Создание сети передачи данных на основе PLC-технологии

Создание сети передачи данных на основе PLC-технологии

Технология PLC (Power line communication) — телекоммуникационная технология, базирующаяся на использовании силовых электросетей для высокоскоростного информационного обмена. Термин PLC описывает несколько разных систем, использующих линии электропередачи (ЛЭП) для пересылания голосовой информации или данных. Сеть передает голос и данные, накладывая цифровой радиосигнал поверх стандартного переменного тока частотой 50 или 60 Гц.

Компания «ТелЛинк» при использовании технологии PLC обеспечивает оптимизированную широкополосную модуляцию с расширяющимся спектром, адаптивную стабилизацию, ускоренную синхронизацию, кодирование с защитой от ошибок и оптимизированный протокол символьной пересылки. Основа этого подхода заключается в адаптивной стабилизации и динамической адаптации к рассогласованию импеданса электросети.

Скорость, устойчивость, безошибочность и надежность передачи данных, а также широкая полоса пропускания сигнала модема в реальном времени позволяют использовать его в электросети c многочисленными узлами, поддерживающими различные промышленные протоколы.

Микропроцессорный контроллер PLC-сети обеспечивает передачу данных в распределенных коммуникационных системах, в системах управления, контроля, а также общего применения без дополнительно выделенных линий связи. Используя PLC-технологию распространения сигнала и организацию сетевых протоколов на базе микропроцессора, можно организовать надежную сеть обмена данными цифровых устройств по линии электропередачи, при этом нет необходимости в прокладке дополнительных дорого­стоящих сетевых кабелей.

Микроконтроллер модема реализует широкополосную модуляцию сигнала, автоматическое отслеживание и адаптацию к быстроизменяющимся условиям распространения сигнала, прямое исправление ошибок, протокол помехозащищенной символьной пересылки. Все микропроцессоры и микроконтроллеры, оптимизированные для PLC-оборудования, а также контроллеры физического уровня, процессор передачи данных, процессор канального уровня выполнены на основе микропроцессорной архитектуры.

Аналоговые и цифровые микросхемы, обеспечивающие функции PLC-приемопередатчика, осуществляют модуляцию/демодуляцию, отслеживание и адаптацию распространения сигнала, прямое исправление ошибок. С применением высокоинтегрированных, специализированных микросхем, выполняющих как цифровые, так и аналоговые функции, нет необходимости устанавливать дополнительные внешние устройства или схемные решения.

Области применения PLC-модемов «ТелЛинк»:

• Энергетика (телемеханика, SCADA (АСУ ТП), телефония, АСКУЭ).
• Система автоматического и диспетчерского управления, система централизованного учета энергопотребления, нефте-, газо- и угледобывающие отрасли.
• Управление освещением.
• Видеонаблюдение с трала рыболовного тральщика.
• Зарядные станции для электромобилей по стандарту HomePlug Green Phy.

В таблице представлен краткий обзор PLC-модемов серий 200 и 300 компании «ТелЛинк». Рассмотрим подробнее варианты их использования.

Таблица. Основные технические характеристики PLC-модемов компании «ТелЛинк»

Как выбрать каналы связи для сбора и передачи данных с приборов учета АСКУЭ/ИСУ в 2021 году?

К 2020 году автоматизированные системы учета энергоресурсов получили активное развитие, как в технологичном обеспечении, так и в интеллектуальном. Наша компания более 20 лет развивается и создает системы АСКУЭ (автоматизированная система коммерческого учета электроэнергии), интегрируя последние технологии и разработки. Имея широкий опыт в создании проектов и их реализации: от архитектуры системы, функционала и возможностей программного обеспечения, визуального представления, соответствия техническому заданию и законодательным нормативам, к нам часто обращаются за экспертным мнением в выборе оптимального решения по передаче данных с приборов учета (ПУ) и устройств сбора и передачи данных (УСПД).

Рассмотрим широко используемые типовые решения организации сбора и передачи данных для разных типов объектов учета электроэнергии на 2021 год, как в коммерческом учете, так и в техническом учете электроэнергии.

Основные технологии передачи данных с интеллектуальных ПУ в АСКУЭ:

• Ethernet — Система (способ) передачи данных через локальное присоединение к сети Интернет. Используется Ethernet-конвертер.
• GSM(CSD) — Система (способ) передачи данных с приборов учета по сотовой сети мобильных операторов.
• GPRS/3G/4G —надстройка над технологией мобильной связи GSM, позволяющие осуществлять пакетную передачу данных.
• LoRaWAN — Система (способ) передачи данных по радиоканалу в сети «Интернет вещей» на локальную базовую станцию.
• NB-IoT — Система (способ) передачи данных по радиоканалу в сети «Интернет вещей», созданной мобильными операторами связи.
• PLC — передача данных по тем же самым силовым проводам, к которым подключен счетчик, т.е. передача данных в АСКУЭ происходит по электросети.
• ZigBee — Система (способ) канал связи передачи данных с приборов учета по технологии беспроводной передачи данных с возможностью построения самоорганизующейся сети.

Каналы связи для центров сбора и обработки данных (ЦСОД) АСКУЭ/ИСУ

Построение ЦСОД АСКУЭ подходит для организации учета электроэнергии территориально разрозненных объектов – узлов учета, например, сетевые компании, сбытовые, ресурсоснабжающие организации, гарантирующие поставщики электроэнергии, словом, компании – субъекты электроэнергетики, которые организуют учет электроэнергии в соответствии с требованиями Постановления Правительства РФ от 19 июня 2020 г. N 890 “О порядке предоставления доступа к минимальному набору функций интеллектуальных систем учета электрической энергии (мощности)”.

Опыт реализации проектов с опросом более 2 000 000 приборов учета в единой системе выявил оптимальные решения для построения каналов связи.

В системах, где присутствует учет и юридических объектов и бытовой (поквартирный) используют смешанные технологии: Ethernet линия (при наличии интернет сети на объекте) — образуют выделенную линию с точкой доступа через оператора связи, соединяющую с локальной сетью компании (субъекта). Таким же образом может быть точка доступа через модем, посредством технологии GPRS/3G/4G. Далее от точки доступа идет соединение с использование связи ZigBee или PLC, RS — радио или кабельное соединение, через которое собираются данные с приборов учета (например, данные с ПУ по всему жилому дому), соответственно используется каналообразующее оборудование и приборы учета, поддерживающие технические возможности.

Также на крупных объектах с разнесенными объектами учета (отсутствует локальная сеть) используется географическо-территориальная сеть LoRaWAN — базовые станции со своим радиусом действия и приборы учета с модулем LoRaWAN, таким образом, используется радио интерфейс.

Архитектура системы ЦСОД АСКУЭ/ИСУ

Опрос приборов учета АСКУЭ на предприятиях

Основным каналом связи является кабельное соединение: локальная сеть предприятия (Ethernet), оптоволокно внутренней сети. Как правило, для предприятий с повышенной информационной безопасностью предлагается использовать стационарное программное обеспечение АСКУЭ/АСТУЭ с сервером, находящемся на территории предприятия. Для организации технического учета территориально распределенных участков используют существующие технологические возможности — внутренние локальные сети. От счетчика прокладывают кабель по интерфейсу RS485 и устанавливают преобразователь интерфейсов подключаемый к сетевому оборудованию (коммутатор, роутер), далее соединение идет через локальную сеть предприятия на сервер данных АСТУЭ. На точках учета, где отсутствует локальная сеть, монтируют каналообразующее оборудование: GPRS-модем или 3G/4G/терминал, посредством которого данные передаются со счетчиков по технологии GPRS/3G/4G.

Структурная схема сбора и передачи данных на базе ПО «Энфорс»

Организация учета электроэнергии и энергоменеджмента для ритейла

Объектами учета энергоресурсов ритейлера, как правило, являются магазины и могут представлять собой как отдельное здание, так и часть торгового центра.

К 2021 году опыт проектирования и построения централизованной автоматизированной системы для ритейла позволила объединить порядка 25 000 объектов в единую учетную систему. Объекты, расположенные по разным городам и областям объединили в единую интеллектуальную сеть. Сбор данных с приборов учета организован посредством локальной сети объектов через кабельное соединение и преобразователь интерфейсов, в случаях, где не было точки доступа в интернет, использовали GPRS-модем или 3G/4G/терминал терминал с поддержкой технологии GPRS/3G/4G.

Схема организации сбора данных для сетевых магазинов

Проектирование каналов связи АСКУЭ/АСТУЭ/ИСУ

Чтобы определить наиболее оптимальное решение в конкретном случае, необходимо сделать ППО (предпроектное обследование): выяснить какие возможности для организации учета энергоресурсов уже существуют, какие интеллектуальные сети уже есть на объектах, какие приборы учета будут использоваться и соответственно определить их технические возможности, учитывается географическое положение объектов и их назначение/тип (многоквартирные дома, здания, предприятия, и пр.). Собрав всю возможную информацию, исходя из поставленных задач (технического задания) и можно определить и спроектировать наилучший вариант индивидуального решения.

Таким образом, наши специалисты создают максимально технологичное решение, как правило, смешанного вида. Реализуется индивидуальный проект, отвечающий всем требованиям заказчика и законодательным нормам построения систем учета электроэнергии и других ресурсов.

Для подробного расчета стоимости создания проекта АСКУЭ/АСТУЭ/ИСУ оставьте заявку на сайте или свяжитесь с нами.

АИИС КУЭ

Свидетельство об утверждении типа средств измерений — АИИС КУЭ РиМ
Описание типа средств измерений — АИИС КУЭ РиМ
Технический проект (рабочая документация) — АИИС КУЭ РиМ
Схема функциональной структуры — АИИС КУЭ РиМ
Структурная схема КТС — АИИС КУЭ РиМ
Методика поверки — АИИС КУЭ РиМ

Используемые технические средства

• Однофазные счетчики — РиМ 181.0х, РиМ 289.0X, РиМ 129.0X, РиМ 189.1X, РиМ 189.2X с интерфейсами для передачи данных по RF-радиоканалу и PLC-интерфейсу;
• Трёхфазные счетчики — РиМ 489.1X, РиМ 489.2X, РиМ 489.3X с передачей данных по RF-радиоканалу и PLC-интерфейce, GSM;
• Маршрутизатор каналов связи — МКС РиМ 099.02, МКС РиМ 099.03;
• GSM-модем;
• Сервер с ПО.

Концепция построения

В основу построения системы заложены принципы позволяющие организовать:

• Автоматизированное или дистанционное снятие показаний со счетчиков и проверки их технического состояния;
• Возможность постепенного наращивания точек учета без ограничения их количества;
• Учет всей потребленной электроэнергии независимо от методов ее хищения;
• Хранение параметров учета в базе данных;
• Контроль за соблюдением лимитов энергопотребления;
• Ведение единого системного времени с возможностью его корректировки;
• Контроль качества электроэнергии;
• Оперативное обнаружение различных методов хищения электроэнергии;
• Ведение многотарифного учета электроэнергии;
• Вывод расчетных параметров, построение и печать отчетов.

Основные функциональные возможности

• Сбор данных о показаниях и статусах для счетчиков РиМ;
• Построение отчетов о снятых показаниях;
• Построение балансовых отчетов за выбранный период времени по выбранным тарифам;
• Построение графических отчетов о потреблении электроэнергии;
• Построение статистических отчетов о работе всей системы;
• Автоматическое снятие показаний и построение любого отчета по расписанию без участия оператора;
• Фиксация событий неправильного подключения счетчиков, нарушения режима работы счетчика и автоматическое уведомление оператора.

Функции выполняемые верхним уровнем РМС 2150 (программно-техническим комплексом)

• Измерение времени в шкале времени UTC;
• Автоматическая синхронизация шкалы времени ЧРВ РМС 2150 со шкалой времени внешних эталонных часов;
• Автоматическая синхронизация ЧРВ МКС РиМ 099.02;
• Периодический и по запросу автоматический сбор результатов измерений приращений электрической энергии с заданной дискретностью;
• Периодический и автоматический сбор журналов событий с их диагностикой;
• Контроль достоверности результатов измерений;
• Хранение результатов измерений, данных о состоянии компонентов, конфигурационных данных в специализированной базе данных, имеющую повышенную защищенность;
• Формирование каналов группового контроля и учета;
• Отображение на дисплее и вывод на печать отчетов с результатами измерений, данными о состоянии устройств и конфигурационными данными за период;
• Управление отключением(включением), ограничением предельной мощности нагрузки потребителей;
• Предоставление результатов измерений смежным субъектам розничного рынка электроэнергии в формате структурированных электронных документов;
• Диагностирование работоспособности устройств системы и каналов связи РМС 2150.

Программное обеспечение

Специализированное программное обеспечение системы РМС 2150 состоит из следующих программных модулей:

Связь по ЛЭП

Связь через ЛЭП, PLC (англ.  Power line communication ) — термин, описывающий несколько разных систем для использования линий электропередачи (ЛЭП) для передачи голосовой информации или данных. Сеть может передавать голос и данные, накладывая аналоговый сигнал поверх стандартного переменного тока частотой 50 Гц или 60 Гц. PLC включает BPL (англ.  Broadband over Power Lines  — широкополосная передача через линии электропередачи), обеспечивающий передачу данных со скоростью до 500 Мбит/с, и NPL (англ.  Narrowband over Power Lines  — узкополосная передача через линии электропередачи) со значительно меньшими скоростями передачи данных до 1 Мбит/с.

Содержание

Использование связи через ЛЭП для управления энергосистемой [ править | править код ]

Ещё на заре развития энергосетей встал вопрос о передаче диспетчерской информации от одного энергоузла к другому. Использование для этих целей телефонных и телеграфных линий, прокладываемых параллельно ЛЭП, считалось нерациональным, поэтому уже в начале 20-го века в сетях постоянного тока (см. война токов) в США применялась передача телеграфных сигналов непосредственно по проводам ЛЭП. Позже, с развитием средств радиосвязи, подобная методика стала применима и для сетей переменного тока.

Передача диспетчерской информации по проводам линий электропередач широко применяется, как один из основных видов связи. Приёмопередатчик подключается к ЛЭП через фильтр присоединения, образованный из конденсатора малой ёмкости (2200 — 6800 пикофарад) и высокочастотного трансформатора (автотрансформатора). Подобная система позволяет передавать как голосовую информацию, так и данные телеметрии и телеуправления.

Использование ЛЭП для других целей связи [ править | править код ]

Технология PLC базируется на использовании силовых электросетей для высокоскоростного информационного обмена. Эксперименты по передаче данных по электросети велись достаточно давно, но низкая скорость передачи и слабая помехозащищённость были наиболее узким местом данной технологии. Появление более мощных DSP-процессоров (цифровые сигнальные процессоры) дало возможность использовать более сложные способы модуляции сигнала, такие как OFDM-модуляция, что позволило значительно продвинуться вперед в реализации технологии PLC.

В 2000 году несколько крупных лидеров на рынке телекоммуникаций объединились в HomePlug Powerline Alliance с целью совместного проведения научных исследований и практических испытаний, а также принятия единого стандарта на передачу данных по системам электропитания. Прототипом PowerLine является технология PowerPacket фирмы Intellon, положенная в основу для создания единого стандарта HomePlug1.0 (принят альянсом HomePlug 26 июня 2001 года), в котором определена скорость передачи данных до 14 Мб/сек.

Однако на данный момент [ когда? ] стандарт HomePlug AV поднял скорость передачи данных до 500 Мбит/с.

Технические основы технологии PLC [ править | править код ]

Основой технологии PowerLine является использование частотного разделения сигнала, при котором высокоскоростной поток данных разбирается на несколько относительно низкоскоростных потоков, каждый из которых передается на отдельной поднесущей частоте с последующим их объединением в один сигнал. Реально в технологии PowerLine используются 1536 поднесущих частот с выделением 84 наилучших в диапазоне 2—34 МГц.

При передаче сигналов по бытовой электросети могут возникать большие затухания в передающей функции на определенных частотах, что может привести к потере данных. В технологии PowerLine предусмотрен специальный метод решения этой проблемы — динамическое включение и выключение передачи сигнала (dynamically turning off and on data-carrying signals). Суть данного метода заключается в том, что устройство осуществляет постоянный мониторинг канала передачи с целью выявления участка спектра с превышением определенного порогового значения затухания. В случае обнаружения данного факта, использование этих частот на время прекращается до восстановления нормального значения затухания, а данные передаются на других частотах.

Существует также проблема возникновения импульсных помех (до 1 микросекунды), источниками которых могут быть галогенные лампы, а также включение и выключение мощных бытовых электроприборов, оборудованных электрическими двигателями.

Применение PLC-технологии [ править | править код ]

Подключение к Интернету [ править | править код ]

В настоящее время подавляющее большинство конечных подключений осуществляется посредством прокладки кабеля от высокоскоростной линии до квартиры или офиса пользователя. Это наиболее дешевое и надежное решение, но если прокладка кабеля невозможна, то можно воспользоваться имеющейся в каждом здании системой силовых электрических коммуникаций. При этом любая электрическая розетка в здании может стать точкой выхода в Интернет. От пользователя требуется только наличие PowerLine-модема для связи с аналогичным устройством, установленным, как правило, в электрощитовой здания и подключенным к высокоскоростному каналу. PLC может быть хорошим решением «последней мили» в коттеджных посёлках и в малоэтажной застройке, в связи с тем, что традиционные провода стоят в несколько раз дороже PLC.

Малый офис (SOHO) [ править | править код ]

PowerLine-технология может быть использована при создании локальной сети в небольших офисах (до 10 компьютеров), где основными требованиями к сети являются простота реализации, мобильность устройств и легкая расширяемость. При этом как вся офисная сеть, так и отдельные её сегменты могут быть построены с помощью PowerLine-адаптеров. Часто встречается ситуация, когда необходимо включить в уже существующую сеть удаленный компьютер или сетевой принтер, расположенный в другой комнате или в другом конце здания. Такая проблема легко решается с помощью PowerLine-адаптеров.

Домашние коммуникации [ править | править код ]

PowerLine-технология может быть использована при реализации идеи «умного дома», где вся бытовая электроника связана в единую информационную сеть с возможностью централизованного управления.

Автоматизация [ править | править код ]

В связи с тем, что PLC использует готовые коммуникации, PowerLine-технология может быть использована в автоматизации технологических процессов, связывая блоки автоматизации по электропроводам или другим видам проводов.

Системы безопасности [ править | править код ]

В связи с тем, что PLC может работать на различных проводах (не обязательно электрических), применение в ОПС вполне реализуемо также и для систем видеонаблюдения объектов.

Преимущества [ править | править код ]

• Простота использования — не требуется прокладка отдельного кабеля.
• Можно использовать любые другие провода, в том числе и контактные сети электротранспорта и метро.
• Оперативность при развертывании сети передачи данных — электрические провода есть почти везде.
• Не требуется регистрация оборудования как радиочастотного, несмотря на то, что мощность передатчика составляет 75 мВт, а это создаёт уровень помех, превышающий допустимые ГОСТом нормы по ЭМС.
• В случае, если каким-то образом есть влияние на какие-то частоты, в PLC-оборудовании предусмотрен механизм подавления сигнала в заданном диапазоне.

Недостатки [ править | править код ]

сети по электропроводке делится между всеми её участниками (используется топология сети «общая шина»).
• Иногда требуются специальные совместимые сетевые фильтры и ИБП. Сигнал может существенно ослабляться, проходя через многие сетевые разветвители-фильтры.
• На качество, скорость и надёжность связи оказывают отрицательное влияние электробытовые приборы (энергосберегающие лампы, импульсные блоки питания, зарядные устройства, выключатели освещения и т. п. и т. д.). В результате наблюдается снижение скорости от 5 до 50 %.
• На качество, скорость и надёжность связи оказывает отрицательное влияние исполнение/топология/качество электропроводки, тип/режим/мощность бытовых электроприборов и устройств, наличие скруток. В результате наблюдается снижение скорости передачи данных до полного пропадания сигнала.
• Уязвима для сигналов от радиопередающих устройств коротковолнового (КВ) диапазона, в том числе и устройств службы любительской радиосвязи.
• Не может серьёзно рассматриваться как надёжная технология передачи данных ввиду уязвимости для помех из общих электросетей и несоответствия нормам по электромагнитной совместимости как по приёму (уязвимость для помех из электросети, от сигналов КВ передатчиков), так и по передаче сигналов (создание помех в электросеть и КВ приёмникам).
• Создаёт помехи в коротковолновом диапазоне, что особенно чувствительно для службы любительской радиосвязи (ЛСР), учитывая, что ЛСР использует КВ частоты исключительно на официальной и разрешительной основе в государственных органах, ЛСР имеет безусловный приоритет перед PLC.

Большинство указанных недостатков могут быть исключены применением шумоподобных сигналов с большой базой с кодовым доступом к сети.