Thiết kế hệ thống đo và điều khiển thiết bị sử dụng truyền tải trên đường dây điện
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.28 MB, 117 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------------------------------
ĐINH THỊ HẰNG
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ
SỬ DỤNG TRUYỀN TẢI TRÊN ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN
Chuyên ngành: ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HTĐK
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
Hà Nội - 2010
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
GVHD: PGS-TS Phạm Thị Ngọc Yến
Lời CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, không sao chép của
ai. Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng tài liệu, thông tin đăng trên các tác
phẩm, tạp chí và các trang web theo danh mục tài liệu của luận văn.
H ni, ngy thỏng..nm 2010
Đinh Thị Hằng
Đinh Thị Hằng
-2-
Khóa học: 2008 - 2010
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
GVHD: PGS-TS Phạm Thị Ngọc Yến
Mục lục
TrANG
Trang phụ bìa..
1
Lời cam đoan..........
2
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt..
8
Danh mục các bảng....
9
Danh mục các hình.....
10
mở đầu...
12
Chương I - Tổng quan về PLC
13
1.1. Giới thiệu về PLC..
13
1.2. Lịch sử phát triển..
14
1.3. Tính kinh tế
15
1.4. Thông lượng...
16
1.5. Phạm vi ứng dụng.
17
1.5.1 ứng dụng trong các hệ thống quản lý, giám sát.
17
1.5.2 Truyền thông đờng di tốc độ cao.
17
1.5.3 Mạng truy cập Internet sử dụng công nghệ PLC
18
1.5.4 ứng dụng trong gia đình - Intelligent home...
18
1.6. Phân loại....
19
1.6.1 Phân loại theo mức điện áp.
19
1.6.2 Phân loại theo tốc độ bit...
20
20
1.6.3 Phân loại theo phạm vi.....
1.7 Giới thiệu một sè modem PLC………………………………………..
21
1.7.1 Modem trun sè liƯu ST7538……………………………………..
22
1.7.2 Modem tèc độ cao 45 Mbps..
22
1.7.3 Một số sản phẩm khác..
24
1.8 ứng dụng................................................................................................
27
Đinh Thị Hằng
-3-
Khóa học: 2008 - 2010
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
GVHD: PGS-TS Phạm Thị Ngọc Yến
1.9. Các chuẩn PLC..
27
Chương II - Cấu trúc hệ thống PLC..
29
2.1. Cấu trúc hệ thống..
29
2.2. Các phần tử mạng PLC...
30
2.2.1. Các phần tử mạng cơ bản.....
30
2.2.2. Trạm lặp........................................................................................
31
2.2.3. PLC gateway.
31
2.3. Kết nối đến mạng lõi và quản lý mạng truy nhập PLC.....
32
2.3.1. Các mô hình kết nối.......................................................................
32
2.3.2. Quản lý mạng truy nhập PLC...
34
Chương III - Một số vấn đề trong truyền thông
PLC..
35
3.1 Đặc tính kênh truyền đờng cáp điện..
35
3.2 Sự giới hạn băng thông..
36
3.2 Nhiễu trên đờng cáp điện....
37
3.2.1 Nhiễu tần số 50Hz .
37
3.2.2 Nhiễu xung đột biến...
38
3.2.3 Nhiễu xung tần hon....................................................................
38
3.2.4 Nhiễu xung kéo di...
39
3.2.5 Nhiễu chu kỳ không ®ång bé……………………………….……
39
3.2.6 NhiƠu sãng radio………………………………………….……..
39
3.2.7 NhiƠu nỊn………………………………………………….…….
40
3.3 Trë kh¸ng ®−êng truyền v sự phối hợp trở kháng..
40
3.4 Suy hao trên lới điện...
40
3.5 Hiện tợng sóng dừng....
41
3.6 Sự phát xạ sóng điện từ v khả năng gây nhiễu..
42
3.7 Tổng trở và sự suy giảm...
43
Đinh Thị Hằng
-4-
Khóa học: 2008 - 2010
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
GVHD: PGS-TS Phạm Thị Ngọc Yến
Chương IV - kết nối với lưới điện và các phương
pháp điều chế
44
4.1 Kết nối với lưới điện...
44
4.1.1 Mạch ghép tín hiệu .
44
4.1.2 Mạch ghép dung kháng C...
44
4.1.3 Mạch phối ghép R-L-C phức tạp....
47
4.1.4 Các bộ lọc tơng tự..
47
4.1.5 Mạch lọc RC.
47
4.1.6 Mạch lọc LC.
48
4.1.7 Các mạch lọc bậc cao khác .
49
4.2 Các phương pháp điều chế...
50
4.2.1 Kỹ thuật tơng tự .
51
4.2.2 Kỹ thuật điều chế số.
51
4.2.2.1 Khoá dịch biên (ASK)...
52
4.2.2.2 Khoá dịch tần FSK .......................................................................
55
4.2.2.3 Khoá dịch pha (PSK).....
59
4.2.2.4 Công nghệ trải phổ....
62
4.2.2.5 Trải phổ dy trực tiếp kiểu BPSK.
63
4.2.2.6 Trải phổ nhảy tần FH-SS....
67
4.3 Thử nghiệm các phương thức điều chế....
68
4.3.1 Điều chế và giải điều chế ASK.....
69
4.3.1.1 Điều chế ASK.....
69
4.3.1.2 Giải điều chế ASK.
69
4.3.1.3 Kết quả thử nghiệm...
70
4.3.2 Điều chế và giải điều chế FSK.....
72
4.3.2.1
Vòng
khoá
PLL)..
Đinh Thị Hằng
pha
(Phase
-5-
locked
loop
72
Khóa häc: 2008 - 2010
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
GVHD: PGS-TS Phạm Thị Ngọc Yến
4.3.2.2 Điều chế FSK dùng vi mạch CD4046..
74
4.3.2.3 Giải điều chế FSK....
75
4.3.2.4 Kết quả thử nghiệm...
76
4.3.3 Điều chế và giải điều chế BPSK..
76
4.3.3.1 Điều chế BPSK..
76
4.3.3.2 Giải điều chế BPSK dùng CD4046...
77
4.3.3.3 Kết quả thử nghiệm...
78
4.3.4.1 Điều chế FM..
79
4.3.4.2 Giải điều chế FM..
80
4.3.4.3 Kết quả thử nghiệm...
80
4.4 Lựa chọn phơng thức điều chế...
80
chơng V - thiết kế hệ thống truyền tín hiệu v
điều khiển trên đường dây điện
83
5.1 Yêu cầu thiết kế, lựa chọn phương án thực hiện..
83
5.1.1 Các yêu cầu của thiết kế..
83
5.1.2 Lựa chọn phơng án thực hiện...
83
5.2 Xây dựng sơ đồ khối cho hệ thống ...
84
5.2.1 Thiết kế Modul phát.....
86
5.2.1.1 Mạch điều khiển hoạt động cho máy phát..
86
5.2.1.2 Điều chế FSK v FM...
88
5.2.1.3 Mạch khuếch đại âm tần..
89
5.2.1.4 Mạch khuếch đại phát..
89
5.2.1.5 Mạch phối ghép với lới ®iƯn………………….………………..
90
5.2.2 ThiÕt kÕ modul thu……………………….…….………………….
91
5.2.2.1 M¹ch phèi ghÐp víi l−íi điện...
91
5.2.2.2 Mạch khuếch đại v lọc thông dải...............................................
92
5.2.2.3 Mạch giải điều chế FSK...
94
Đinh Thị Hằng
-6-
Khóa học: 2008 - 2010
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
GVHD: PGS-TS Phạm Thị Ngọc Yến
5.2.2.4 Mạch giải điều chế FM.
94
5.2.2.5 Mạch điều khiển thu.
95
5.3 Sơ đồ nguyên lý và lưu đồ thuật toán...
97
5.3.1 Lu đồ thuật toán của Modul phát..
97
5.3.2 Sơ đồ nguyên lý Modul phát....
98
5.3.3 Lu đồ thuật toán của Modul thu...
99
5.3.2 Sơ đồ nguyên lý Modul thu.
100
5.4 Chương trình điều khiển trên các module...
101
Kết luận.
114
Tài liệu tham khảo...
115
Đinh Thị Hằng
-7-
Khóa học: 2008 - 2010
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
GVHD: PGS-TS Phạm Thị Ngọc Yến
Các thuật ngữ viết tắt
AM
Amplitude Modulation
Điều biên
ASK
Amplitude Shift Keying
Khoá dịch biên
BPSK
Binary Phase Shift Keying
Khoá dịch pha nhị phân
DM
Delta Modulation
Điều chế Delta
DSSS
Direct Sequence Spread Spectrum
Trair phæ d·y trùc tiÕp
DPSK
Differential Phase Shift Keing
Khoá dịch pha vi phân
FM
Frequency Modulation
Điều tần
FSK
Frequency Shift Keing
Khoá dịch tần
FDM
Frequency Division Multiplexing
Đa truy nhập theo tần số
FPGA
Field programmable gate array
Phạm vi có thể lập trình
cổng mạng
Inter Symbol Interference
Nhiễu ISI
Local Area Network
Mạng khu vực
Orthogonal Frequency Division
Multiplexing
Điều chế đa sóng mang
PCM
Pulse Code Modulation
Điều chế xung mÃ
PLC
Power Line Communication
Truyền thông trên đờng
cáp điện
PLL
Phase Locked Loop
Vòng khoá pha
PSK
Phase Shift Keying
Khoá dịch pha
Quadrature Amplitude Modulation
Điều chế biên cầu phơng
Selective Fading
Pha đinh lựa chọn
ISI
LAN
OFDM
QAM
SF
Đinh Thị H»ng
-8-
Khãa häc: 2008 - 2010
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
GVHD: PGS-TS Phạm Thị Ngọc Yến
Danh mục các bảng
TrANG
Bảng 1.1 Băng tần truyền thông PLC theo tiêu chuẩn châu Âu...
16
Bảng 1.2 Đặc tính kỹ thuật của Modem PLC 45 Mbps...
23
Bảng 1.3 Đặc tính kỹ thuật của Modem PLA
400....
26
Bảng 3.1 Tải đường dây trở kháng thấp...
35
Bảng 4.1 Bảng so sánh các phương thức điều chế...
81
Đinh ThÞ H»ng
-9-
Khãa häc: 2008 - 2010
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
GVHD: PGS-TS Phạm Thị Ngọc Yến
Danh mục các hình vẽ
TrANG
Hình 1-1: ứng dụng PLC trong quản lý điện...
17
Hình 1-2: Mạng thông tin PLC........
18
Hình 1-3: Mô hình ứng dụng PLC trong gia đình.......
18
Hình 1- 4: PLC Indoor………………...……..……….………..………….
20
H×nh 1- 5: PLC Outdoor….…………......……………………..………….
21
H×nh 2- 1: CÊu tróc mét mạng truy nhập PLC.....
29
Hình 2- 2: Cấu trúc mạng PLC trong nhà........
30
Hình 2- 3: Mạng PLC sử dụng trạm lặp...........
31
Hình 2- 4: Thuê bao PLC kết nối trực tiếp.......
31
Hình 2- 5: Kết nối thông qua PLC gateway.....
32
Hình 2- 6: Gateway trong mạng truy nhập PLC......
32
Hình 2- 7: Mô hình kết nối mạng truy nhập và mạng lõi....
33
Hình 2- 8: Quản lý mạng truy nhập PLC.....
34
Hình 3- 1: Phổ tần PLC của thông tin nội bộ.......
35
Hình 3- 2: Ví dụ về sự méo tín hiệu trên lưới điện......
36
Hình 3- 3: Băng tần trong tiêu chuẩn CENELEC........
37
Hình 3- 4: Xung nhiễu xuất hiện khi bật đèn..........
38
Hình 3- 5: Nhiễu xung tuần hoàn............
38
Hình 3- 6: Nhiễu phát ra khi chạy máy hút bụi và phổ tần của nó..
39
Hình 3- 7: Suy hao trong gia đình tại tần số 130kHz...
41
Hình 4- 1: Mạch ghép dung kháng......
45
Hình 4- 2: Mạch ghép kết hợp LC.......
46
Hình 4- 3: Các mạch lọc RC........
48
Hình 4- 4: Các mạch lọc LC đơn giản.........
49
Hình 4- 5: Mạch lọc thông giải dùng vi mạch HA17741
50
Hình 4- 6: Điều chế khóa dịch biên ASK
55
Hình 4- 7: Sơ đồ điều chế tín hiệu FSK...
56
Hình 4- 8: Sơ đồ nguyên lý FSK......
56
Hình 4- 9: Điều chế khóa dịch tần FSK...
57
Đinh Thị Hằng
- 10 -
Khóa học: 2008 - 2010
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
GVHD: PGS-TS Phạm Thị Ngọc Yến
Hình 4- 10: Điều chế tín hiệu PSK......
60
Hình 4- 11: Sơ đồ mô hình hệ thống thông tin trải phổ...
63
Hình 4- 12: Sơ đồ điều chế trải phổ trực tiếp...
65
Hình 4- 13: Sơ đồ điều chế trải phổ trực tiếp đơn giản....
65
Hình 4- 14: Sơ đồ giải điều chế trải phổ trực tiếp đơn giản.
66
Hình 4- 15: Sơ đồ mô hình hệ thống trải phổ nhảy tần
68
Hình 4- 16: Sơ đồ điều chế ASK..
69
Hình 4- 17: Mạch giải điều chế ASK..
69
Hình 4- 18: Dạng tín hiệu đo được ở máy phát và thu.....
72
Hình 4- 19: Mạch vòng khóa pha PLL cơ bản.....
73
Hình 4- 20: Sơ đồ điều chế FSK dùng CD4046 BE.........
74
Hình 4- 21: Sơ đồ giải điều chế FSK dùng CD4046........
75
Hình 4- 22: Dải tần sử dụng cho thử nghiệm FSK...........
76
Hình 4- 23: Sơ đồ điều chế BPSK............
77
Hình 4- 24: Sơ đồ giải điều chế BPSK.............
77
Hình 4- 25: Dạng sóng của tín hiệu BPSK tại máy thu...........
78
Hình 4- 26: Điều chế FM với PLL4046...........
79
Hình 4- 27: Sơ đồ giải điều chế FM ............
80
Hình 5- 1: Sơ đồ khối hoạt động của hệ thống........
85
Hình 5- 2: Mạch điều khiển module phát............
86
Hình 5- 3: Mạch điều chế FSK và FM.............
88
Hình 5- 4: Mạch khuếch đại âm tần................
89
Hình 5- 5: Mạch khuếch đại phát................
89
Hình 5- 6: Mạch phối ghép Module phát với lưới điện...........
90
Hình 5- 7: Mạch phối ghép Module thu với lưới điện.............
91
Hình 5- 8: Mạch khuếch đại thu..............
93
Hình 5- 9: Mạch giải điều chế FSK.................
94
Hình 5- 10: Mạch giải điều chế FM........................
95
Hình 5- 11: Mạch điều khiển thu.........................
96
Hình 5- 12: Sơ đồ nguyên lý module phát...................
98
Hình 5- 13: Sơ đồ nguyên lý module thu.....................
100
Đinh Thị Hằng
- 11 -
Khóa học: 2008 - 2010
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
GVHD: PGS-TS Phạm Thị Ngọc Yến
Mở đầu
Hiện nay, nhu cầu sử dụng nối mạng trong nhà trên thế giới đang phát triển
với một tốc độ nhanh chóng. Sự phát triển các dịch vụ internet băng thông rộng tốc
độ cao, việc triển khai các thiết bị thông minh cho gia đình, khả năng phát triển mô
hình làm việc từ xa và kinh doanh tại nhà đang là nhu cầu của thế giới hiện đại.
Việc đưa ra các thiết bị thông minh đà mang lại cho người tiêu dùng tính linh hoạt
để thực hiện các công việc tự động. Các thiết bị phụ trợ số cá nhân PDA (Personal
Digital Assistant), điện thoại thông minh, và hộp set-top box đang tạo ra các đặc
tính và khả năng mới. Thiết bị thông minh có khả năng điều khiển các thiết bị điện
tử trong nhà như: tủ lạnh, đèn, quạt, interner, lò vi sóng, các thiết bị âm thanh
hình ảnh, và các hệ thống bảo vệ trong nhà. Để thực hiện được các nhiệm vụ này
các thiết bị thông minh và thiết bị điện tử cho gia đình phải có khả năng nối mạng
và kết nối toàn cầu. Vì thế công nghệ truyền thông trên mạng lưới điện đang được
mọi người chú ý và phát triển nó để đáp ứng mọi nhu cầu của xà hội.
Trong luận văn thạc sỹ khoa học được giao với đề tài: Thiết kế hệ thống đo
và điều khiển thiết bị sử dụng truyền tải trên đường dây điện. Nội dung luận
văn gồm các phần cơ bản như sau:
- Chương I - Tổng quan vỊ PLC (Power line communication)
- Ch¬ng II - CÊu tróc hệ thống PLC
- Chương III - Một số vấn đề trong truyền thông PLC
- Chương IV - kết nối với lưới điện và phương pháp điều chế
- chơng V - thiết kế hệ thống truyền tín hiệu v điều khiển
trên đường dây điện
Sau gần một năm được sự hướng tận tình dẫn của các Thầy cô trong bộ môn
Đo lường và Điều khiển và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của Cô PGS-TS: Phạm
Thị Ngọc Yến, luận văn của em đà hoàn thiện. Do thời gian thực hiện luậ văn có
hạn và khả năng còn hạn chế, luận văn em thực hiện không thể tránh khỏi những
thiếu sót. Em mong nhận được sự đóng góp ý kiến của Thầy cô và các bạn.
H ni, ngy thỏng..nm 2010
Đinh Thị Hằng
Đinh Thị Hằng
- 12 -
Khóa học: 2008 - 2010
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
GVHD: PGS-TS Phạm Thị Ngọc Ỹn
Ch¬ng I - Tỉng quan vỊ PLC
1.1. Giíi thiƯu vỊ PLC
Powerline communication (PLC) lµ kü tht trun tin sư dơng mạng điện
sẵn có làm môi trường truyền dẫn. PLC còn được gọi là Broadband over Powerline
(BPL), nó cung cấp dịch vụ truy cập internet băng rộng đến tận nhà bằng việc sử
dụng các phương pháp điều chế số trên dải tần còn lại của đường dây điện.
Công nghệ truyền thông tin trên đường dây điện lực PLC mở ra hướng phát
triển mới trong lĩnh vực thông tin. Với việc sử dụng các đường dây truyền tải điện
để truyền dữ liệu, công nghệ PLC cho phép kết hợp các dịch vụ truyền tin và năng
lượng. Trước đây, những thành tựu của khoa khọc kỹ thuật từ những năm 50 của thế
kỷ 20 đà cho phép sử dụng đường dây điện lực ®Ĩ trun c¸c tÝn hiƯu ®o lêng, gi¸m
s¸t, ®iỊu khiĨn. Cùng với tốc độ phát triển nhanh chóng của các công nghệ khác
trong kĩnh vực viễn thông và công nghệ thông tin, hiện nay công nghệ PLC đà cho
phép cung cấp dịch vụ truyền tải điện kết hợp với truyền dữ liệu trực tiếp tới người
sử dụng.
Công nghệ truyền thông PLC sử dụng mạng lưới đường dây cung cấp điện
năng cho mục đích truyền tải thông tin nhằm tiết kiệm chi phí đầu tư. Để có thể
truyền thông tin qua phương tiện truyền dẫn là đường dây điện, cần phải có các thiết
bị đầu cuối là PLC modem, các modem này có chức năng biến đổi tín hiệu từ các
thiết bị viễn thông truyền như máy tính, điện thoại sang một định dạng phù hợp để
truyền qua đường dây dẫn điện. Hiện nay, công nghệ PLC được sử dụng cho các ứng
dụng thương mại trong nhà như hệ thống giám sát, cảnh báo, tự động hóa,Các ứng
dụng truyền tin dựa trên PLC hiện đang còn nhiều tiềm năng cần được tiếp tục khai
phá.
Mạng đường dây điện hạ thế có thể sử dụng như một hệ thống truyền thông.
Mạng gồm nhiều kênh, mỗi kênh là một đường truyền vật lý nối giữa trạm con và hộ
dân, có đặc tính và chất lượng kênh truyền khác nhau và có thể thay đổi theo thời
gian. Tín hiệu được truyền trên sóng điện xoay chiều 50Hz sau đó có thể được trích
ra bởi một connector kết nối vào đường dây.
Đinh Thị Hằng
- 13 -
Khóa häc: 2008 - 2010
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
GVHD: PGS-TS Phạm Thị Ngọc Yến
Tùy theo từng nước, tổ chức, khái niệm truyền thông tin trên đường dây điện có thể
tìm với các từ khãa:
- PLC (Powerline Communication/Powerline Carrier)
- CPL (Courants porteur en ligne)
- PLT (Powerline Telecommunications)
- PPC (Power Plus Communications)
1.2. Lịch sử phát triển
ĐÃ có một số tập đoàn nghiên cứu và ứng dụng thành công công nghệ PLC.
Bảng dưới đây chỉ ra một số mốc quan trọng:
Năm
Nhóm phát triển
Tốc độ
1978
BSR
120bps
1980
Ochsner
1,2kbps
1985
Van Der Grancht & Dunaldson
6 kbps
1989
Voung @ Ma
14,4 kbps
1996
Adaptive
100 kbps
Năm 1978 hÃng Radio Shack ®· ®a ra hƯ thèng X10 dïng ®Ĩ vËn hành các
thiết bị điện. Hệ thống sử dụng giao thức lưới X10 cho phép các thiết bị tương thích
có thể giao tiếp thông qua lưới điện xoay chiều 110V. Tuy nhiên tốc độ truyền
thông chỉ đạt 120 bps.
Đinh Thị Hằng
- 14 -
Khãa häc: 2008 - 2010
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
GVHD: PGS-TS Phạm Thị Ngọc Yến
Năm 1997 những thử nghiệm truyền thông tin trên đường dây điện theo 2
hướng đà được thực hiện.
Năm 1998 hÃng Nortel Network bắt tay vào việc phát triển và đưa ra thÞ
trêng kü thuËt Digital Power Line (DPL). Kü thuËt này được dùng để kết nối một
mạng truyền thông giữa 35 triệu gia đình ở 7 nước Châu âu và Châu á. Kỹ thuật này
cho phép kết nối nhanh chóng thông qua mạng lưới phân phối điện. Kỹ thuật này đÃ
cung cấp giải pháp kinh tế cho những gia đình, các công ty nhỏ muốn thực hiện kết
nối mạng.
Tháng 3 năm 2000, có liên minh của các tập đoàn công nghiệp lớn nhất, nhất
là việc giới thiệu các tiêu chuẩn kỹ thuật, sản phẩm điện để cài đặt, ứng dụng PLC.
Trong những tập đoàn công nghiệp đó, ta có thể ®iĨm tªn nh EDF, France
Telecom, Motorola, Sony, ST&T,...sù liªn minh này tạo ra tiêu chuẩn kỹ thuật
HomePlug 1.0 vào thánh 6 năm 2000.
Cũng năm 2000, ta có thể thấy sự ra đời PLCForm với mục đích là khuyến
khích phát triển PLC ở Châu Âu. Các tổ chức tương tự như PLCA, do vậy năm 2001
để khuyến khích phát triển PLC ở Bắc Mỹ, hàng loạt thử nghiệm đà được thực hiện
ở quy mô lớn. ở Fribourg (Suisse) vào năm 2001 díi sù ®iỊu khiĨn cđa OFCOM ().
Mét thư nghiƯm lín khác cũng được thử nghiệm là Saragosse vào năm 2002
với quy mô là trên 300 ngôi nhà.
Tháng 2 năm 2004, ủy ban Châu Âu ra dự án Opera (Open PLC European
Research Alliance) trong 4 năm với ngân sách là 20 triệu Euro.
1.3. Tính kinh tế
Mạng lưới đường đà được xây dựng nên có lợi thế về chi phí đầu tư cơ bản,
cơ sở hạ tầng đường dây điện đà có sẵn, nên có thể cho phép cạnh tranh với giá giẻ
hơn các kỹ thuật truy nhập viễn thông nội vùng khác (thường có yêu cầu vốn đầu tư
lớn).
Mạng điện hạ thế có thể được dùng để thiết lập một cơ sở hạ tầng mạng có
sẵn cho hàng triệu khách hàng, doanh nghiệp riêng biệt trên toàn thế giới, có đường
dẫn tới tận các ổ cắm điện phục vụ cho cả thiết bi gia đình và thiết bị điện công
nghiệp.
Đinh Thị H»ng
- 15 -
Khãa häc: 2008 - 2010
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
GVHD: PGS-TS Phạm Thị Ngọc Yến
Mạng lưới điện có mặt ở hầu khắp nơi.
PLC có thể cung cấp khả năng truy nhập tốc độ cao, tốc độ truyền thông đÃ
đạt tới hàng trăm Mb/s.
1.4. Thông lượng
Cung cấp tốc độ truy cập dữ liệu cao (10 45Mbps) trong dải tần (1,7
30Mhz). Tuy nhiên, do mạng lưới truyền tải điện không được thiết kế với mục đích
để truyền tải thông tin, nên nó không phải là đường truyền vật lý lý tưởng để truyền
thông tin. Kênh truyền PLC qua đường dây điện có đặc tính là tần số phụ thuộc tần
số, thay đổi theo thời gian của các yếu tố ảnh hưởng (tải, vị trí, nhiễu và
phadinh.). Theo tiêu chuẩn châu Âu (Cenelec EN 50065), băng tần cho truyền
thông PLC được phân chia như Bảng 1.1.
Frequency range
Max.transission
User
(kHz)
amplitude (V)
dedication
A
9 - 95
10
Utilities
B
95 – 125
1.2
Home
C
125 - 140
1.2
Home
Band
B¶ng 1.1: Băng tần truyền thông PLC theo tiêu chuẩn châu Âu
Theo tiêu chuẩn này, băng tần dành cho truyền thông PLC chỉ đáp ứng được việc
truyền một vài kênh thoại hoặc dữ liệu đến vài chục Kbit/s. Tốc độ dữ liệu thấp này
chỉ phù hợp với các ứng dụng đo đạc trong ngành điện (quản lý tải cho mạng điện,
truyền dữ liệu đo đếm công tơ.) chứ không phù hợp với các ứng dụng viễn thông
yêu cầu tốc độ cao (trên 2Mbit/s). Để có khả năng truyền dữ liệu tốc độ cao, phổ tần
dành cho PLC phải là băng tần rộng (lên đến 30MHz).
Với các ứng dụng indoor, thông lượng trung bình là 14Mbps.
Tốc độ truyền tin càng ngày càng tăng do sự phát triển của công nghệ, khoa học kỹ
thuật. Vào năm 1998, tốc độ là 0,4Mbps, đến năm 2001 là 2Mbps về mặt lý thuyết.
Tốc độ phụ thuộc vào kiểu ứng dụng cụ thể, với các ứng dụng đơn giản, chỉ là gửi
lệnh điều khiển ON/OF, tốc độ không cần cao (điển hình các sản phẩm của X10).
Với kết nối mạng LAN, yêu cầu tốc độ cao. Tùy vào sản phẩm lên đến 45
224Mbps.
Đinh Thị Hằng
- 16 -
Khóa häc: 2008 - 2010
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
GVHD: PGS-TS Phạm Thị Ngọc Ỹn
VÝ dơ nh h·ng SpidCom, th«ng qua c«ng nghƯ FLIP (FlexIble Powerline) ®· thư
nghiƯm víi tèc ®é 224Mbps.
Tèc ®é phơ thuộc vào các yếu tố:
- Khoảng cách giữa máy phát điện và máy biến thế.
- Số lượng người sử dụng kết nối vào mạng.
- Kiến trúc là indoor hay outdoor.
- Số lượng bộ lặp được cài đặt giữa máy biến thế và máy phát.
- Kiểu ứng dụng cụ thể.
1.5. Phạm vi ứng dụng
1.5.1 ứng dụng trong các hệ thống quản lý, giám sát.
Hình 1-1: ứng dụng PLC trong quản lý điện
Mỗi công tơ điện đợc gắn thêm một thiết bị thu phát PLC, thông tin trên
công tơ sẽ đợc truyền về trung tâm, nh thế việc quản lý v thu thập số liệu sẽ đơn
giản hơn rất nhiều so với cách lm truyền thống l phải cử ngời đến từng công tơ
để lấy số liệu. Thêm nữa, số liệu trên công tơ điện có thể gửi đến nh khách hng
tơng ứng, nh vậy ngời sử dụng sẽ kiểm soát đợc việc sử dụng điện của mình
một cách hợp lý hơn.
1.5.2 Truyền thông đờng di tốc độ cao
Với ứng dụng công nghệ PLC thì việc truyền thông tin đờng di, ngoi
những công nghệ truyền thống nh cáp quang, vi ba thì hiện nay đà có thêm một
giải pháp, đó l dùng đờng dây tải điện cao thế để kết hợp truyền thông tin tốc độ
cao. Tuy có sự suy hao lớn do bức xạ ra ngoi không gian nên tầm xa bị hạn chế
Đinh Thị Hằng
- 17 -
Khóa học: 2008 - 2010
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
GVHD: PGS-TS Phạm Thị Ngọc Yến
nhất định nhng lại có u điểm rất lớn l các đờng dây tải điện cao thế từ hng
chục KV đến hng trăm KV đều có sẵn ở mọi nơi.
1.5.3 Mạng truy cập Internet sử dụng công nghệ PLC
Hình 1-2: Mạng thông tin PLC
Thay vì phải đi từng đờng cáp riêng biệt đến từng nh ngời sử dụng, việc ứng
dụng PLC cho phép tích hợp đờng điện thoại, đờng truyền Internet vμo cïng mét
®−êng ®iƯn l−íi.
1.5.4 øng dơng trong gia đình Intelligent home
Hình 1-3: Mô hình ứng dụng
PLC trong gia đình Intelligent
home
Đó l ý tởng cho một căn nh hiện đại
tự động hon ton với các thiết bị điện
đợc ®iỊu khiĨn theo ý mn cđa ng−êi
sư dơng. HÇu hÕt các thiết bị điện trong nh đều đợc tích hợp víi modem PLC vμ
ng−êi sư dơng cã thĨ ®iỊu khiĨn bất kỳ thiết bị điện no ở mọi nơi trong nh nh
các hệ thông chiếu sáng đợc quản lý v hoạt động tự động do một máy tính trung
Đinh Thị H»ng
- 18 -
Khãa häc: 2008 - 2010
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
GVHD: PGS-TS Phạm Thị Ngọc Yến
tâm điều khiển, cánh cổng cũng đợc điều khiển đóng mở tự động hay các hệ thống
báo động, camera đều đợc quản lý v điều khiển qua hệ thống PLC. Không những
thế, các thiết bị điện còn có thể tự động gửi thông tin (nhiệt độ, độ ẩm, tình trạng
quá tải) đến một máy chủ trong nh để ngời sử dụng có thể dễ dng biết đợc tình
trạng của ton bộ các thiết bị. Ta có thể thấy rõ rng r»ng, nÕu kh«ng sư dơng c«ng
nghƯ PLC cho hƯ thèng đa dạng nh trên thì việc đi các đờng cáp tín hiệu sẽ rất
phức tạp.
1.6. Phân loại
1.6.1 Phân loại theo mức điện áp
Mức điện áp thấp: Đây l mức điện áp thực sự đợc cấp đến từng nh khách
hng, phạm vi đợc các nh viễn thông quan tâm nhất.
Mức điện áp trung bình: Nói chung l mức điện áp từ 6.6kV đến 30 kV,
đờng dây trung thế cấp điện đến các trạm biến áp.
Vì thực thế truyền dẫn tín hiệu trên lới điện thế thấp thực hiện trực tiếp trên
mạng m phần lớn các thiết bị điện vận hnh, tạp âm v méo trên những mạng ny
sẽ rất cao. Mặt khác các đặc tính vật lý trên mạng ny thay đổi theo mỗi tải đợc
bật hay tắt, vì vậy mỗi công nghệ PLC lới điện hạ thế cần có các giải pháp khắc
phục những vấn đề vật lý nh vậy.
1.6.2 Phân loại theo tốc độ bit
PLC băng hẹp tốc độ bit thấp: ứng dụng PLC đầu tiên đợc dnh cho
phạm vi tự động trong lĩnh vực cung cấp điện năng. Phạm vi ny chỉ yêu cầu tốc độ
bit thấp. Vì lý do đó v vì lý do quy định, ngời ta đà xác định dải tần có thể dùng
cho yêu cầu tự động trong nh v trong lĩnh vực cung cấp điện năng. Dải tần đó
nằm trong khoảng từ 3kHz đến 148.5 Hz (Tiêu chuẩn CENELEC - châu u) hoặc từ
3 kHz đến 450 Hz (Tiêu chuẩn ở Mỹ v Nhật).
PLC băng rộng tốc độ cao: Vì dải tần đợc quy định bởi CENELEC chỉ
cho phép truyền dẫn ở tốc độ tơng đối thấp, các nghiên cứu cho dải tần cao đang
đợc thực hiện. Vấn đề chính của dải tần ny l tín hiệu tần số cao đặt trên dây dẫn
Đinh Thị Hằng
- 19 -
Khóa học: 2008 - 2010
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
GVHD: PGS-TS Phạm Thị Ngọc Yến
sẽ suy hao lớn. Dải tần MHz cũng xung đột với tấn số dùng cho các dịch vụ khác
chẳng hạn nh an ninh, điều khiển không lu, các dịch vụ phát thanh quảng bá, dịch
vụ quảng cáo khác, Đó l lý do tại sao cần phải đề ra các quy định thống nhất.
Hiện nay dải tần từ 1 - 10 MHz đợc dùng cho các ứng dụng ngoi nh (Outdoor),
còn dải tần từ 10 30 MHz đợc dnh cho c¸c øng dơng trong nhμ (Indoor).
HiƯn nay mét sè h·ng phát triển công nghệ (Mitsubishi, DS2, Main.net) đề
nghị phân chia băng tần 0 30 MHz lm 3 đoạn dùng cho 4 liên kết (4 link).
Trong đó link 1 hoặc link 4 đợc dùng cho truyền thông giữa thiết bị tập trung (tại
trạm biến áp HE) v bộ lặp (Repeater); link 2 dùng cho các dịch vụ mạng gia
đình; link 3 dùng cho mục đích dự trữ. Thực tế Mitsubishi v DS2 đà cho thơng
mại sản phẩm Modem PLC 45Mbit/s, trong đó băng thông cho đờng lên (Up) l
18Mbit/s (24Mbit/s cho link 4); ®−êng xuèng (DOWN) lμ 27 Mbit/s (18 Mbit/s cho
link 4). Tuy nhiên những đề nghị ny cha đợc xem xét thnh chuẩn chung.
1.6.3 Phân loại theo phạm vi
PLIC (Power line Indoor Telecoms). Đây chính là công nghƯ sư dơng trong
nhµ, tøc lµ chóng ta cã thĨ sử dụng mạng lưới điện trong nhà để thiết lập một mạng
trao đổi thông tin giữa các thiết bị dùng trong nhà với nhau.
Hình 1-4: PLC Indoor
PLOC (Power line Outdoor Telecoms). Đây là kỹ thuật PLC sử dụng để trao
đổi thông tin giữa các trạm điện với nhau và với mạng gia đình. BPL chính là ứng
Đinh Thị Hằng
- 20 -
Khãa häc: 2008 - 2010
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
GVHD: PGS-TS Phạm Thị Ngọc Yến
dụng PLOC có khả năng cung cấp cho người sử dụng khả năng truy cập Internet
băng rộng với tốc độ vỵt tréi vo víi ADSL (40Mbps). Mét sè øng dơng như: Hệ
thống điều khiển đèn tín hiệu giao thông; hệ thống điều khiển hệ thống chiếu sáng
trên đường quốc lộ; HƯ thèng thu thËp sè liƯu,..
H×nh 1-5: PLC Outdoor
1.7 Giíi thiƯu mét sè modem PLC
1.7.1 Modem trun sè liƯu ST7538
Modem ST5738 có chức năng truyền số liệu với tốc độ thÊp (1200, 2400,
4800 baud). Sư dơng ®iỊu chÕ FSK ë dải tần 132 kHz, với phạm vi hoạt động tới
300m. ST5738 đợc ứng dụng truyền số liệu trong phạm vi hĐp nh− trong mét c¬
quan, tr−êng häc hay mét chung c nhỏ.
1.7.2 Modem tốc độ cao 45 Mbps
Modem ny đợc thiết kế chuẩn trên công nghệ OFDM bởi phòng công nghệ
không dây của tập đon Sumitomo Electric (Nhật Bản). Với sù tiÕn bé cho viƯc sư
dơng trong PLC. Modem cã đặc điểm mới nh thay đổi băng tần tín hiệu v giữ
khoảng cách thời gian. Tác giả đà đánh giá rằng sự hữu ích của công nghệ OFDM
trong môi trờng thực nghiệm dựa theo đặc điểm của đờng cáp điện.
Bởi vì nguyên mẫu modem l cơ sở trên một phạm vi có thể lập trình cổng
mạng (field programmable gate array FPGA), v đang lm cho modem thực
Đinh Thị Hằng
- 21 -
Khãa häc: 2008 - 2010
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
GVHD: PGS-TS Phạm Thị Ngọc Yến
nghiệm sẽ phải có kết quả đặc biệt l sử dụng các vi mạch tích hợp cao (IC) để giảm
bớt kích thớc v giá thnh, sự nghiên cứu của công nghệ chip cũng đợc tiến hnh
cùng lúc. Cũng vo năm 2000, các nh sản xuất Chip cũng đa ra vi mạch phục vụ
cho hệ thống OFDM v hệ thống trải phổ SS. Tuy nhiên, công nghệ của thiết kế, của
hệ thống trên Silicon (Trong tơng lai l DS2) tham gia nhiều phần thông thờng
với modem đầu tiên của Sumitomo Electric, bao gồm cả điều chế v truy nhập hệ
thống dù rằng chỉ có modem tại cấp độ FPGA. Sumitomo Electric vì thế đà quyết
định sử dụng chip từ DS2 để ph¸t triĨn modem thùc nghiƯm.
Sù ph¸t triĨn cđa modem 45Mbps
Tèc ®é trun dÉn cđa modem nμy tèi ®a lμ 45 Mbps (lng lªn 18 Mbps, lng
xng: 27 Mbps). Sù trun thông tốc độ cao khoảng 10 Mbps hoặc hơn trong luồng
xuống có thể đạt đợc trong môi trờng thực nghiệm dựa theo những đặc điểm của
đờng dây. Tuy nhiên, do bởi những nguyên nhân cao hơn, nó không thể đánh giá
hệ thống trong một môi trờng thực tế ở Nhật Bản v có thể kiểm nghiệm ở các
nớc khác. Công ty ENDESA (Tây Ban Nha), đi đầu trong việc thực nghiƯm PLC.
ENDESA cã trơ së ë thμnh phè Zaragoza, thiÕt bị đà đợc đa tới đó để tiến hnh
kiểm nghiệm.
Nh trong hình tác giả quản lý việc kiểm nghiệm giữa phòng biên áp ngầm dới đất
v công tơ điện trong một phòng trong nh, giữa meter room v buồng sử dụng.
Trong cả 2 trờng hợp, tác giả có thể đạt đợc tốc độ luồng xuống 10 Mbps, v
bằng cách đó thực hiện trong môi trờng thực tế.
Đinh Thị Hằng
- 22 -
Khãa häc: 2008 - 2010
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
GVHD: PGS-TS Phạm Thị Ngọc YÕn
Chi tiÕt kü thuËt cña Modem PLC 45 Mbps
Modem PLC 45Mbps của công ty Sumitomo Electric đợc chuẩn thơng mại hoá
trên nguyên mẫu đợc thiết kế cho phép lm chức năng chuyên dụng, duy trỳ đầu
cuối (HE), v bộ lặp (RE). HE đợc thiết kế có thể ci đặt chuyển mạch Gigatbit
Ethernet (2-port, Sx hoặc Lx) nên theo kiểu mạng thông vòng hay thông luồng, có
thể định hình nh một khung chÝnh. Nã còng cã mét nguån cung cÊp cho hệ thống,
m có thể cung cấp năng lợng trong 2h khi mất điện. Chi tiết cơ bản đợc cho
trong bảng.
Item
Specification
Modulation
OFDM
Number carrier
Max. 1280 (programmable)
Frequency band
2.5 MHz to 11.8 MHz (Link1)
13.8 MHz to 22.8 MHz (Link2)
6.3 MHz (Upstream: 2.5 MHz, downstream: 3.8 MHz)
Bandwidth
Data rate
Max.45 Mbps (Upstream: 18 Mbps, Downstream: 27
Mbps)
Multi-access method
TDMA/FDD
Transmission power
Max. -40 dBm/Hz
LAN interface
Console port
100BASE-Tx/10BASE-T
(HE: Gigabit-Ethernet is available (as option))
1 port (for maintenance)
Switch feature
Available (supporting L2 switch and spanning tree)
Operating temperature
0 to 55
Allowable humidity
90% without condensation
AC input
AC 100-240 V 50/60 Hz
Power backup
Đinh Thị Hằng
Two hours (only HE, as option)
- 23 -
Khóa häc: 2008 - 2010
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
GVHD: PGS-TS Phạm Thị Ngọc YÕn
Remote management
Available with SNMPv2
Size
HE: W430 H400 D300 mm
Battery box: W223 H301 D250 mm (as option)
CE mark (EN60950, EN55022, EN55024)
Standard
B¶ng 1-2: §Ỉc tÝnh kü tht cđa Modem PLC 45 Mbps
1.7.3 Mét số sản phẩm khác
- Sản phẩm của hÃng Atlantis.
Tên: A02 – PL300Kit
Site: www.atlantis-land.fr
CodiceT: 44301
Physical Interface
1 x Electrical Power plugs
1 x RJ45 for 10/100 Ethernet (AutoMDI/MDI-X)
LEDs: Power, Link status, PowerLine Status
Chipset
Chipset: Intellon INT6000 ® Integrated Single-chip Powerline Network
Transceiver
Frequency Band
2Mhz to 28Mhz band
Modulation Support
OFDM 1024/256/64/16/8 QAM, QPSK, BPSK and ROBO Modulation
Scheme
Protocol/Standard
HomePlug AV 1.0 specification, IEEE 802.3 10/100 Ethernet (100Mbps) and
IEEE 802.3u Fast Ethernet Compliant
10/100 Mbps AutoMDI/MDIx Support
Đinh Thị Hằng
- 24 -
Khóa học: 2008 - 2010
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
GVHD: PGS-TS Phạm Thị Ngọc YÕn
Co-exists with existing 14Mbps HomePlug 1.0 and 85Mbps Turbo
HomePlug 1.0
Security
128-bit AES Encryption with key management for secure powerline
communications (Utilise Windows 98SE, 2000, ME, XP to enable
encryption)
Data Rate/Range
Up to 200Mbps*
Up to 200mt*
Power Supply
Switch Mode 100V-240V Supply for Europe and UK plugs
Physical and Environmental
Temperature (Operating): 0~35°C
Temperature (Storage): -10~65°C
Humidity (Operating): 30% - 80% RH, no condensation
Humidity (Storage): 30% - 95% RH, no condensation
Weight: Approx 155g
Dimensions (W x H x D): Plastic housing 92 mm x 66 mm x 45 mm
Continuous Current Consumption: 6W (approximately)
- Sản phẩm của hÃng Zyxel
Zyxel PLA-400 Powerline Ethernet Adapter
Đinh ThÞ H»ng
- 25 -
Khãa häc: 2008 - 2010
