Меню

Схемы электросчетчиков с plc



Схемы электросчетчиков с plc

Учет электроэнергии для предприятий

Комплексные решения для малого и среднего бизнеса

Передача почасовых отчетов в энергокомпании

Сдача отчетности в форматах 80020 по регламентам энергокомпаний

Снижение стоимости электроэнергии до 35%

Перевод на выгодную ценовую категорию «Под ключ»

Контроль качества электроэнергии

Фиксация отклонений напряжения и подготовка претензий к энергокомпаниям

Оперативный контроль электропотребления объектов в любое время на своем мобильном устройстве

Электросчётчики с модемами

Комплекты оборудования для быстрого внедрения АСКУЭ

Решения на базе Ваших счётчиков

АСКУЭ с модемом или без него

Обзор систем АСКУЭ: технология PLC

Технология PLC подразумевает передачу данных от электросчетчиков по силовой сети, т.е. по тем же самым проводам, по которым напряжение подводится к потребителю.

Технически передача данных происходит на частотах, отличных от стандартной частоты электрического тока равной 50 Гц. Диапазон частот, на котором происходит передача данных, регламентируется стандартами и в разных странах может отличаться.

Эта технология получила большую популярность, и уже практически каждый производитель электросчетчиков поддерживает способ передачи данных по силовой сети.

Но, не все так просто, как кажется.

Помехи

Обычно, счетчики с PLC-модемами очень просты в настройке, но с другой стороны не редкость, когда такие счетчики перестают опрашиваться из-за помех в электросети.

Как уже было сказано, сигнал идет по силовой сети. Из-за этого на скорость и надёжность связи отрицательно влияют электробытовые приборы, например сварочные аппараты, а иногда и неисправные энергосберегающие лампы, генерирующие помехи в сеть. Также негативно влияют скрутки и заниженное сечение проводов, приводящие к росту сопротивления и нагреву проводников.

Для повышения качества передачи данных по силовым сетям, производители счетчиков предлагают устанавливать фильтрующие устройства, а также проводить предварительные замеры уровня сигнала и уровня помех в сети.

Здесь же следует отметить, что в одной электросети не могут использоваться одновременно системы двух и более производителей. Они будут «глушить» друг друга. С ростом популярности систем передачи данных по силовой сети, данная проблема будет усугубляться. Появляются устройства из серий «умный дом» и «домашний интернет» с использованием данной технологии. Все это может отрицательно повлиять на работоспособность системы сбора данных.

Низкая скорость передачи данных

Малая скорость передачи данных делает невозможным шифрование передаваемых данных. А это в свою очередь не обеспечивает требования безопасности и дает возможность постороннего вмешательства в настройки электросчетчика (например, изменение тарифного расписания). В интернете уже были публикации о самовольном перепрограммировании электросчетчиков по каналам связи через PLC.

Концентраторы (шлюзы, маршрутизаторы и т.п.)

Чтобы получать показания по силовой сети, кроме счетчиков с PLC-модемами, необходимы еще и устройства для сбора данных — концентраторы.

Задача концентраторов заключается в том, что бы регулярно опрашивать счетчики и хранить показания за много дней.

Концентраторы устанавливаются обычно в трансформаторной подстанции по одному на каждую фазу. У некоторых производителей идут устройства сбора данных в трехфазном исполнении.

К концентраторам можно подключить GSM модем, для передачи в диспетчерский пункт накопленной информации.

Ретрансляторы

При выборе PLC-системы требуется следить за дальностью передачи данных. Может получиться так, что счетчик в конце воздушной линии просто не будет опрашиваться. Решает эту проблему ретрансляция данных, поэтому при выборе PLC-системы для передачи данных, нужно обращать внимание имеется ли эта функция.

Copyright — © яЭнергетик, 2020г. При любом использовании опубликованных материалов и содержимого данной статьи требуется указывать источник «яЭнергетик.рф»

Источник

Реализация «умных» сетей на базе компонентов PLC от Texas Instruments

21 октября 2013

Технология передачи данных по сетям электропитания (PLC — power line communications) позволяет ввести автоматизированную систему управления в новую или уже существующую инфраструктуру, минимизируя затраты как при разработке проекта инфраструктуры, так и при прокладке дополнительных сетей передачи данных.

Идея PLC ведет начало с 1838 года, когда Эдвард Дэйви предложил использовать подобную технологию для дистанционного измерения уровней напряжения батарей на Ливерпульской телеграфной системе. Однако, лишь с появлением современных компонентов, позволяющих бюджетно реализовать необходимую вычислительную мощность (OFDM, о котором будет сказано ниже, достаточно долго «пылился на полке» из-за сложности реализации), технология PLC действительно стала актуальной и доступной в промышленном и в домашнем секторах, обеспечив необходимую надежность, скорость и простоту развертывания.

В настоящее время PLC используется, в основном, в системах энергоучета, простой автоматизации (освещение, приводы механизмов). Реже — это «последняя миля» в сетях передачи данных (Интернет), в голосовой связи. Развитие технологии сделало возможным использование не только в сетях переменного тока. Отсутствие дополнительных проводов оказалось настолько привлекательным, что сейчас осуществляется интеграция PLC даже в системы электропроводки автомобилей.

Технология

Основа PLC — модуляция фазы силовой линии, использование ее как несущей. Вариантов модуляции четыре: частотная (FSK — Frequency Shift Keying), частотная с разнесенными частотами (S-FSK — Spread Frequency Shift Keying), двоичная фазовая (BPSK — Binary Phase Shift Keying) и ортогональное мультиплексирование с частотным разделением каналов (OFDM — Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Выбор варианта определяется двумя критериями — эффективностью использования полосы частот и сложностью реализации, что, в свою очередь, определяет скорость передачи данных и помехоустойчивость. OFDM — наиболее скоростной и помехоустойчивый, но сложен в реализации, так как требователен к вычислительным ресурсам, в то время как BPSK и FSK легко реализуются, но обеспечивают лишь низкие скорости. Для FSK требуется синхронизация при переходе фазы через ноль, что ограничивает его использование только сетями переменного тока.

Кроме того, PLC-системы реализуются с учетом требований стандартов (IEC 61334, PRIME, G3 и других) или местных регуляторных требований (CENELEC, FCC и т.д.).

В таблицах 1 и 2 показаны сравнительные характеристики основных вариантов модуляции, стандартов и требований.

Таблица 1. Основные стандарты для PLC, поддерживаемые компанией TI

Стандарт Модуляция Диапазон
частот, кГц
Количество
поднесущих
Максимальная скорость обмена
данными, кБод
IEC 61334 SFSK 60…76 2 1,2…2,4
PRIME OFDM 42…90 97 128
G3 OFDM 35…90 36 34
G3-FCC OFDM 145…314 36 206
314…478 36 206
145…478 72 289
P1901.2 OFDM 35…90 36 34
P1901.2-FCC OFDM 145…314 36 217
314…478 36 217
145…478 72 290
PLC-Lite OFDM 35…90 49 21
Читайте также:  Что делать после опломбировки электросчетчика

Таблица 2. Регуляторные инструкции

Регион Инструкция Диапазон частот, кГц Примечания
Европа CENELEC A 3…95 для поставщиков электроэнергии
CENELEC B 95…125 для пользовательских приложений
CENELEC C 125…140 для пользовательских приложений (стандарт CSMA)
CENELEC D 140…148,5 для пользовательских приложений
США FCC 10…490
Япония ARIB 10…450
Китай EPRI 3…500 (3…90)

PRIME

Альянс PRIME разработал стандарт с возможностью адаптации к параметрам физической среды передачи. Экспериментальным методом было обнаружено, что для достижения оптимальных результатов передачи данных необходимо 96 поднесущих. Топология сети — древовидная, с двумя типами узлов — базовым (корень дерева сети) и сервисными. Сервисные узлы способны работать в двух режимах — терминала и коммутатора, причем, переключение между режимами возможно в любой момент, в зависимости от требований сети, а режим коммутатора совмещает в себе режим терминала. Всего в сети может быть 1200 узлов, 32 из которых могут находится в режиме коммутатора, и осуществляется адресация до 3600 подсоединений.

Основное преимущество данного стандарта в открытости технологии, высокой скорости передачи данных и поддержке огромным числом производителей, что обеспечивает взаимозаменяемость оборудования, а также — возможность работы в режиме SFSK, обеспечивая совместимость с более старым оборудованием.

В отличие от PRIME, изначально стандарт G3 разрабатывался компанией Maxim Integrated для французской компании ERDF, и лишь позже произошло объединение более десяти компаний в G3-PLC Alliance, что сделало G3 открытым.

G3 имеет более сложную систему кодирования (код Рида-Соломона), топологию ячеистой сети с максимальным количеством узлов — 1024. Стандарт более помехоустойчив, чем PRIME, но скорость передачи данных существенно ниже.

Помимо топологии и скорости, у G3 имеются два серьезных преимущества перед PRIME: первый — это возможность осуществлять связь через трансформаторы. Учитывая, что дальность связи без повторителей может достигать 10 км, данная особенность снижает количество концентраторов до максимально эффективного числа, что уменьшает общую стоимость проекта.

Вторая особенность — наличие 6LoWPAN-уровня, что позволяет осуществлять передачу IPv6-пакетов для интеграции с сетью Интернет.

G3 не поддерживает устройства SFSK, но допускает параллельную работу с ними на одной линии.

PLC-Lite

Помимо международных стандартов, существуют иные решения. Компания Texas Instruments предлагает собственный стандарт PLC-Lite.

Преимущество этого стандарта — более гибкий подход к реализации PLC, разработчики оборудования могут оптимизировать характеристики для улучшения передачи данных, и там, где G3 и PRIME испытывают затруднения из-за помех, PLC-Lite успешно справится. Кроме того, реализация PLC-Lite имеет низкую стоимость, что позволяет использовать его в недорогих проектах.

Существует еще одно важное свойство PLC-Lite: для небольших задач предусмотрено использование микроконтроллера PLC-модема, что позволяет обойтись от использования хост-контроллера. Это настолько упрощает разработку устройств и снижает стоимость, что становится экономически возможной интеграция PLC-модемов в сеть на бытовом уровне «выключатель — лампочка». Ниже будет описан один из проектов, показывающий эффективность такого решения.

Аппаратная реализация

Для реализации данной технологии используются PLC-модемы, которые условно можно разделить на три составляющие: согласующий модуль с силовой сетью, аналоговая и цифровая части. Реализация модемов разнообразна — существуют как одночиповые решения, так и многоэлементные. На рисунке 1 показана типичная схема PLC-модема для OFDM (для FSK и G3 дополнительно потребуется детектор перехода фазы через ноль (Zero-Cross detector).

Рис. 1. Стандартный PLC-модем от TI

Для обеспечения обработки аналогового сигнала компания TI предлагает микросхемы AFE030, AFE031 и AFE032, которые отличаются величиной выходной токовой нагрузки передатчика, количеством детекторов перехода фазы через ноль (два — у AFE030 и AFE031, три — у AFE032) и возможностью программирования фильтра (AFE032). Эти микросхемы позволяют реализовать FSK-, SFSK- и OFDM-модуляцию в соответствии с требованиями CENELEC. Блок-схема микросхем на примере AFE031 представлена на рисунке 2, а подробная функциональность и особенности описаны в нашем журнале ранее: НЭ №10/2012: «Любой протокол — по проводам: решения Texas Instruments для PLC-систем передачи данных» и НЭ №7/2011: «Концерт для счетчика и сети: PLC-модемы компании Texas Instruments».

Рис. 2. Блок-схема AFE031 — аналоговой части PLC-модема

«Мозгом» модема является микроконтроллер семейства C2000 компании TI, оптимизированный для работы в PLC-модемах в качестве DSP. В настоящий момент компания TI предлагает несколько решений, базирующихся на региональных требованиях и стандартах и учитывающих оптимальность требуемых параметров. К примеру, если требуется разветвленная сеть системы сбора данных энергоучета в соответствии с CENELEC и стандартами G3 и/или PRIME, то идеальным решением будет PLC-модем, построенный на базе F28PLC83 в связке с аналоговым блоком AFE031, это же решение с использованием FlexOFDM (PLC-Lite) позволит осуществить связь в условиях сильных помех. Если же требуется относительно простая система на уровне «точка-точка», то пара F28PLC35/AFE030 стандарта PLC-Lite подойдет наилучшим образом. В частности, F28PLC35/AFE030 идеально подходит для построения связей внутри одного объекта, например, для управления/автоматизации освещения, водоснабжения и прочих систем.

Разумеется, решения можно использовать комплексно, например, недорогой F28PLC35/AFE030 может использоваться для передачи данных от энергосчетчика к домашнему дисплею и к коллектору данных, более мощный — от коллектора к дата-центру.

В таблице 3 приведены сравнительные характеристики вышеназванных решений.

Таблица 3. Решения PLC-модемов от TI

Особенности F28PLC35/AFE030 (PLC-Lite) F28PLC83/AFE031 (CEN-A/BCD) F28M35/AFE032 (FCC)
Региональный диапазон частот CELENEC A, CENELEC BCD half band CENELEC A, B, C, D with Tone Masks CENELEC A,B,C,D, FCC, ARIB
Стандарт FlexOFDM PRIME/G3/IEC 61334/FlexOFDM P1901.2/G3-FCC
Скорость передачи
данных, кБод
21 64…128 200
Стоимость очень низкая низкая средняя
CPU, МГц 60 90 (VCU-I) 150 (VCU-I)
Преимущества низкая стоимость надежность OFDM гибкий выбор диапазона высокая производительность NBI CLA для приложений CSMA/CA MAC множество стандартов сертифицированный SW улучшенный алгоритм приема простой пользовательский интерфейс множество стандартов высокая производительность допонительные методы надежности Adaptive Tone Mask проверен практикой
Иcпользование In-Home Display (IHD) Home Area Network (HAN) Automatic Meter Reading (AMR) Advanced Metering Infrastructure (AMI) In-Home Display (IHD) (Home Area Network) HAN Energy Gateway Automatic Meter Reading (AMR) Advanced Metering Infrastructure (AMI) Electric Vehicle Supply Equipment (EVSE) In-Home Display (IHD) (Home Area Network) HAN Energy Gateway
Читайте также:  Трансформатор тока для трехфазных электросчетчиков

Практическое применение

Способность легкой интеграции технологии PLC практически везде, где есть силовые сети, открыла широкие возможности для энергосбытовых компаний, позволив реализовать управление потребителем и обратную связь с потребителем. Оснащение приборов учета PLC-модемами позволит:

  • упростить фискальность;
  • осуществлять сбор статистики по качеству и количеству энергоснабжения с очень точной привязкой ко времени;
  • прогнозировать энергопоставки;
  • оценивать состояние линий;
  • оперативно вмешиваться в текущее состояние, например, осуществлять приоритетное подключение потребителей в аварийных ситуациях;
  • снизить вероятность возникновения аварийных ситуаций за счет «направленной превентивности» в обслуживании линий энергопередач.

На данный момент существует потребность в счетчиках для ЖКХ различного типа. Компания TI готова предложить различные варианты решений (в том числе — программно-отладочные средства), позволяющие построить «умную» сеть практически под любые требования (рисунок 3). Рассмотрим практический пример энергоучета на базе этих решений.

Рис. 3. Блок-схема автоматической системы измерения

Обычно в домах присутствует как минимум три счетчика — счетчик электроэнергии и два счетчика водоснабжения. Однако, их может быть гораздо больше: существуют проекты домов, где есть газоснабжение, водоснабжение подводится дважды, что требует наличия уже четырех счетчиков. И, если с электросчетчиком особых проблем нет, то с остальными необходимо осуществить достоверную связь с помощью иного интерфейса. Да и существование в сети каждого счетчика индивидуально не представляется практичным. Добавим необходимость аварийного отключения систем энергоснабжения (а за рубежом — еще и отключение по окончанию оплаты) — это потребует дополнительных датчиков и исполнительных механизмов. Кроме того, конечному пользователю крайне любопытно, сколько, где, когда и чего потрачено, а возможности «умной» сети сообщить ему такую информацию гораздо выше, чем у простого счетчика. Значит, необходим модуль отображения информации. А теперь давайте умножим все это на некоторое число квартир в доме, районе…

Поэтому в автоматизированной измерительной инфраструктуре (AMI) присутствует важный элемент — концентратор данных (рисунок 4).

Рис. 4. Пример концентратора данных от TI

Условно модуль концентратора можно разделить на четыре части: основной процессор приложений, модуль связи c сервером данных (и с некоторыми счетчиками) на базе PLC-модема, блок питания и интерфейсные модули для связи со счетчиками и пользователями по множеству различных интерфейсов.

Основой концентратора служит процессор TI семейства Sitara AM335x (ARM Cortex-A8) или семейства Stellaris (Cortex-M4) или ARM-DSP, что позволяет разработчику выбрать оптимальное по стоимости решение в зависимости от технических условий.

Большое количество интерфейсов у концентратора данных позволит собрать данные со счетчиков или обеспечить связь с сервером там, где применение технологии PLC по каким-либо причинам оказалось невозможным.

Благодаря возможности процессора PLC-модема от TI выполнять пользовательские приложения, схема автоматизированной системы измерения становится достаточно проста, а ее построение весьма гибко: электросчетчик совместно с PLC-модемом и дополнительными интерфейсами способен осуществлять сбор данных с других счетчиков, управлять исполнительными механизмами и отображать информацию для пользователя. На рисунке 5 показано типовое решение электросчетчика, рассчитанного на широкую универсальность.

Рис. 5. Пример электросчетчика на базе компонентов TI

Типовые решения счетчиков газо- и водоснабжения выполнены на базе микроконтроллеров TI серии MSP430, отличающихся низким потреблением тока, что делает возможным батарейное питание. На рисунке 6 и 7 видно, что, помимо основных систем измерения, отображения и связи, присутствует RFID-модуль. который обеспечивает режим авансовой оплаты услуг газо- и водоснабжения.

Рис. 6. Пример счетчика газоснабжения на базе компонентов TI

Рис. 7. Пример счетчика водоснабжения на базе компонентов TI

Помимо возможности контроля показаний непосредственно на счетчиках, в «умной» сети присутствует In-Home Display — центральный информационный дисплей (рисунок 8), благодаря которому нет необходимости проверять каждый счетчик по отдельности, все можно увидеть сразу. Это позволяет монтировать счетчики более удобно и/или не нарушать дизайн дома — как правило, в обычных случаях либо доступ к счетчику затруднен, и считывание показаний становится проблемой для пользователя, либо счетчик становится несимпатичной частью интерьера.

Рис. 8. Информационный дисплей

Оснащение ЖКХ системами такого рода позволяет получить множество положительных моментов:

  • централизованный сбор информации о количестве потребленной энергии от всех пользователей сети позволяет своевременно выставлять счета с указанием точной суммы, вводить различные системы тарификации и осуществлять предупредительные и ограничительные меры при превышении лимита или нарушении правил энергопотребления;
  • более грамотное распределение средств на модернизацию и ремонт систем на основе информации о сбоях в системах энергопотребления и потребностях на отдельных участках;
  • возможность оперативно локализовывать и решать аварийные ситуации.

Кроме того, система настолько гибка, что позволяет вносить существенные дополнения без какого-либо глобального перестроения. Например, интеграция в систему датчиков утечек газа позволит внести превентивные меры по обеспечению безопасности.

К сожалению, для внедрения такой системы требуется решение серьезных организационных вопросов (и некоторые капиталовложения) со стороны энергосбытовых компаний и ЖКХ. Однако, такая система вполне оправдывает свое существование ради, удобства пользователя.

Автоматизация измерений — лишь одно из направлений применения технологии PLC. Немаловажная часть — возможность автоматизированного управления различными системами, такими как освещение, вентиляция, электроприводы ворот и жалюзи, системы альтернативного электропитания (рисунок 9).

Рис. 9. Блок-схема автоматизированной системы управления

Благодаря широким возможностями микроконтроллера концентратора данных TI осуществляется целый ряд удобных, а иногда и необходимых возможностей управления:

  • контроль и управление всеми системами;
  • удаленное подключение через интернет;
  • автоматическое включение освещения по календарю или датчику;
  • автоматическое подключение аварийного источника питания с «умным» подключением потребителей;
  • выборочное или общее отключение систем при аварийных ситуациях;
  • дистанционное управление с пульта (например, открывание ворот гаража).
Читайте также:  Схема подключения электросчетчика со 51пк

Разумеется, существуют альтернативные решения: собственные решения производителей освещения, электроприводов ворот и проч. Преимущество же решения на базе PLC-компонентов от TI — в возможности интеграции в уже существующий объект без каких-либо значительных изменений, а также — в универсальности.

В конечном итоге, единое управление намного проще, надежнее и удобней (неплохим примером могут служить два варианта аудио-видео техники: одного производителя с единым пультом управления и нескольких разных, с соответствующим количеством пультов), и дает возможность легкого расширения системы.

В некоторых случаях использование PLC-модемов может вообще быть единственным простым и экономически выгодным решением. Рассмотрим следующий типовой пример: коттедж, гостиная с четырьмя точками входа (улица, двор, лестница на второй этаж, кухня). Включение освещения в гостиной становится проблематичным — дешевое решение (один выключатель) просто неудобно. Удобно наличие четырех перекрестных (проходных) выключателей, по одному в каждой точке входа. Это позволит управлять освещением с любой точки, не делая лишних движений (при выключении — в темноте). Но для реализации необходимо к двум выключателям провести три провода, а еще к двум — четыре.

И ведь это управление одной лампой. Если же в люстре две и более групп ламп, количество проводов резко возрастает. Стоимость двухклавишного перекрестного выключателя даже без учета стоимости проводов уже сравнима со стоимостью PLC-модема. Стоимость работ по монтажу такой системы также достаточно высока. Попробуем создать такую же систему с возможностью регулировки яркости, и придется интегрировать что-то дистанционное непосредственно в лампу.

Применение PLC-модема производства компании TI избавляет от необходимости прокладки дополнительных кабелей, более того, заставляет несколько по-иному взглянуть на классическую систему: PLC-модем в роли выключателя и регулятора может быть интегрирован не только в точку подключения выключателя, но и в линию розеток. Подключение ламп также упрощается (не требуется разводки с выключателями). Количество и характер управления лампами становится несущественным. Дизайн выключателей (регуляторов) получает безграничные возможности. Кроме того, объединение в общую «умную» сеть позволяет реализовать систему аварийного освещения, не прокладывая ни единого дополнительного кабеля.

Отладочные средства производства TI

Для разработки систем на базе технологии PLC компания TI предлагает следующее:

  • MODEM DEVELOPER’S KIT TMDSPLCKIT-V3
  • Data Concentrator Evaluation Module TMDSDC3359

Набор TMDSPLCKIT-V3 включает в себя два PLC-модема, две управляющие карты на базе TMS320F28069, имеет встроенный USB-JTAG-эмулятор и все необходимые кабели. Также прилагается программное обеспечение для PLC, поддерживающее стандарты OFDM (PRIME, G3 и FlexOFDM) и S-FSK, и среда разработки Code Composer Studio v4.x с ограничением размера исполняемого кода 32 кбайт. Используемая микросхема аналоговой обработки сигнала — AFE031. Внешний вид одного из модемов показан на рисунке 10.

Рис. 10. TMDSPLCKIT-V3

Data Concentrator Evaluation Module TMDSDC3359 (рис. 11). Этот продукт позволяет отладить системы на базе концентратора данных. Построен на процессоре AM335x семейства Sitara ARM Cortex-A8 с OC Linux BSP. Плата имеет широкую периферию:

  • 2x USB;
  • 2x Ethernet;
  • 2x RS-232;
  • 3x RS-485;
  • инфракрасный приемопередатчик;
  • температурный датчик;
  • Sub-1ГГц и 2,4ГГц RF; AM335x.

Рис. 11. Data Concentrator Evaluation Module TMDSDC3359

Есть возможность подключения модуля для коммуникации по трехфазным сетям. Импульсный блок питания встроен.

Поддерживаемые стандарты — G3, PRIME.

Заключение

Использование технологии PLC для передачи данных обладает множеством преимуществ, позволяя в кратчайшие сроки и с минимальными затратами развернуть «умную» сеть, способную быстро адаптироваться под требуемые задачи, а благодаря возможностям стандартов G3 и PRIME — под среду передачи данных.

Компания Texas Instruments предоставляет комплексное решение, от микросхем до ПО, для реализации PLC-сетей в системах управления и сбора информации. Благодаря своей гибкости, такое решение позволяет реализовать систему для любого типа протокола и удовлетворяет возможные требования регуляторных инструкций.

Компания КОМПЭЛ является официальным дистрибьютором Texas Instruments и может обеспечить разработчиков как самими процессорами и аналоговыми микросхемами, так и средствами разработки для реализации собственных PLC-проектов.

Литература

4. Андрей Самоделов. Концерт для счетчика и сети: PLC-модемы компании Texas Instruments//Новости Электроники №7/2011.

5. Алексей Пазюк. Любой протокол — по проводам: решения Texas Instruments для PLC-систем передачи данных//Новости Электроники №10/2012.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail: analog.vesti@compel.ru

Приложение Bluetooth Smart SensorTag от TI облегчает разработку Bluetooth-приложений в устройствах на AndroidTM 4.3

Компания Texas Instruments объявила о выходе на рынок приложения для ОС Android под названием Bluetooth Smart SensorTag, последовавшем за интеграцией поддержки приложения Bluetooth Smart Ready в ОС Android 4.3 «Jelly Bean». Новый продукт, доступный для бесплатного скачивания по адресу www.ti.com/sensortag-app-android-eu, устраняет препятствия для разработчиков приложений, желающих воспользоваться преимуществами миллионов смартфонов и планшетов на ОС Android, которые вскоре будут оснащены Bluetooth Smart Ready. Разработка блока приложений Bluetooth Smart, поддерживаемых теперь ОС Android и iOS, стала проще и быстрее при помощи набора разработчика Sensor Tag на базе CC2541. В набор входят шесть датчиков широкого применения, размещенных на одной плате для быстрой оценки и демонстрации. Дополнительная информация о наборе Sensor Tag размещена по адресу www.ti.com/lprf-stdroid-pr-eu.

Набор Sensor Tag не требует знаний в области программного или аппаратного обеспечения, чтобы быстро запустить приложения Bluetooth Smart на смартфоне или планшете. Разработчики делятся своими достижениями, сделанными при помощи Sensor Tag, на странице Texas Wiki (http://processors.wiki.ti.com/index.php/Bluetooth_SensorTag?DCMP=lprf-stdroid-eu&HQS=lprf-stdroid-pr-wiki1-eu) и в Твиттере по хештэгу #SensorTag.

Шесть встроенных датчиков набора Sensor Tag, включая бесконтактный инфракрасный температурный датчик TMP006 от TI, помогают разработать многочисленные приложения в таких областях, как здравоохранение и образование, а также создавать новые аксессуары для мобильных устройств. С набором работает бесплатное, обновляемое «по воздуху», ПО BLE-Stack TM от TI. Набор Sensor Tag на базе CC2541 служит дополнением к другим решениям от TI — двухрежимному Bluetooth на базе СС2564 и WiLink TM .

Источник

Схемы электросчетчиков с plc



Технологии PLC

Технологии PLC (Power Line Communication) обеспечивает передачу данных по силовым линиям электропитания. Существует несколько разных технологий PLC: для передачи данных по высоковольтным ЛЭП, для передачи данных телеметрии и широкополосной передачи данных по низковольтным сетям.

Для построения систем АСКУЭ используются технологии PLC, обеспечивающие узкополосную передачу данных в диапазоне частот CENELEC A (35-91 кГц, Россия и Европа), CENELEC B (98-122 кГц, некоторые страны Европы), FCC (155-487 кГц, США).
На настоящий момент на рынке существуют стандартизованные технологии передачи данных PLC PRIME, G3PLC, обеспечивающие сравнимые характеристики, а также ряд проприетарных технологий, часть из которых не соответствует нормам излучения по частоте или мощности, на что следует обращать особое внимание при выборе PLC-технологии.

Варианты реализаций технологии PLC от компании Инкотекс:

PLC II: Проприетарная, проверенная годами технология PLC, работающая в стандартном диапазоне CENELEC A. Технология представляет собой mesh-сеть с автоматическим перестроением маршрутов и автоматической ретрансляцией для увеличения дальности связи от концентратора до счетчиков электроэнергии. Технология обладает относительно небольшой скоростью передачи данных, но высокой надежностью, подтвержденной несколькими сотнями тысяч приборов учета, включенными в АСКУЭ на базе PLC II. Технология оптимальна для развертывания локальных систем, не предъявляющих повышенных требований к объемам собираемых данных и достаточна для построения АСКУЭ с функциями сбора суточных показаний, журналов событий и функциями управления нагрузкой.

PRIME: Технология является международным стандартом и используется огромным количеством производителей систем и приборов учета. Хорошо адаптирована к параметрам физической среды передачи данных, обеспечивает высокую скорость передачи данных (до 1 Мбит/c) и возможность мониторинга PLC сети в режиме реального времени.

В технологии используется древовидная топология сети, в которой есть базовый узел (контроллер/роутер/УСПД) и служебные узлы (счетчики). Передача данных между служебным и базовым узлами допускает до 1024 ретрансляций. Построение маршрутов и регистрация узлов выполняется автоматически.

Для взаимозаменяемости счетчиков разных производителей должна быть обеспечена совместимость на уровне протоколов обмена. Счетчики торговой марки «Меркурий», использующие технологию PRIME, поддерживают стандартный протокол обмена СПОДЭС на основе DLMS/COSEM.

Стандарт PRIME 1.4 обеспечивает наилучшее качество связи по сравнению с другими технологияи PLC.


G3PLC: Технология также является международным открытым стандартом, ориентированным на глобальное применение. Используется топология mesh-сети. По сравнению с PRIME скорость передачи данных существенно ниже до 35 Кбит/c (CENELEC)/128 Кбит/c (ARIB).
Достоинством стандарта является передача IPv6-пакетов в сеть Интернет, работа с различными типами оборудования, не только со счетчиками электроэнергии.

Типовая дальность связи при использовании PLC (без ретрансляции) составляет порядка 100 м, максимальная – 400 м. Дальность связи зависит от качества электрической сети (наличие скруток, множественных отпаек и т.п.) и наличия помех. Дальность связи практически не зависит от используемой технологии связи. Меньшую дальность обеспечивают старые системы, большую – только системы, работающих в нестандартном (запрещенном) частотном диапазоне или с превышением разрешенной мощности.

Преимущества технологий PLC

  • крайне низкие затраты на развертывание и эксплуатацию. Фактически, если есть линия электропитания, значит есть и канал связи со счетчиком.

Особенности PLC

  • чувствительность к помехам, генерируемым некачественным оборудованием потребителей (некачественные блоки питания, несоответствующие нормам электромагнитной совместимости, частотные приводы без использования обязательных для них фильтров радиопомех и т.п.)

Источник

Схемы электросчетчиков с plc

Учет электроэнергии для предприятий

Комплексные решения для малого и среднего бизнеса

Передача почасовых отчетов в энергокомпании

Сдача отчетности в форматах 80020 по регламентам энергокомпаний

Снижение стоимости электроэнергии до 35%

Перевод на выгодную ценовую категорию «Под ключ»

Контроль качества электроэнергии

Фиксация отклонений напряжения и подготовка претензий к энергокомпаниям

Оперативный контроль электропотребления объектов в любое время на своем мобильном устройстве

Электросчётчики с модемами

Комплекты оборудования для быстрого внедрения АСКУЭ

Решения на базе Ваших счётчиков

АСКУЭ с модемом или без него

Обзор систем АСКУЭ: технология PLC

Технология PLC подразумевает передачу данных от электросчетчиков по силовой сети, т.е. по тем же самым проводам, по которым напряжение подводится к потребителю.

Технически передача данных происходит на частотах, отличных от стандартной частоты электрического тока равной 50 Гц. Диапазон частот, на котором происходит передача данных, регламентируется стандартами и в разных странах может отличаться.

Эта технология получила большую популярность, и уже практически каждый производитель электросчетчиков поддерживает способ передачи данных по силовой сети.

Но, не все так просто, как кажется.

Помехи

Обычно, счетчики с PLC-модемами очень просты в настройке, но с другой стороны не редкость, когда такие счетчики перестают опрашиваться из-за помех в электросети.

Как уже было сказано, сигнал идет по силовой сети. Из-за этого на скорость и надёжность связи отрицательно влияют электробытовые приборы, например сварочные аппараты, а иногда и неисправные энергосберегающие лампы, генерирующие помехи в сеть. Также негативно влияют скрутки и заниженное сечение проводов, приводящие к росту сопротивления и нагреву проводников.

Для повышения качества передачи данных по силовым сетям, производители счетчиков предлагают устанавливать фильтрующие устройства, а также проводить предварительные замеры уровня сигнала и уровня помех в сети.

Здесь же следует отметить, что в одной электросети не могут использоваться одновременно системы двух и более производителей. Они будут «глушить» друг друга. С ростом популярности систем передачи данных по силовой сети, данная проблема будет усугубляться. Появляются устройства из серий «умный дом» и «домашний интернет» с использованием данной технологии. Все это может отрицательно повлиять на работоспособность системы сбора данных.

Низкая скорость передачи данных

Малая скорость передачи данных делает невозможным шифрование передаваемых данных. А это в свою очередь не обеспечивает требования безопасности и дает возможность постороннего вмешательства в настройки электросчетчика (например, изменение тарифного расписания). В интернете уже были публикации о самовольном перепрограммировании электросчетчиков по каналам связи через PLC.

Читайте также:  Электросчетчик 5см4 межповерочный интервал

Концентраторы (шлюзы, маршрутизаторы и т.п.)

Чтобы получать показания по силовой сети, кроме счетчиков с PLC-модемами, необходимы еще и устройства для сбора данных — концентраторы.

Задача концентраторов заключается в том, что бы регулярно опрашивать счетчики и хранить показания за много дней.

Концентраторы устанавливаются обычно в трансформаторной подстанции по одному на каждую фазу. У некоторых производителей идут устройства сбора данных в трехфазном исполнении.

К концентраторам можно подключить GSM модем, для передачи в диспетчерский пункт накопленной информации.

Ретрансляторы

При выборе PLC-системы требуется следить за дальностью передачи данных. Может получиться так, что счетчик в конце воздушной линии просто не будет опрашиваться. Решает эту проблему ретрансляция данных, поэтому при выборе PLC-системы для передачи данных, нужно обращать внимание имеется ли эта функция.

Copyright — © яЭнергетик, 2020г. При любом использовании опубликованных материалов и содержимого данной статьи требуется указывать источник «яЭнергетик.рф»

Источник

Концерт для счетчика и сети: PLC-модемы компании Texas Instruments

1 сентября 2011

Основными типами модуляции, которая используется при обмене данными по силовым сетям (PLC) с помощью специальных устройств — PLC-модемов, являются частотная манипуляция (Frequency Shift Keying, FSK), частотная манипуляция с разнесенными частотами (Spread Frequency Shift Keying, S-FSK) и ортогональное мультиплексирование с частотным разделением каналов (OFDM). Наиболее популярным видом модуляции для PLC-модемов компании Texas Instruments (TI) является OFDM-модуляция. Этот выбор обусловлен ее высокой помехозащищенностью и наличием международных стандартов. Для повышения гибкости и адаптируемости к местным стандартам компания TI разработала и запатентовала собственный стандарт OFDM-модуляции — FlexOFDM. Кроме того PLC-модемы компании TI поддерживают стандарты PRIME и G3 для OFDM-модуляции.

OFDM-модуляция

OFDM-модуляция основана на многочастотном алгоритме Discrete Multi Tone (DMT), который был разработан и запатентован специалистами из Amati Communications (ныне подразделение Texas Instruments Internet Access group) в начале 1990-х. Сложность технической реализации не позволяла на начальных этапах использовать его для DSL-связи. С развитием микроконтроллеров, и прежде всего — DSP, появились многочисленные реализации алгоритма DMT, в частности, OFDM-модуляция.

Алгоритм DMT построен по принципу разделения всего диапазона частот, используемого для обмена данными, на несколько участков шириной по 4,3125 кГц, которые используются для независимой передачи данных.

При передаче данных информация распределяется между независимыми каналами пропорционально их пропускной способности. При приеме выполняется демультиплексирование каналов и восстановление исходного информационного потока.

Для повышения качества связи передатчик, исходя из уровня помех в частотном диапазоне участка, выбирает подходящую модуляционную схему и скорость передачи. На каналах с малым уровнем шумов часто используются алгоритмы QAM 64, а на более зашумленных каналах — более простые алгоритмы, например QPSK.

Алгоритм OFDM в отличие от DMT использует одно значение пропускной способности и скорости передачи данных для элементарных каналов всего частотного диапазона.

К достоинствам OFDM можно отнести высокую скорость передачи данных и способность отстраиваться от помех в линии. Еще одним достоинством алгоритма OFDM является наличие для него стандартов ITU и ANSI.

Основной недостаток метода — невозможность избирательной адаптации пропускной способности элементарных каналов к частотным характеристикам линии. Элементарные частотные каналы OFDM разделяются заградительными интервалами. При увеличении числа элементарных частотных каналов, пропорционально увеличивается ширина частотного интервала, который не может быть использован непосредственно для передачи данных. Это приводит к невысокой, по сравнению с базовым алгоритмом DMT, эффективности использования полосы пропускания линии.

Диапазоны частот для PLC

Диапазоны несущих частот определяются локальными инструкциями. Эти инструкции для основных регионов мира приведены в таблице 1.

Таблица 1. Диапазоны несущих частот PLC для основных регионов мира

Регион Инструкция Диапазон частот, кГц Регулирующая организация
Европа CENELEC 0…500 Европейский Комитет по Электротехнической Стандартизации (European Committee for Electrotechnical Standardization)
США FCC 10…490 Федеральное Агентство по Связи США (Federal Communications Commission)
Япония ARIB 10…450 Ассоциация Радио Индустрии и Бизнеса Японии (Association of Radio Industries and Businesses)
Китай EPRI 3…500 (3…90) НИИ Электроэнергетики (Electric Power Research Institute)

Европейский стандарт для узкополосной низкочастотной передачи данных по PLC-каналам определяет четыре основные сетки частот, которые отображены в таблице 2.

Таблица 2. Сетка частот Cenelec

Сетка Диапазон частот, кГц Назначение
Cenelec A 0…95 Исключительно для поставщиков электроэнергии
Cenelec B 95…125 Открыты для использования любыми приложениями
Cenelec C 125…140
Cenelec D 140…148

Для сеток Cenelec A, B, D уровень протокола определяется стандартами или патентами. Для сетки Cenelec C определен доступ по стандарту CSMA (Carrier Sense Multiple Access — множественный доступ с контролем несущей).

Основными областями применения PLC модемов являются

  • Счетчики электроэнергии
  • Управление освещением
  • Домашняя автоматика
  • Промышленная автоматика
  • Солнечная энергетика
  • Зарядные устройства для электромобилей (EVSE)

PLC-решения от TI

Среди реализованных компанией TI есть как стандартные, так и собственные, запатентованные решения. Основные поддерживаемые компанией TI стандарты приведены в таблице 3.

Таблица 3. Основные стандарты для PLC, поддерживаемые компанией TI

Стандарт Модуляция Диапазон
частот, кГц
Скорость обмена данными, кБод Целевой
процессор
Области
применения
TI статус/доступность
IEC 61334 SFSK 60…76 1,2…2,4 Piccolo-A (TMS320F2802x), TMS320F28069 Измерительные устройства Доступно
PRIME OFDM 42…90 21…128 TMS320F28069, Concerto (F28x35x) Доступно
G3 OFDM 35…90 2,4…34 TMS320F28069, Concerto (F28x35x) Доступно
FlexOFDM (Запатентован TI) OFDM 2,4…128 TMS320F28069 Солнечная энергетика, освещение, домашняя автоматика Доступно (диапазоны Cen A, B)
FlexOFDM-lite Облегченный FlexOFDM (Запатентован TI) OFDM CenA CenB Piccolo-A (TMS320F2802x), Piccolo-B (TMS320F2803x) Доступно (Piccolo-B для CenA), другие – в 2011 г.

Основными принципами создания решений для TI являются гибкость и масштабируемость. Оба эти принципа обеспечиваются за счет полной программируемости и модифицируемости решений для требований конкретной задачи.

Читайте также:  Что делать после опломбировки электросчетчика

Гибкость обеспечивается за счет использования решений, основанных на двух микросхемах: сигнальном процессоре семейства C2000; и отдельной микросхеме для работы с аналоговым сигналом (Analog Front-End, AFE).

Такой подход гарантирует полную программируемость решения за счет использования процессоров F28x (MAC и PHY) и обеспечивает возможность работы как в режиме S-FSK, так и в режиме низкочастотной узкополосной OFDM модуляции (LF NB OFDM) для стандартов PRIME и G3.

В настоящее время осуществляется миграция решений TI для PLC-модемов: от использования отдельных компонентов для реализации функциональных блоков — к выпуску однокристальных решений для функционального блока в целом. На рисунке 1 показана схема такой миграции.

Рис. 1. Схема миграции решений TI для PLC-модемов

Стандартное PLC-решение от TI состоит из трех основных частей:

  • Блок цифровой обработки информации (DSP)
  • Блок обработки аналогового сигнала (AFE)
  • Схема согласования с линией (Coupling Circuit)

На рисунке 2 показана типовая блок-схема PLC-модема от TI.

Рис. 2. Стандартный PLC-модем от TI

Блок цифровой обработки информации (DSP)

Блок цифровой обработки информации, как правило, реализуется на мощных сигнальных процессорах (DSP) семейства C2000. Далее будут рассмотрены некоторые из перспективных микросхем для реализации PLC модемов.

Микроконтроллеры TMS320F28069 из семейства Piccolo TM с гарвардской архитектурой основаны на высокопроизводительном ядре C28x TM и работают на тактовой частоте 80 МГц, имеют 128 кбайт Flash-памяти, 50 кбайт ОЗУ и 1 кбайт OTP ROM. Микроконтроллеры имеют аппаратный умножитель-аккумулятор, который может работать в режимах 16х16, 32х32 или сдвоенном 16х16 разрядов. Для ускорения выполнения сложных алгоритмов имеются: сопроцессор для операций с плавающей точкой одинарной точности (FPU); программируемый ускоритель алгоритмов управления (CLA); блок алгоритмов Витерби, комплексной арифметики и вычисления CRC (VCU). Эффективности выполнения программ способствуют быстрый ответ на прерывания и их обработка, унифицированная модель памяти, оптимизация кода как для C/C++, так и для ассемблера, и совместимость с кодом предыдущих семейств C28x.

Для тактирования микроконтроллера можно использовать два внутренних генератора, встроенный кварцевый генератор/вход внешнего тактирования с поддержкой динамического коэффициента умножения ФАПЧ. Надежность работы системы тактирования обеспечивается сторожевым таймером (WDT) и схемой обнаружения пропадания тактового сигнала.

Набор периферийных модулей включает: три 32-разрядных таймера CPU; восемь модулей расширенных ШИМ (ePWM) с 19 выходами, восемью каналами HRPWM и независимыми 16-разрядными таймерами в каждом канале; три входа захвата (eCAP) и четыре входа захвата с высоким разрешением (HRCAP); два модуля квадратурных энкодеров (eQEP); 12-разрядный АЦП с производительностью 3 MSPS, 16 входами и сдвоенной схемой устройства выборки и хранения УВХ; два модуля SCI (UART); два модуля SPI; шину I 2 C; шину многоканального буферизованного последовательного порта (McBSP); модуль eCAN; модуль USB 2.0 (Full-Speed в режиме Device и Full-/Low-Speed в режиме Host).

Внутренние стабилизаторы обеспечивают работу от одного источника питания с напряжением 3,3 В, что избавляет от необходимости применения внешней схемы, обеспечивающей необходимую последовательность подачи напряжений на блоки микроконтроллера.

Микросхемы выпускаются в корпусах LQFP80/LQFP100 с повышенной теплоотдачей, выполненных по технологии PowerPAD TM , и предназначены для работы в температурном диапазоне -40…125°C.

В качестве примера разработки PLC-модема на базе TMS320F28069, компания TI выпускает набор TMDSPLCKIT-V3, описанный в конце данной статьи.

Для увеличения функционала и интеграции в счетчиках электроэнергии TI предлагает двухъядерные микроконтроллеры F28x35x семейства Concerto. Эти контроллеры позволят реализовать, например, электросчетчик и концентратор для PLC. Пример многофункционального счетчика — на рисунке 3.

Рис. 3. Пример реализации электросчетчика с PLC-модемом, MBus и W-M Bus на базе Concerto

Микросхемы F28M35x состоят из коммуникационного CPU с ядром Cortex-M3 и управляющего CPU с ядром C28x+FPU+VCU (соотношение тактовых частот обоих CPU 60/60, 75/100 и 100/150 МГц); от 512 кбайт до 1 Мбайт встроенной Flash-памяти; от 72 до 132 кбайт ОЗУ с ECC и контролем четности; модулей защиты памяти; аналоговой подсистемы и подсистемы межпроцессорной синхронизации. Коммуникационная подсистема содержит большое количество стандартных периферийных блоков для обмена данными: 10/100 Ethernet MAC с 1588; USB 2.0 OTG с интегрированным контроллером PHY-уровня; сдвоенный модуль CAN; интерфейсы SPI, UART, I 2 C; интерфейс внешней памяти с разрядностью 8/16/32. В состав периферийных блоков управляющей подсистемы входят расширенные модули ШИМ с разрешением

150 псек для каждого канала и гибкой реакцией на аварийные ситуации. Аналоговая подсистема состоит из двух высокоскоростных 12-разрядных АЦП с двумя блоками УВХ каждый и аналоговых компараторов с внутренним ЦАП в канале ИОН.

Микросхемы выпускаются в корпусах QFP144 и BGA200+ и предназначены для работы в промышленном -40…105°C или автомобильном -40…125°C (AEC Q100) температурном диапазоне.

Для сертификации микросхем на удовлетворение самым жестким стандартам и регуляциям имеется полный комплект подробной документации.

В ближайшее время компания TI планирует выпустить микросхему, принадлежащую к семейству TMS320F2806x Piccolo высокопроизводительных микроконтроллеров, оптимизированную для работы в качестве сигнального процессора PLC-модемов. В состав микроконтроллера будут входить только необходимыми модули для реализации PLC, что позволит снизить его себестоимость по сравнению с TMS320F28069.

Микроконтроллер будет построен на 32-разрядном CPU C28x с тактовой частотой 80/90 МГц, с 256 кбайт Flash-памяти и 100 кбайт ОЗУ, с арифметическим сопроцессором (VCU) с аппаратной реализацией алгоритмов Витерби, операций с комплексными числами и вычисления контрольных сумм, прецизионным внутренним тактовым генератором с частотой 10 МГц, модулями ШИМ с разрешением 150 псек и 12-разрядным АЦП.

Для его питания потребуется один источник с напряжением 3,3 В.

Микросхемы предполагается выпускать в корпусе LQFP80 для температурного диапазона -40…125°C, в соответствии с AEC Q100, повыводно совместимых с существующими микросхемами семейства Piccolo.

Читайте также:  Схема подключения электросчетчика со 51пк

Микроконтроллер будет поддерживать стандарты S-FSK/PRIME/G3 и OFDM в пределах сеток Cenelec B/C и планируется к применению в силовых системах электромобилей (EVSE)/системах освещения/солнечных электростанциях.

Перейдем к рассмотрению второй подсистемы PLC модема — блоку обработки аналогового сигнала.

Блок обработки аналогового сигнала (AFE)

Интегрированный PLC AFE — микросхема AFE031 — поддерживает все виды LFNB-модуляции, такие как FSK, S-FSK и OFDM с поддержкой Cenelec A, B, C, D.

Приемник обладает чувствительностью 20 мкВ (с.к.з.) и имеет два интегрированных детектора перехода напряжения силовой сети через ноль.

Встроенный усилитель мощности и драйвер силовой линии с мощным выходом обеспечивают пиковое напряжение 13 В при выходном токе 1,5 А и напряжении питания 15 В. Имеется буфер передачи для стандартов Euridis 1 и 2

Для программирования AFE031 используется четырехпроводной SPI-интерфейс.

Энергопотребление в режиме приема составляет всего 15 мВт.

Все блоки микросхемы подключены к отдельным выводам.

AFE031 выпускается в корпусе QFN48 размером 7×7 мм с повышенной теплоотдачей и имеет расширенный температурный диапазон -40…125°C

Блок-схема AFE031 приведена на рисунке 4.

Рис. 4. Блок-схема AFE031

Основными областями применения AFE031 являются:

  • Обмен данными по силовым сетям,
  • Счетчики электроэнергии и концентраторы,
  • Солнечные электростанции, зарядные устройства для электромобилей, домашняя автоматика,
  • Электромобили, уличное освещение,
  • Промышленные приложения.

К главным преимуществам использования AFE031 можно отнести:

  • Уменьшение стоимости и упрощение разработок,
  • Полностью интегрированные приемник и передатчик,
  • Гибкость, простота использования, низкая стоимость решений,
  • Замена для RS-485 для приложений с низкой скоростью обмена данными.

В таблице 4 приведено сравнение AFE031 с AFE на дискретных компонентах.

Таблица 4. Сравнение AFE031 с AFE на дискретных компонентах

10

Параметр Дскретный AFE AFE031
Количество активных компонентов 4+ 1
Количество пассивных компонентов >100
Электромагнитная совместимость (EMC) Хорошая Лучше
ЦАП для генерации сигнала Нет Да
Euridis Нет Да
Детектор перехода через ноль На дискретных элементах Частично встроенный
Переключение диапазонов CENELEC Требует больших затрат Заменой внешнего конденсатора
Потребляемая мощность Выше Ниже
Стоимость системы Выше Ниже

Рассмотрим подробнее внутреннюю структуру AFE031.

Тракт передачи имеет регулируемый с помощью блока TxPGA уровень выходного сигнала (-12 дБ, -6 дБ, -3 дБ, 0 дБ). Заводская регулировка фильтра передатчика (Tx) и программирование для соответствия Cenelec A, B, C, D (можно перенастроить) избавляет от необходимости дополнительной подстройки частотных диапазонов. В режиме ЦАП не требуется дополнительная фильтрация для соответствия требованиям Cenelec EN50065-1. Для экономии электроэнергии в режиме приема имеется функция выключения тракта передачи.

Выходной усилитель мощности обеспечивает уровень сигнала до 120 dBuVrms на нагрузке 2 Ом (требования PRIME), и имеет программируемое внешним резистором ограничение выходного тока от ±400 мА до ±1,5 А и регулировку коэффициента усиления в пределах 16 дБ. Выходной ток составляет до 1,5 А при питании от однополярного источника с напряжением от 7 до 26 В. Для повышения стабильности работы УМ имеет однополюсную передаточную характеристику. Диодный датчик температуры вырабатывает сигнал для отключения при перегреве.

Тракт приема имеет внешний полосовой фильтр, который ограничивает уровень шума и перекрестных помех, за которым следует малошумящий приемник с чувствительностью 15 dBuVrms. Уровень сигнала регулируется блоком RxPGA1 (-12 дБ, -6 дБ, 0 дБ, 6 дБ) и блоком RxPGA2 (0 дБ, 12 дБ, 24 дБ, 36 дБ). Заводская регулировка фильтра приемника (Rx) и программирование для соответствия Cenelec A, B, C, D (можно перенастроить) избавляет от необходимости дополнительной подстройки частотных диапазонов.

Блок обнаружения перехода напряжения через ноль требуется при использовании S-FSK-модуляции для синхронизации с началом пакета и функционирует как логический элемент «ИЛИ-НЕ» с гистерезисом. При необходимости используется гальваническая развязка с помощью оптопар. В микросхеме имеется два однотипных блока.

Блок Euridis обеспечивает обмен данными по силовой сети в соответствии со стандартом, используемым во Франции, при котором разнесение частот составляет 50 кГц. Блок состоит из приемника и передатчика.

Приемник имеет полосу пропускания 2…340 кГц, коэффициент усиления тракта приема (Rx) -4 дБ с постоянным напряжением смещения Avdd/2.

На выходе передатчика установлен стробируемый буфер.

Микросхема AFE031 программируется через четырехпроводный SPI-интерфейс, который используется для работы с внутренними регистрами и поддержки ЦАП с данными PLC (временное мультиплексирование посредством вывода разряда ЦАП).

Несколько выводов GPIO используются для непосредственного доступа к:

  • Выбору режима ЦАП/управление,
  • Блоку отключения микросхемы,
  • Сигналам Tx Ready/Rx Ready,
  • Сигналу прерывания.

Схема согласования состоит из трансформатора, обеспечивающего гальваническую изоляцию и обладающего фильтрующим действием, и схемы детектора нуля, изолированной от силовой линии и необходимой для синхронизации пакетов в стандартах S-FSK и G3. Первичным использованием детектора нуля является временная синхронизация (не критичная при передаче).

Отладочный набор C2000 Power Line
Modem Developer’s Kit (TMDSPLCKIT-V3)

Набор позволяет легко разрабатывать программное обеспечение для PLC-модемов. В него входят два PLC-модема с управляющей картой на базе микроконтроллера TMS320F28069 и микросхема аналоговой обработки сигнала AFE031. Входящее в комплект программное обеспечение PLC SUITE поддерживает ряд технологий обмена данными, включая OFDM (PRIME/G3 и FlexOFDM) и SFSK.

Внешний вид одного из модемов набора TMDSPLCKIT-V3 показан на рисунке 5.

Рис. 5. PLC-модем из набора TMDSPLCKIT-V3

Отличительные особенности TMDSPLCKIT-V3:

  • Два PLC модема,
  • Две управляющих карты на базе TMS320F28069,
  • Встроенный USB JTAG эмулятор,
  • Программное обеспечение для PLC, поддерживающее обмен данными по OFDM (PRIME, G3 и FlexOFDM) и S-FSK
  • Среда разработки Code Composer Studio v4.x с ограничением на размер исполняемого кода 32кбайт,
  • Все необходимые источники питания и сигнальные кабели.

Источник