Bezpieczny System Wąskopasmowej Komunikacji PLC dla Lokalnych Sieci Urządzeń Pomiarowo-Wykonawczych

Projekt dotyczy opracowania systemu komunikacji wąskopasmowej NB-PLC (ang. Narrowband Power Line Communication) przeznaczonego dla lokalnych sieci czujników i aktuatorów, tj. użycia medium zasilającego jako medium przekazywania informacji.

 

Opracowany system komunikacji będzie ukierunkowany na potrzeby systemów HVAC (ang. Heating, Ventilation, Air Conditioning) oraz dla dynamicznie rozwijającego się rynku systemów BMS (ang. Building Managment System). W systemach inteligentnych sieci sensorycznych dla systemów BMS czy HVAC czy szeroko rozumianych systemów inteligentnego budynku (Smart Home), obecnie dość mocno wykorzystywana jest łączność radiowa, która służy zapewnieniu komunikacji jednostek centralnych (Hub, GateWay) z elementami pomiarowo-wykonawczymi rozmieszczonymi w budynku. Komunikacja odbywa się w pasmach konsumenckich: a) 2,4GHz – ZigBee, WiFi, Bluetooth; b) 868MHz – Z-Wave, Thread; c) 433MHz – protokoły własnościowe Kidde czy LUTRON Clear Connect Wireless, itp.

 

Pasmo 2,4GHz to także pasmo standardu IEEE 802.11 (tzw. WiFi) i jest ono obecnie dość mocno nasycone sygnałami pochodzącymi od routerów sieci bezprzewodowej, czyniąc komunikację w tym paśmie bardzo zawodną zwłaszcza w strefach zurbanizowanych. Z tego powodu nowe standardy rozwijane są dla pasm krótkofalowych 868MHz i 433MHz. Tu niestety również pojawia się problem rosnącej obecności nadajników, których istnienie staje się o tyle istotne, że w paśmie 433MHz i 868MHz mamy do czynienia z większym zasięgiem pojedynczego nadajnika. Można zatem spodziewać się podobnych problemów jakie występują obecnie w paśmie 2.4GHz z uwagi na ograniczoną pojemność medium transmisyjnego. Ponadto nie sposób nie wspomnieć o ogólnodostępności medium, co może umożliwić w najprostszym przypadku zakłócenie, podsłuchanie transmisji czy wręcz przejęcia kontroli nad fragmentem czy nawet całym systemem. W celu pominięcia tych problemów w sieciach przemysłowych i pozostałych, w których istotna jest wysoka niezawodność i bezpieczeństwo nadal stosowane są standardy przewodowe: a) Ethernet; b) RS485; c) ProfiBUS. Z drugiej strony na ciągle rosnącym rynku systemów HVAC/BMS nie jest wymagany krótki czas przesłania informacji, a istotne są stabilność i bezpieczeństwo komunikacji. Np. w praktycznych instalacjach typu HVAC parametry jakościowe powietrza, takie jak chociażby temperatura, mierzone są z częstością raz na minutę, a nawet rzadziej. W razie niepowodzenia przesłania informacji transmisję można ponawiać. Transmisja radiowa zaś, z powodów wspomnianych wcześniej, może mieć w niektórych przypadkach długotrwałe lub wręcz permanentne kłopoty z zapewnieniem łączności między elementami systemu. Rosnącym problemem są też zagrożenia włamania się do systemu teleinformatycznego inteligentnego domu opartego jedynie na komunikacji bezprzewodowej. Uzyskanie dostępu do takiej bezprzewodowej sieci czujników stanowi coraz mniejszy problem, a konsekwencje przejęcia sterowania mogą mieć ogromne skutki (zalanie, zwiększenie zużycia energii elektrycznej, pożar, umożliwienie włamania się). Z tych powodów idealne jest rozwiązanie hybrydowe polegające na połączeniu walorów połączenia radiowego i przewodowego. Proponowany projekt dotyczy opracowania sposobu komunikacji w sieciach sensorycznych przy użyciu połączenia obu sposobów komunikacji przewodowego i radiowego – tj. komunikacji przy użyciu łącza typu PLC (Power Line Communication). Komunikacja PLC przewiduje przesyłanie zmodulowanych sygnałów cyfrowych w paśmie od 9kHz do 148.5kHz przy użyciu linii zasilającej napięcia przemiennego (AC) bądź stałego (DC). Sygnał cyfrowy jest wyodrębniany z sygnału mocy (AC/DC) poprzez odpowiednie techniki separacji analogowej i demodulacji przy użyciu procesorów sygnałowych.

 

Ten rodzaj łącza jest obecnie wykorzystywany w sieciach typu Smart Grid np. do zdalnego odczytu liczników energii elektrycznej. Wykorzystywane tam pasmo komunikacyjne to CENELEC A (9-95kHz). Komunikacja odbywa się z pewnymi problemami głównie z uwagi na zmienną charakterystykę obciążenia sieci, tj. impedancji linii będącej medium komunikacyjnym oraz dość znacznym poziomem szumów w sieciach przesyłowych pochodzących od zróżnicowanych pod względem charakterystyk zaburzeń odbiorników energii elektrycznej. Duży poziom zakłóceń powoduje, że operatorzy stosują odpowiednie wzmacniacze aby utrzymać właściwą jakość sygnału cyfrowego na długich łączach. Wymagana do tego infrastruktura sprzętowa jest więc dość złożona niemniej takie systemy zostały uruchomione (np. przez Energa Operator) i są obecnie wykorzystywane. Wnioskodawca proponuje wykorzystanie łączności PLC w zastosowaniach konsumenckich, dla których przeznaczono pasma CENELEC B/C (95kHz – 145kHz). Proponowany projekt zakłada wykorzystanie komunikacji wąskopasmowej NB-PLC w lokalnych, konsumenckich instalacjach sieci napięcia przemiennego (AC), umożliwiając stosunkowo stabilną, niezawodną i dość bezpieczną łączność krótkiego zasięgu.

 

Wartość projektu:  1 936 105,10 PLN
Dofinansowanie Funduszy:  1 346 663,44 PLN