System komunikacji PLC

Wyzwanie

System PLC (Power Line Communication) jest wewnętrznym projektem FastLogic realizowanym w ramach finasowania Narodowego Centrum Badań i Rozwoju. Celem projektu PLC było zaprojektowanie kompletnego sytemu telekomunikacyjnego z wykorzystaniem istniejącej sieci zasilającej 230V jako medium transmisyjnego. Wykorzystanie sieci zasilającej jako medium transmisyjnego wiąże się z koniecznością spełnienia norm takich jak EN 55016, EN 50065, CENELEC HD 625, czy EN 50581. Rezultaty projektu cechują bardzo szerokie możliwości zastosowania: od automatyki domowej, poprzez automatykę przemysłową jak i technologię inteligentnych miast i sieci. Projekt systemu PLC dostarczył wielu wyzwań zarówno w dziedzinie sprzętu jak i oprogramowania w obszarze telekomunikacji (modulatory, systemy kodowania, stos komunikacyjny, etc.). Podczas prac rozwojowych zostały opracowane metody jak i urządzenia do badania i diagnostyki parametrów sieci zasilającej. Projekt modemu PLC wymagał opracowania dedykowanego analogowego modulatora oraz demodulatora kwadraturowego, co wymusiło przeprowadzenie rozbudowanej symulacji elektrycznej przed wyprodukowaniem pierwszego prototypu. Aby zminimalizować wpływ zmienności parametrów sieci, zaprojektowany został obwód umożliwiający aktywne dopasowywanie się urządzenia do impedancji kanału komunikacyjnego. Oprogramowanie wbudowane zawiera autorski, dedykowany protokół komunikacyjny oraz implementację kilku wariantów technik modulacji i kodowania.

Niniejszy projekt był pierwszym poważnym projektem systemu komunikacji PLC realizowanym w FastLogic, tj. projektem zawierającym rozbudowaną część badawczą dot. PLC. Medium transmisyjne (sieć zasilająca napięcia przemiennego) jest bardzo wymagającym środowiskiem o zmiennym charakterze. Konieczne było przeprowadzenie wyspecjalizowanych badań impedancji oraz zaburzeń obecnych w sieci zasilającej, co umożliwiło w dalszym etapie świadome zaprojektowanie urządzenia najlepiej dostosowanego oraz umiejącego się adaptować do warunków, w których będzie pracować.”

Jędrzej, Hardware Engineer

 

Projekt rozpoczął się od bardzo dokładnej analizy stanu wiedzy oraz aktualnie dostępnych technologii z zakresu komunikacji po linii zasilającej. Do fazy projektowej zespół przystępował z doskonałą znajomością rynku, dzięki czemu mógł zaproponować najlepsze rozwiązanie, a także zaproponować innowację, która wyróżniła projektowane urządzenie. Efektem takiego podejścia projektowego był w pełni działający system komunikacyjny, który we współpracy z Zarządem Dróg i Transportu został uruchomiony w instalacji testowej w oświetleniu miejskim w Łodzi.

Wyniki i Korzyści

System PLC zaprojektowany w Fastlogic zapewnia kompletne rozwiązanie do uruchomienia komunikacji w już istniejącej infrastrukturze sieci zasilającej 230V/400V(3x230V). Dzięki temu nie ma konieczności budowania nowej infrastruktury lub korzystania z przepełnionego pasma radiowego. Kluczowe cechy opracowanego sytemu PLC:

  • Komunikacja wąskopasmowa o przepustowości do 28800 b/s w medium niedostępnym z zewnątrz (możliwość ukrycia komunikacji)
  • Wykorzystanie nielicencjonowanych pasm komunikacyjnych CENELEC B, C i D (95-148,5kHz)
  • Wykorzystanie technik komunikacji międzywęzłowej typu mesh
  • Adaptacyjna łączność w istniejącej infrastrukturze sieci zasilającej 230V/400V(3x230V)
  • Oprogramowanie FL-PLCWizard do konfiguracji systemu
  • Szeroki zakres zastosowań: automatyka domowa, automatyka przemysłowa, IoT, infrastruktura miejska (smart-city)

Kluczowe Rozwiązania

Efektem końcowym projektu są urządzenia pozwalające na komunikację wąskopasmową w sieci zasilającej 230V oraz 400V (3x230V), a także diagnostykę medium komunikacyjnego. Kluczowe osiągnięcia:

  • Moduł węzłowy do komunikacji PLC z zasilaczem do części sensorycznej do 2W
  • Moduł koncentratora umożliwiającego komunikację z węzłami sieci (adresowanie 16-bitowe)
  • Narzędzia (fizyczne układy diagnostyczne oraz oprogramowanie) do analizy parametrów sieci: impedancji, tłumienności, szumów, opóźnień;
  • Autorski, analogowy modulator/demodulator kwadraturowy pracujący w paśmie 95-148,5kHz (pasma CENELEC B, C i D)
  • Aktywny układ dopasowania impedancji sprzęgu AC do impedancji sieci
  • Zarządzanie systemem wykonano w oparciu o autorski, dedykowany komputer przemysłowy oparty o architekturę Intel Atom x86.
  • Osiągnięto wysoką skalę integracji – ponad 450 komponentów zlokalizowanych na okrągłej płytce o powierzchni 32cm2 (upakowanie komponentów na poziomie 14 komponentów na centymetr kwadratowy)
  • Część komunikacyjną oparto o ogólnie dostępne mikrokontrolery z rdzeniem ARM.
  • Opracowano i zaimplementowano autorski stos komunikacyjny wykorzystujący adaptacyjny dobór modulacji i kodowania.

Wolumen i zasięg

Projekt B+R. Trwa projekt pilotażowy.