hirdetés
hirdetés

IT és kommunikáció

Adattovábbítás az elektromos hálózaton

Intelligens fogyasztásmérés, jeltovábbítás, ipari távadatgyűjtés, távvezérlés

Évekkel ezelőtt nagy jövőt jósoltak a PowerLine Communicationnek (vagy PowerLine Carriernek), ám térhódítását az új technológiák megjelenése, fejlődése, elterjedése és árcsökkenése megakasztotta. Mindazonáltal vannak olyan speciális területek, ahol jó választás lehet az elektromos hálózaton történő adattovábbítás.

hirdetés

Miközben a számítógépek és a különféle egyéb berendezések közötti adatkommunikáció jellemzően külön e célra épített hálózatokon folyik, technológiailag sok-sok éve megoldott a közüzemű elektromos hálózaton történő adattovábbítás is. Az úgynevezett PowerLine Communication (PLC) ötletét annak idején az a tény adta, hogy a 230 voltos hálózati aljzatok gyakorlatilag mindenütt megtalálhatók. Kézenfekvő tehát, hogy a számítógépek ugyanazon falicsatlakozót használva, ugyanazon a hálózaton keresztül kapják a tápáramot, valamint létesítsenek adatkapcsolatot. A PLC azonban mind a mai napig nem futott be fényes karriert, jóllehet alkalmazása bizonyos területeken kétségtelenül előnyös.

Keskeny- és szélessávú megoldás

A 230 voltos hálózatra épülő PLC technológiának alapvetően két fajtája különböztethető meg: keskenysávú és szélessávú PLC. A keskenysávú megoldásnál a hálózati (jellemzően 230 volt) feszültséget az 50 hertzes hálózati frekvenciánál nagyobb, de még viszonylag kis frekvenciával modulálják: kapacitív vagy induktív csatolással egy kis amplitúdójú, szabványban meghatározott frekvenciájú (például 125 kilohertzes) jelet ültetnek rá az alapjelre. Ezzel az eljárással néhányszor 10 kilobit/másodperc, tehát viszonylag kis sávszélesség érhető el, viszont az adattovábbítás hatótávolsága meglehetősen nagy, 3-4 kilométer.

PLC-s lakossági fogyasztásmérő prototípusa
PLC-s lakossági fogyasztásmérő prototípusa

Manapság a galvanikus leválasztásnál már optocsatolókat is alkalmaznak. Ezáltal a rendszer kevésbé zavarérzékeny, a modemek kisebbek és olcsóbbak. Tulajdonságaiból fakadóan a keskenysávú PLC-t jellemzően jeltovábbításra, ipari távadagyűjtésre, távvezérlésre használják. Fő felhasználási területe az intelligens fogyasztásmérés. A vonal sávszélességét a moduláló frekvencia emelésével lehet növelni. A jelenlegi PLC technológiával körülbelül 1 megabit/másodperc érhető el, azaz az összeköttetésen minden további nélkül lehet internetezni is. Ennek azonban az az ára, hogy a hatótávolság drasztikusan, pár száz méterre csökken.

Ha működik, akkor megbízható

Alapvető problémát jelent, hogy az elektromos hálózatot eredetileg nem adatkommunikációs célra tervezték és építették. Mivel az elektromos hálózatban nem volt rá szükség, nem alkalmaztak árnyékolást, nem használtak csavart érpárakat. Ebből fakadóan rosszabbak a jel-zaj viszonyok, nagyobb a csillapítás, következésképpen kisebb a sávszélesség. A másik probléma, hogy a szóban forgó frekvenciatartományban rengeteg kapcsoló üzemű tápegység működik. Ha nem alkalmaznának erőteljes szűréseket, ezen tápegységek komoly zavarokat okoznának.

Előfordul tehát, hogy pontosan a modulálófrekvenciát szűrik ki, illetve az épületben az egyes szintek tápellátását leválasztják egymástól. Így a PLC technológiát egyáltalán nem vagy csak szinten belül lehet használni. Problémát jelenthet az elektromos hálózat topológiája is. Különösen a régi épületekben fordulhat elő, hogy a vezetékek pincén, padláson át, kacskaringós utakon haladnak. Mind az épületen belüli, mind az épületek közötti kommunikációnál oda kell figyelni arra is, hogy az elektromos hálózaton kommunikáló végpontok ugyanahhoz a fázishoz csatlakozzanak.

Takács Tibor: Ha egy hálózat alkalmas a PLC-re, akkor rendkívül megbízható, jól működő rendszert kapunk
Takács Tibor (balra): Ha egy hálózat alkalmas a PLC-re, akkor rendkívül megbízható, jól működő rendszert kapunk

– Korántsem biztos tehát, hogy egy adott helyen a 230 voltos elektromos hálózat alkalmas a PLC technológia alkalmazására. Előre egyetlen esetben sem lehet megmondani, hogy működik-e majd a rendszer vagy sem. Mindig fel kell tehát térképezni a hálózat topológiáját, meg kell nézni, hogy pontosan merre mennek a vezetékek, vannak-e a hálózatban fázisjavítók, frekvenciaszűrők, zajszűrők stb., és az előzetes tájékozódást minden esetben teszteknek kell követniük.

A régi hálózatok mindig alaposabb körültekintést igényelnek, mint az újak, nem ajánlott a tervrajzokra hagyatkozni. Az azonban jó hír, hogy ha egy hálózat alkalmas a PLC-re, akkor rendkívül megbízható, jól működő rendszert kapunk – mutat rá Takács Tibor, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (BME) Villamosmérnöki és Informatikai Karának (VIK) mérnök-informatikusa.

Döntési szempontok

Az ipari szereplők a PLC-t jellemzően adatgyűjtésre használják. Mivel esetükben általában kisebb adatmennyiségről van szó, többnyire a keskenysávú megoldást választják. A szélessávú PLC egyik felhasználása, amikor egy lakótelepen vagy lakóparkban a házakon belül, egy központi routertől az elektromos hálózaton keresztül osztják szét a lakásokba az internetet. Ebben az esetben jellemzően elegendő a néhányszor 100 méteres hatótávolság, illetve az így elérhető 1 megabit/másodperc sávszélesség. Nem szabad azonban megfeledkezni arról, hogy a szélessávú PLC kizárólag kiváló minőségű és megfelelő topológiájú 230 voltos hálózaton lehetséges.

Az ipari alkalmazások esetében nemcsak az elektromos hálózat jellemzői, hanem magának a helyszínnek a tulajdonságai is befolyásolhatják az adatkommunikációs technológia megválasztását. Ha például egy gyárban az egyik gyártósorról a másikhoz kell információt eljuttatni, előfordulhat, hogy nagy távolságokat kell áthidalni, ráadásul alapkövetelmény a kiemelkedő megbízhatóság is. Ilyenkor elsőként az ipari Ethernetet vagy az EIA-485 szabvány szerinti kommunikációs modulokat célszerű számításba venni, amelyekkel akár 1 kilométeres távolság is áthidalható. Természetesen más a helyzet, ha valami miatt nem lehet új vezetékeket kihúzni a helyszínen. Ilyenkor jöhet szóba a PLC vagy a rádiós kommunikáció. Ez utóbbinak azonban gyakori akadálya az épület vasbeton szerkezete, illetve a korlátozott hatótávolság.

Okos fogyasztásmérés Olaszországban

Nemzetközi viszonylatban Olaszországban igen elterjedt az okos fogyasztásmérés, de vannak más területek is (például Svédország, Dél-Amerika), ahol szintén széles körben alkalmazzák az intelligens fogyasztásmérést. Ezen országokban a feladatot gyakran PLC felhasználásával valósítják meg.

Kálmán Viktor: Meggyőző érvek – például ár-érték arány, megbízhatóság
Kálmán Viktor (jobbra): Meggyőző érvek
Az olasz elektromos művek az utóbbi években több millió háztartásban szerelt fel intelligens mérőórákat; a távleolvasás, illetve a mérésadatgyűjtés – kihasználva az áramszolgáltató hálózati adottságait – keskenysávú PLC-vel történik. Az okos mérőórákból származó adatok az elektromos hálózaton keresztül jutnak el a lakóházaktól jellemzően 1-2 kilométer távolságban lévő transzformátorállomásokig, ahonnan GSM vagy Ethernet hálózaton folytatódik az adattovábbítás.

– Olaszországban először az a döntés született, hogy országosan bevezetik az okos fogyasztásmérést. Ezután kezdték el megvizsgálni, hogy milyen technológiát alkalmazzanak. Nyilván meggyőző érvek – például ár-érték arány, megbízhatóság – alapján döntöttek a PLC mellett. Az olaszok egyébként ezen a téren szinte mindent megoldottak, amit lehetett, ráadásul hatalmas méretekben. Naponta 50 ezer okos mérőórát szereltek fel, ma mintegy 30 millió háztartásból kapnak fogyasztási adatokat az elektromos hálózaton keresztül – mutat rá Kálmán Viktor, a BME-VIK villamosmérnöke.

Helyszíni lakásautomatizálás

A PLC technológia alkalmazásának potenciális iránya lehet még a lakásautomatizálás. A megoldás lényege, hogy egy lakásban (épületben, irodában stb.) különféle PLC modemeket építenek be az elektromos fogyasztókba, és e modemeken keresztül vezérlik az eszközöket. Ha például minden csillárba vagy készenléti üzemmódban lévő berendezésbe azonos típusú modem kerül, akkor egyetlen gombnyomással le lehet kapcsolni az összes csillárt vagy standby üzemmódú eszközt.

Összességében elmondható, hogy minden olyan berendezés esetében szóba jöhet a PLC, illetve a PLC technológiára épülő helyszíni lakásautomatizálás, amely az elektromos hálózatra kapcsolódik, hiszen ezen alkalmazásokhoz nincs szükség nagy sávszélességre. Az más kérdés, hogy a házon belüli rendszer – igény esetén – kapcsolódik-e a külvilághoz, illetve milyen technológiával, milyen hálózaton keresztül oldják meg a külső adatkommunikációt.

Kevés a gyártó

A piacon készen kaphatók olyan modemek, amelyeket a számítógép (vagy bármilyen más, kommunikációra képes eszköz) valamelyik szabványos felületéhez, valamint az elektromos hálózathoz kell csatlakoztatni. A kínálat azonban nem túl gazdag, és a modemek ára viszonylag magas. Néhány darabos széria esetén egy soros/PLC átalakító jellemzően 12-13 ezer forintba kerül. Ez az összeg különösen az okos fogyasztásmérők mintegy 10 ezer forintos árával összevetve számít magasnak. Kérdés persze, hogy mennyivel csökkennének a modemárak nagy szériák esetén, ha például Magyarországon az összes villanyórát okos mérőórákkal cserélnék le az áramszolgáltatók.

A PLC mind a mai napig nem terjedt el
A PLC mind a mai napig nem terjedt el
A PLC modemek gyártásához nélkülözhetetlen csipekből sem túl gazdag a választék. Jóllehet olyan ismert cégek, mint a Texas Instruments, az ST Microelectronics vagy a Microchip foglalkoznak a technológiával, kínálatukban csak egy-egy PLC csip található. A Microchipnek például bőven vannak mikroprocesszorai beépített Zigbee, Ethernet és wifi stackkel, de csak egy-egy csipbe kerül be a PLC technológia. – Munkánk során – az említett ismert cégeken kívül – találkoztunk egy olyan izraeli céggel is, amelyik a PLC-re fókuszál, és vannak ilyen irányú innovációi.

Az Yitran Communications kínálatában korábban csak keskeny- és szélessávú PLC csipek voltak, ám az utóbbi időben megjelentek a PLC/Ethernet és a PLC/Zigbee átalakítók is. Nyilván nem véletlenül, hiszen az Ethernet már most rendkívül széles körben elterjedt, a Zigbee-alapú rádós kommunikáció pedig a belső automatizálás terén jut egyre nagyobb szerephez. Az Yitran tehát új irányok felé nyit, miközben áramkörei egyre kisebbek és egyre többet tudnak – tájékoztat Takács Tibor.

Marad egy rés a piacon

A Műegyetem szakemberei szerint ahhoz nem férhet kétség, hogy bizonyos feladatokra, elsősorban az intelligens fogyasztásmérésre, kézenfekvő megoldás az elektromos hálózaton történő adattovábbítás. Az áramszolgáltatóknak megvannak a drótjaik, tehát minimális befektetéssel rendelkezésükre áll a kommunikációs csatorna fizikai rétege.

A PLC technológia alkalmas volna ugyan egyéb feladatok ellátására is, de az utóbbi években számos olyan vezetékes és rádiós technológia jelent meg, illetve fejlődött rohamléptekkel, amelyek nagyon sok területről kiszorítják a PLC-t, mind a végfelhasználói piacon, mind a beágyazott rendszerekkel foglalkozó iparban.

A keskenysávú kommunikációban még csak-csak lépést tarthat a PLC a többi technológiával, ám a nagy sávszélességet igénylő internetelérésnél egyértelműen háttérbe szorul az Ethernettel, a wifivel és a 3G, sőt a 4G felé tartó mobilhálózatokkal szemben.

Mallász Judit
a szerző cikkei

hirdetés
Ha hozzá kíván szólni, jelentkezzen be!
 
Cikk[108001] galéria
hirdetés
hirdetés
hirdetés

Kiadónk társoldalai

hirdetés