Modem de comunicación PLC

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Modem de comunicación PLC
Luis Rubén Saavedra Orozco. cod:261432.


Contents

[edit] Calificación

Porcentaje Presentación 20% Informe 30% Funcionamiento 50%
1 Entrega 10% 0.5 0.5 0.5
2 Entrega 30% 0 0 0 NO ASISTIO A LA ENYTREGA
3 Entrega 30% 0 0 0 NO ASISTIO A LA ENTREGA NOV 5 / 2010


4 Entrega 30% -- -- --

El PLC (Power line communication) es una tecnología que usa la red eléctrica de medio y bajo voltaje para proveer servicio de telecomunicación. Aunque en sus primeras aplicaciones utilizaba bandas de baja frecuencia, que limitaba la velocidad de transmisión dejando a esta tecnología resagada a aplicaciones de control y monitoreo de equipos electrónicos, actualmente se encuentran dispositivos que usan altas frecuencias y proveen servicios como internet de banda ancha; Estas aplicaciones son conocidas como Broadband Powerline (BPL).

[edit] Antecedentes


Los orígenes del PLC son muy remotos, en 1838 Englishman Edward Davy propuso una solución que permitía medir los niveles de las baterías de sitios lejanos a través de la red del telegrafo entre Londres y Liverpool. En 1950 aparece el primer sistema de comunicaciones PLC conocido como Ripple Control, fue diseñado para las redes de media y baja tensión y fincionaba en la banda de frecuencias de 100 a 1 KHz, fue usado principalmente para encender y apagar el alumbrado público y cambios de tarifas. En 1960 el European committee for electrotechnical standardization (CENELEC) estandariza la primera banda de frecuencias para la comunicación PLC que abarcaba de los 3 a los 148.5 KHz y permitia las comunicaciones bidireccionales sobre la red eléctrica de bajo voltaje. Inicialmente se usaba para realizar las lecturas de los medidores de energía de forma remota, como tambien para un gran número de aplicaciones orientadas a la automatización de las casas (domótica).

La expresión PLC (Power line carrier ) aparecío a finales de la segunda guerra mundial, en ese momento la mayoría de líneas de telefonos y de distribución eléctrica fueron destruidas y debido a que la prioridad era la reeconstrución de las lines de transmisión de energía, las necesidades de comunicación se tuvierón que solucionar usando la red eléctrica de media y baja tensión, fue en ese instante en donde aparecieron los sistemas de comunicación PLC.

[edit] Comites de Estandarización


La estandarización del PLC, está a cargo de vario cuerpos de estandarización internacionales y regionales, ellos se enfocan en crear un marco legal en cuanto al uso de la red eléctrica, las radiaciones permitidas y al funcionamioento del dispositivo como tal, asegurandose de que este dispositivo cumpla con las directrices de la comisión de compatibilidad electromagnética (EMC).

En primera instancia la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) publicó el CISPR 22, el cual regula el funcionamiento de los dispositivos que usen un sistema de comunicación PLC y lo concerniente al uso de la red eléctrcia está a cargo de un grupo mixto de trabajo entre el comité Europeo para la estandarización electrotécnica (CENELEC) y el instituo Europeo de estandares de telecomunicaciones (ETSI). Para estó el CENELEC creo unos comites (TC) y subcomites (SC) técnicos conocidos como TC 205 “sistemas electrónicos para casas y deificios (HBES)”, SC 205 A “Principales sistemas de comunicación” y TC 210 “Compatibilidad electromagnética (EMC)”.

Además de estos cuerpos de estandarización existen consorcios y asociaciones que realizan pre-estandarizaciones e incluso estandarizaciones concernientes al PLC. Las más reconocidas son Homeplug, IEEE y el consorcio Opera.


[edit] Homeplug Alliance

Este grupo ha creado 3 especificaciones Homeplug 1.0, HomePlug AV y HomePlug BPL, aunque solo se ha finalizado el Homeplug 1.0 y ya es implementado en muchos productos de la marca.

[edit] IEEE


El instituto de ingenieros electricistas y electrónicos (IEEE) publica trabajos de sus miembros, los cuales contienen información, pruebas y aplicaciones de dispositivos PLC.

[edit] OPERA 2


El consorcio opera tiene 36 patentes en paises europeos e Israel, sus objetivo son: -Mejorar los sistemas PLC de redes de medio y bajo voltaje. -Desarrollar soluciones optimas para conecciones de redes PLC a backbone networks. -Estandarización de sistemas PLC.


[edit] Home plug 1.0

Es la especificación creada por la empresa Homeplug, el cual se enfoca en dos aspectos principales: La capa física, concerniente a la transmisión de datos sobre la red eléctrica y la capa de enlace de datos, que se encarga de definir la arquitectura y los mecanismos que permitan esta transmisión sobre la red en las mejores condiciones. Desde la aparición de Homeplug 1.0, han aparecido dos versiones más que permiten una mejora en la velocidad de transmisión, seguridad y la calidad del servicio. Para mejorar la transmisión de datos, la capa física optimiza técnicas para codificación, modulación y corrección de error, resultando en una excelente conectividad entre dispositivos y una buena tasa de transmisión. La tasa de transmisión para el Homeplug 1.0, turbo y AV son de 14 Mbit/s, 85 Mbit/s y 200 Mbit/s, colocando al PLC en competencia directa con las redes de Ethernet y Wi-Fi.

La capa de conectividad de datos emplea un grupo de tecnologías que proveen excelentes condiciones para una transmisión de alto rendimiento de datos en la forma de paquetes IP, definidas por las técnicas de acceso a red, para esto Homeplug utiliza el acceso múltiple por división de tiempos (TDMA) y administra la arquitectura de la red de forma jerarquica.

[edit] ARQUITECTURA

A diferencia de otros medios físicos de comunicación como el UTP, el cable coaxial o la fibra optica, la principal tarea del cableado eléctrico es el tranporte de energía y no el transporte de datos, entonces estas redes se diseñaron para transportar señales de por ejemplo 110 V/60 Hz. El transporte de datos es por lo tanto una tarea complementaría a la distribución de energía. Por lo tanto tienen unas propiedades físicas y unas carácterística propias que limitan sus capacidades. Estas son:

[edit] Impedancia

Es la reistencia total del cableado eléctrico, este no es un valor fijo ya que los dispositivos que se conectan a la red y la forma como ellos funcionan modifican este valor, estudios han mostrado que la impedanica de una red domiciliaria varía entre los 10 Ω a 1 KΩ.

[edit] Capacitancia e Inductancia

La inductancia es la relación que existe entre el campo magnético φ y la corriente I que atraviesa un dispositivo, esta relación es:

L=Ф/I

Normalmente se define mediante la ley de Ohm, en términos del voltaje V, la corriente I y la frecuencia f como:

L=V/2πfI

La capacitancia es la relación entre el campo magnético φ y el potencial eléctrico V y se define por:

C=Ф/V

Tambien se puede definer enterminos de tensión V, corriente I y frecuencia f usando la ley de Ohm:

C=I/2πfV

Finalmente la impedancia de una red eléctrica se compone de elementos resistevos, capacitivo e inductivos. Usando la ley de ohm la impedancia total de la red electrica se puede expresar como:

Impedancia.jpg

A la red se conectan diferentes dispositivos (televisores, computadores, licuadoras, etc.), la impedancia de esta se ve modificada y se convierte en una interacción compleja de impedancias en serie y paralelo que se pueden desconectar en cualquier momento, además los campos eléctricos y magnéticos generados por estos inducen corrientes que dificultan el modelamiento de la red.

[edit] PERTURBACIONES Y RUIDO ELECTROMAGNÉTICO

Los aparatos conectados al cableado eléctrico generan ruido al mismo que se identifica de la siguiente manera:

- Ruido de impulso, generado cada vez que se enciende o se apaga un dispositivo eléctrico.

- Ruido blanco de la banda de transmisión, cuya densidad espectral de potencia es la misma en todas las frecuencias.

- Ruido periódico de múltiples frecuencias.

- Ruido armónico, compuesto de múltiples frecuencias usadas por el equipo eléctrico conectado a la línea y son múltiplos de la frecuencia de la línea.

Estos ruidos se cuantifican en la relación señal a ruido y se miden en decibeles. Además, las emisiones electromagnéticas que puede producir un equipo eléctrico, deben cumplir con las normas de compatibilidad electromagnética EMC establecidas.

[edit] ATENUACIÓN DE LA SEÑAL

De la misma forma que una onda de radio es atenuada a medida que viaja por el espacio, las señales que envia el equipo PLC tambien son atenuadas a medida que viajan por el cableado eléctrico. En el hogar, la atenuación de la señal está en el orden de los 20 a 60 dB, el medidor de energia y los “circuit brakers” tienen una atenuación de aproximadamente 30 dB para una señal que tiene una frecuencia mayor de 20 MHz, para frecuencias menores a esta la atenuación es del cercana a los 50 dB. Finalmente el valor de la atenuación en una red de distribución eléctrica es de 50 dB/Km.

[edit] ACOPLE ENTRE FASES

Cuando circula una corriente eléctrica alterna de alta frecuencia provoca un campo magnético, llamad de acople en la cercanía del cable. Cuando la inducción ocurre entre componentes de la misma red eléctrica, el acople se llama de interferencia, cuando se debe a elementos de otras redes, se conoce como “telluric current” (corriente telúrica). Además de las características mencionadas, los sistemas de comunicación PLC tambien se ven afectados por la respuesta en frecuencia de los conductores y la sensibilidad de las interfaces que usan para acoplar la señal al cableado eléctrico.

[edit] BANDAS DE FRECUENCIA

Las señales para la comunicación PLC son moduladas en amplitud, frecuencia o fase. Las bandas que se usan dependen de los estandares implementados en cada pais, pero normalmente para la transmisión de datos a baja velocidad se usa la banda de 3 a 148 KHz, para la transmisión de datos de alta velocidad seusa la banda de 2 a 20 MHZ

[edit] BANDA DE FRECUENCIA USADA EN ESTE PROYECTO

Para este proyecto se usará la banda “B” de la CENELEC EN 50065-1, que corresponde a las frecuencias de 95 a 125 kHz.

Bandas.jpg

[edit] ACOPLE CON LA LÍNEA DE ENERGÍA

El acople de red es la interfaz entre la línea de energía, la salida del transmisor de baja tensión y los pines de entrada del receptor del modem. Para aplicaciones de bajo costo, donde el aislamiento no es necesario una red LC doble puede ser usada, pero para aplicaciones de hogar donde el aislamiento e obligatorio se debe usar un transformador de alta frecuencia. Además del aislamiento, el transformador permite un adecuado filtrado entre el módulo de transmisión y la recepción. El transformador Newport 78250 puede ser usado para esto. El acople básico a la red se puede ver en la figura.

Acople.jpg

Un filtro LC serie es necesario para rechazar harmónicos inesperados, ya que el transformador tiene una relación 1:1 este solo actúa como filtro pasa altos y no filtraría armónicos de alta frecuencia. El capacitor actúa como un filtro pasa-bajos con un excelente rechazo de la frecuencia de 60 Hz. Para la banda de frecuencias usadas (95 a 125 KHz) el factor de calidad del acople debe ser bajo debido a que esta banda es bastante amplia. En esta configuración el factor de calidad es proporcional al reciproco de la capacitancia de acople, por lo que el valor de dicho condensador debe ser grande, aunque no lo suficiente para que el capacitor permita el paso de la banda de 60 Hz.

El capacitor usado para esto debe ser del tipo X2[[1]], para que soporte las tensiones de entrada.

La inductancia del capacitor permite completar un filtro pasa bandas, pero debido a que esta es muy pequeña, se debe poner otra en serie para aumentarla y así ajustar el filtro a la banda requerida, el resistor permite la descarga de la capacitancia cuando el dispositivo se desconecta de la línea de alimentación. El varistor V275LA4, protege al dispositivo de los altos voltajes transitorios de la línea de alimentación.

[edit] BIBLIOGRAFÍA

[1] Power Line Communications in Practice, Xavier Carcelle, Editorial Artech house. [2] 56800 Hybrid Controller, Designer Reference Manual, Freescale.

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