Пиэлси технолоджи

Теоретические основы технологии Powerline

В основе технологии Powerline лежит использование частотной дифференциации сигнала. Высокоскоростной поток данных разбивается на несколько потоков с условно низкими скоростями, каждый переходит на отдельной поднесущей частоте, после чего они объединяются в один сигнал.

При использовании обычного частотного мультиплексирования (FDM — Frequency-Division Multiplexing) защитные интервалы между поднесущими частотами, необходимые для исключения взаимного влияния сигналов, что представлены на рисунке 1 немалые, поэтому доступный спектр используется с малой эффективностью .

Рисунок 1 – Частотное мультиплексирование

В случае же ортогонального частотно-разделенного мультиплексирования, центры поднесущих частот размещены так, что пик каждого последующего сигнала совпадает с нулевым значением предыдущих на рисунке 2. Такое размещение позволяет более эффективно использовать доступную полосу частот.

Рисунок 2 – Ортогональное частотно-разделенное мультиплексирование

Перед тем как отдельные поднесущие частоты будут объединены в один сигнал, они претерпевают фазовую модуляцию своей последовательностью бит.

Рисунок 3 – Фазовая модуляция

После этого все они проходят через PowerPacket engine и соединяются в единый информационный пакет, который еще называют OFDM-symbol. Относительная квадратурная фазовая модуляция на каждой из 4-х поднесущих частот в диапазоне 4-5 МГц.

Рисунок 4 – Квадратурная фазовая манипуляция

Реально в технологии Powerline используются 84 поднесущие частоты в диапазоне 4-21 МГц.

В теории, если использовать параллельные потоки с одновременным фазовым модулированием сигналов скорость передачи может достигать более 100 МБ/с.

Возможно, вам также будет интересно

Современные промышленные объекты с помощью коммутаторов и беспроводных приложений объединяют большое количество датчиков, узлов управления, контроллеров и серверов SCADA-систем в единую сложную информационную сеть. С ростом количества устройств управление и диагностика неполадок в сети становится все более сложной задачей как для ИТ-специалистов, так и для специалистов в сфере автоматизации. Ко…

Статья посвящена обзору промышленных компьютеров российского производства — iROBO, предназначенных для решения задач по сбору, обработке и хранению информации в различных отраслях промышленности.

Департамент «Автоматизация и безопасность зданий» компании Siemens объявляет о выходе сервисного пакета и пакета расширений для Desigo CC v.3.0., в которых были исправлены замеченные ошибки, обновлены некоторые модули и расширены возможности интеграции сторонних систем.
Данный пакет расширений полностью совместим с последним сервисным пакетом для Desigo CC V3.0 (SR1), который доступен вместе с пакетом расширений 1. Наличие установленного сервисного пакета является обязательным условием для пакета расширения 1.
Сервисный пакет и пакет расширений служат для модернизации системы Desigo CC, а …

Открытые промышленные сети и стандарты PROFIBUS/NET компании Siemens

Немецкий концерн Siemens давно известен своими программируемыми логическими контроллерами (ПЛК), которые используется по всему миру.

Обмен данными между узлами автоматизированной системы под управлением оборудования Siemens реализуется как по полевой шине, которая называется PROFIBUS, так и в промышленной сети PROFINET.

Шина PROFIBUS использует специальный двужильный кабель с разъемами DB-9. У Siemens он фиолетовый, но мы на практике встречали и другие :). Для связи нескольких узлов разъем может соединять два кабеля. Также в нем есть переключатель для терминального резистора. Терминальный резистор должен быть включен на концевых устройствах сети, таким образом сообщается, что это первое или последнее устройство, а после него уже ничего нет, только мрак и пустота (все rs485 так работают). Если на промежуточном разъеме включить резистор, то следующий за ним участок будет отключен.

В сети PROFINET используется аналог витой пары, как правило, с разъемами RJ-45, кабель окрашен в зеленый цвет. Если топология PROFIBUS —шина, то топология сети PROFINET может представлять собой что угодно: хоть кольцо, хоть звезду, хоть дерево, хоть все вместе взятое.

Существуют несколько протоколов обмена по шине PROFIBUS и в сети PROFINET.

Для PROFIBUS:

1. PROFIBUS DP — реализация этого протокола подразумевает связь с удаленными подчиненными устройствами, в случае с PROFINET этому протоколу соответствует протокол PROFINET IO.
2. PROFIBUS PA — является по сути тем же PROFIBUS DP, только используется для взрывобезопасных исполнений передачи данных и питания (аналог PROFIBUS DP с другими физическими свойствами). Для PROFINET взрывобезопасного протокола по аналогии с PROFIBUS пока не существует.
3. PROFIBUS FMS — предназначен для обмена данными с системами других производителей, которые не могут использовать PROFIBUS DP. Аналогом PROFIBUS FMS в сети PROFINET является протокол PROFINET CBA.

Для PROFINET:

1. PROFINET IO;
2. PROFINET CBA.

Протокол PROFINET IO делится на несколько классов:

• PROFINET NRT (без реального времени) — используется в приложениях, где временные параметры не критичны. В нем используется протокол передачи данных Ethernet TCP/IP, а также UDP/IP.
• PROFINET RT (реальное время) — тут обмен данными ввода/вывода реализован с помощью фреймов Ethernet, но диагностические данные и данные связи все еще передаются через UDP/IP. 
• PROFINET IRT (изохронное реальное время) — этот протокол был разработан специально для приложений управления движением и включает в себя изохронную фазу передачи данных.

Что касается реализации протокола жесткого реального времени PROFINET IRT, то для коммуникаций с удаленными устройствами в нем выделяют два канала обмена: изохронный и асинхронный. Изохронный канал с фиксированной по времени длиной цикла обмена использует тактовую синхронизацию и передает критичные ко времени данные, для передачи используются телеграммы второго уровня. Длительность передачи в изохронном канале не превышает 1 миллисекунду.

В асинхронном канале передаются так называемые real-time-данные, которые тоже адресуются посредством MAC-адреса. Дополнительно передается различная диагностическая и вспомогательная информация уже поверх TCP/IP. Ни real-time-данные, ни тем более другая информация, разумеется, не может прерывать изохронный цикл.

Расширенный набор функций PROFINET IO нужен далеко не для каждой системы промышленной автоматики, поэтому этот протокол масштабируют под конкретный проект, с учетом классов соответствия или классов применения (conformance classes): СС-A, CC-B, CC-CC. Классы соответствия позволяют выбрать полевые устройства и магистральные компоненты с минимально необходимой функциональностью. 

Второй протокол обмена в сети PROFINET — PROFINET CBA — служит для организации промышленной связи между оборудованием различных производителей. Основной производственной единицей в системах СВА является некая сущность, которая называется компонентом. Этот компонент обычно представляет собой совокупность механической, электрической и электронной части устройства или установки, а также соответствующее прикладное программное обеспечение. Для каждого компонента выбирается программный модуль, который содержит полное описание интерфейса данного компонента по требованиям стандарта PROFINET. После чего эти программные модули используются для обмена данными с устройствами. 

Протокол Ethernet/IP компании Rockwell Automation

Протокол EtherNet/IP разработан при активном участии американской компании Rockwell Automation в 2000 году. Он использует стек TCP и UDP IP, и расширяет его для применения в промышленной автоматизации. Вторая часть названия, вопреки расхожему мнению, означает не Internet Protocol, а Industrial Protocol. UDP IP использует коммуникационный стек протокола CIP (Common Interface Protocol), который также используется в сетях ControlNet / DeviceNet и реализуется поверх TCP/IP.

Спецификация EtherNet/IP является общедоступной и распространяется бесплатно. Топология сети Ethernet/IP может быть произвольной и включать в себя кольцо, звезду, дерево или шину.

В дополнение к стандартным функциям протоколов HTTP, FTP, SMTP, EtherNet/IP реализует передачу критичных ко времени доставки данных между опрашивающим контроллером и устройствами ввода/вывода. Передача некритичных ко времени данных обеспечивается пакетами TCP, а критичная ко времени доставка циклических данных управления идет по протоколу UDP. 

Для синхронизации времени в распределенных системах EtherNet/IP использует протокол CIPsync, который является расширением коммуникационного протокола CIP.

Для упрощения настройки сети EtherNet/IP большинство стандартных устройств автоматики имеют в комплекте заранее определенные конфигурационные файлы.

Подборки

Армейские ПесниКлассика пианиноМузыка из рекламыДетские песни из мультфильмовМузыка для аэробикиСборник песен 70х годовДля любимого человекаКлассика в современной обработкеКлубные миксы русских исполнителей3D ЗвукДальнобойщикиЗарубежный рэп для машиныТоповые Клубные ТрекиМощные БасыДискотека 2000Песни про папуХристианские ПесниЗимняя МузыкаМузыка Для МедитацииРусские Хиты 90ХГрустная МузыкаRomantic SaxophoneТанцевальный хип-хопНовогодние песниЗарубежные хиты 80 — 90Песни про покемонаРомантическая МузыкаМотивация для тренировокМузыка для сексаМузыка в машинуДля силовых тренировокПремия «Grammy 2017»

Системные характеристики

PLC-модемы ILEVO специально адаптированы для каналов связи с нестабильными характеристиками и ориентированы на высокоскоростную передачу больших объемов цифровых данных с предельной скоростью до 200 Мбит/с на расстояния до 1,5 км. Для выбора оптимальной скорости передачи данных в условиях частотно избирательного затухания и наличия узкополосных помех применяется динамическое выключение и включение передачи сигнала (Dynamically turning off and on data-carrying signals). Каждый PLC-модем осуществляет постоянный мониторинг канала передачи с целью выявления участка спектра с превышением порогового затухания. В случае обнаружения данного факта использование этих частот на время прекращается до восстановления нормального значения затухания.
PLC-модемы ILEVO позволяют создавать оптимизированные виртуальные локальные сети (OVLANs) обеспечивающие разделение данных и резервирование маршрутов передачи информации с использованием протокола Spanning tree (STP). Кроме того поддерживается шифрование данных для защиты передаваемой информации и автоматическое дистанционное обновление встроенного программного обеспечения.

Системы автоматического и диспетчерского управления и централизованного учета энергопотребления

Автоматизированная система предназначена для локального управления потреблением тепловых ресурсов, а также централизованного сбора и обработки информации о работе ИТП и решения задач централизованного управления. Система коммерческого учета энергоресурсов (АСКУЭ, АИИС КУЭ) состоит из трех основных уровней: приборы учета, канал связи, обработка полученных данных. Приборы учета — электро-, тепло-, водосчетчики, различные датчики и регистраторы. Канал связи — PLC. Обработка данных — локальный или удаленный сервер с программным комплексом учета и контроля энергоресурсов.

• Учет электроэнергии.
• Учет воды.
• Учет тепла.
• Охранная сигнализация — выявляет наличие движения людей/объектов в запрещенной зоне или в нерабочее время суток, извещает оператора.
• Охранное видеонаблюдение.
• Пожарная сигнализация — не является заменой штатной сигнализации, выполняет дублирующие функции. Однако совместно с датчиком движения и/или с видеокамерой позволяет гораздо быстрее выявить возгорание.

Стандарт промышленной сети EtherCAT, разработка компании Beckhoff

Протокол и промышленная сеть EtherCAT — это, пожалуй, один из самых быстродействующих на сегодня способов передачи данных в системах автоматики. Сеть EtherCAT успешно используется в распределенных системах автоматизации, где взаимодействующие узлы разнесены на большое расстояние.

Протокол EtherCAT использует стандартные Ethernet-фреймы для передачи своих телеграмм, поэтому сохраняется совместимость с любым стандартным Ethernet-оборудованием и, по сути, прием и передача данных могут быть организованы на любом Ethernet-контроллере, при наличии соответствующего программного обеспечения.

Спецификация протокола открыта и доступна, но только в рамках ассоциации разработки — EtherCAT Technology Group.

Вот, как работает EtherCAT (зрелище завораживает, как игра Zuma Inca):

Высокая скорость обмена в этом протоколе —а речь может идти о единицах микросекунд— реализована благодаря тому, что разработчики отказались от обмена с помощью телеграмм, посылаемых непосредственно конкретному устройству. Вместо этого в сеть EtherCAT направляется одна телеграмма, адресованная всем устройствам одновременно, каждый из подчиненных узлов сбора и передачи информации (их еще часто называют УСО — устройство связи с объектом) забирает из нее «на лету» те данные, которые предназначались ему, и вставляет в телеграмму данные, который он готов предоставить для обмена. После этого телеграмма отправляется следующему подчиненному узлу, где происходит та же операция. Пройдя все УСО, телеграмма возвращается главному контроллеру, который на основе полученных от подчиненных устройств данных, реализует логику управления, опять же взаимодействуя посредством телеграммы с подчиненными узлами, которые выдают управляющий сигнал на оборудование.

Сеть EtherCAT может иметь любую топологию, но по сути это всегда будет кольцо — из-за использования полнодуплексного режима и двух разъемов Ethernet. Таким образом, телеграмма всегда будет передаваться последовательно каждому устройству на шине.

Кстати, спецификация EtherCAT не содержит ограничений физического уровня 100Base-TX, поэтому реализация протокола возможна на основе гигабитных и оптических линий.

Реализация протокола FBUS в компании Fastwel

Долго думали, включать ли в этот список российскую компанию Fastwel с ее отечественной реализацией промышленного протокола FBUS, но потом все же решились написать пару абзацев для лучшего понимания реалий импортозамещения.

Существует две физические реализации FBUS. Одна из них — это шина, в которой протокол FBUS работает поверх стандарта RS485. Кроме этого есть реализация FBUS в промышленной сети Ethernet.

FBUS сложно назвать быстродействующим протоколом, время ответа сильно зависит от количества модулей ввода-вывода на шине и от параметров обмена, обычно оно колеблется в пределах 0,5—10 миллисекунд. Один подчиненный узел FBUS может содержать только 64 модуля ввода-вывода. Для полевой шины длина кабеля не может превышать 1 метр, поэтому о распределенных системах речь не идет. Вернее идет, но только при использовании промышленной сети FBUS поверх TCP/IP, что означает увеличение времени опроса в несколько раз. Для подключения модулей могут использоваться удлинители шины, что позволяет удобно расположить модули в шкафу автоматики.

Недостатки и возможные проблемы в технологии PLC

► на коротких и средних волнах может отмечаться нарушение приема;

► снижение скорости в пределах от 5 до 50% может отмечаться при использовании зарядных устройств, блоков питания или некачественных энергосберегающих ламп;

► использование электропроводки предусматривает деление пропускной способности между всеми ее участниками;

► не функционирует через источники бесперебойного питания и сетевые фильтры.

Данная технология позволяет обеспечить широкополосный цифровой канал там, где помимо электросетей не имеется других коммуникаций. Сегодня в качестве средства передачи информации в рамках технологии PLC используются провода питания на столбах, витая пара (телефонный кабель), коаксиальный кабель (тв-кабель).

Области применения

PLC является проверенной, устоявшейся и признанной технологией, поэтому имеет огромную область применения, а именно:

• Создание телекоммуникационных сетей с использованием электрических сетей на Ethernet платформе.
• Автоматизированный сбор информации, позволяющий работать в режиме реального времени, через системы на базе TCP/IP.
• Передача видео через VLANs с помощью IP камер.
• Наблюдение за трансформаторными подстанциями.
• Координирование системой городского освещения.
• Автоматизированные системы измерения учета электроэнергии.

Примеры использования технологии PLC

• Технологию PowerLine можно применить при формировании локальной сети в малых офисах, где основным способом будет являться простота осуществления, мобильность устройств и легкая расширяемость.
• PowerLine технология предоставляет новые возможности при воплощении идеи «Умного дома», где вся бытовая техника была бы завязана в единую информационную сеть с возможностью единого управления. Электрическая сеть – идеальная среда передачи сигналов управления между бытовыми приборами, которые работают в сети 110/220В.

Автоматизированная система управления наружным и внутренним освещением (АСУНО и АСУВО)

Рис. 3. PLC-плата 300LED

Автоматизированная система управления на базе светодиодных светильников предназначена для централизованного автоматического и оперативно-диспетчерского управления наружным освещением улиц, а также освещением объектов на предприятии. Система позволяет существенно снизить потребление электроэнергии для внутренних светильников до 80%, для наружного освещения — до 30%, увеличить срок службы светильников в 3–5 раз, снизить расходы на техобслуживание светильников, срок окупаемости составит 1–2 года. На рис. 3 представлена PLC-плата серии 300LED, встраиваемая в светильник.

• Автоматическое управление освещением (включение/выключение, яркость свечения) — каждым светильником в отдельности или группой светильников:
  • по предварительно составленной программе;
  • в зависимости от уровня естественной освещенности;
  • по датчику движения и/или акустическому датчику.
• Контроль технических параметров светильников (встроенные в светильник датчики температуры, влажности, тока, напряжения) с выводом на пульт оператора:
  • текущих параметров светильника — ток потребления, напряжение питания, температура, влажность;
  • учет времени работы светильника в течение всего срока эксплуатации;
  • прогнозирование возможных неисправностей и сроков замены светильника.
• Обработка и передача в соответствии со стандартами: ШИМ, DALI, 0–10.

• АСУО помещения — самостоятельная система, управляющая одной или несколькими группами светильников в одном или нескольких помещениях.
  • Блок управления светильником устанавливается внутрь светильника и управляет одним или несколькими светильниками. Состоит из PLC-модема и блока питания светильника.
  • Модемы применяют Mesh (SmartGrid) топологию, при которой каждый модем может передавать данные любому другому модему, выступая ретранслятором. Таким образом обеспечивается теоретически неограниченная площадь покрытия. Работа всей системы координируется управляющим блоком, называемым концентратором, который расположен непосредственно у компьютера центрального пульта (ЦП).
  • В зависимости от расположения помещений, оборудованных управляемыми светильниками, и их удаленности от ЦП может потребоваться установка дополнительных модемов для ретрансляции сигнала, например в этажных щитках здания. При наличии можно задействовать существующую инфраструктуру здания — коаксиальный кабель, витую пару, иные выделенные линии. В этом случае возможно существенное снижение стоимости проекта за счет уменьшения количества используемых модемов.
• АСУО здания — централизованная компьютеризованная система управления, охватывающая освещение и другие системы целого здания или группы зданий.

Работа данной системы аналогична работе АСУО помещения за исключением того, что в этом случае не потребуется установка дополнительных ретрансляторов связи внутри здания, поскольку каждый модем светильника является еще и ретранслятором сигнала.

АСУО наружного освещения аналогична АСУО зданий, за исключением наружного исполнения.

Преимущества двухканального модема серии 300LED:

• Два PLC-чипа на разные диапазоны для увеличения надежности связи. Фактически это два модема в одном, которые управляются единым микроконтроллером.
• В модеме TL300LED.2 благодаря наличию дублирующего канала исключена потеря связи при сильных помехах и при сильном понижении импеданса электросети (внезапном включении мощной нагрузки).
• Высокие требования по надежности — расширенный температурный диапазон, большие запасы по напряжению питания, усиленная защита от импульсных бросков напряжения по линии связи (электросети).
• Для работы модемов в сложных электромагнитных условиях разработаны специальные прошивки, позволяющие с многократными переповторами передавать сигнал по нескольким каналам одновременно.
• Модемы поддерживают ретрансляцию с режимом автоматического конфигурирования и реконфигурирования сети.

Наличие второго, более широкополосного и скоростного канала позволяет установить, например, камеры видеонаблюдения или подключить иное оборудование, требующее повышенной пропускной способности.

Достоинства одноканальных модемов серии 300LED:

• Намного более высокая скорость, чем у аналогичных устройств.
• Построенная сеть будет работо­способна через 5 мин после включения.
• В случае изменений условий в электрической сети в течение 5 мин будет произведена автоматическая деконфигурация с устранением временной нетрудоспособности пропавшего узла.

Выводы

Подводя итог вышесказанному, можно с уверенностью сказать, что Powerline Communication (PLC) очень перспективная технология. В теории данная сеть может быть реализована на любом участке, на котором есть линии электроснабжения, но особенно привлекательна эта технология для небольших офисов и домашних сетей. Потенциальные преимущество сети PLC колоссальны. Отсюда следует, если данная технология в дальнейшем будет также динамично развиваться, а специалисты запада пророчат ей большое будущее, то это может серьезно изменить текущую ситуацию на рынке телекоммуникационных услуг.