, постоянного тока до 800В, выделенную линию, коаксиальный кабель
  • Дальность связи в сети переменного тока несколько километров
  • Работа в режиме повторителя для увеличения дальности связи и/или обхода проблемных зон
  • Возможность работы в сетях с иерархической структурой типа «точка-точка», «ведущий-ведомый», в том числе в сетях Modbus с динамическим чередованием мастера
  • Ряд полезных опций специально для работы в сети Modbus
  • Функция «Маяк», позволяющая проверять соединение между модемами без подключения внешнего устройства (ПК, ПЛК и т.п.)
  • Интуитивно-простое сервисное программное обеспечение, позволяющее производить настройку параметров локального, а также контроль и изменение параметров удаленного модемов.
  • Оборудование класса «134»
  • Промышленное исполнение с установкой на DIN-рейку
  • Полное соответствие европейским и российским стандартам
  • Наилучшее соотношение цена/качество/функциональность
Примером построения систем учета энергопотребления на базе таких модемов может служить система ISAR, несомненными достоинствами которой являются:
  • Круглосуточный централизованный контроль показаний счетчиков электроэнергии, воды, газа, тепла в режиме реального времени
  • Динамический мониторинг энергопотребления с оперативным обнаружением утечек и несанкционированных подключений
  • Оперативное обнаружение манипуляций с приборами энергоучета
  • Автоматическое архивирование показаний и формирование счетов на оплату
  • Дистанционное отключение неплательщиков
  • Возможность дистанционной диагностики и изменения параметров приборов учета (календаря, тарификации и пр.)
  • Высокая окупаемость.






Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.