PowerLine specificatie

• Volgens EN 50065-1 /A1 Europese standaard voor lichtnet communicatie. 
• C-band.  125kHz - 140kHz
• Koppeling voor 230 - 400 Vac.
• 5 Kbps bruto,  4 Kbps netto.  Narrow band BPSK.
• Normering: UL 1950, CSA C22.2 no 950, VDE EN 60950.
• Boosted signal: sterker signaal 9Vpp

Topologieën

FTT
Topologie is de term die wordt gebruikt voor de manier bedrading is gelegd.  Bijvoorbeeld: in ster of bus vorm. FTT  is een tweedraads data-netwerk voor gebruik in gebouwen. De topologie van FTT is  hiërarchisch opgebouwd en heeft een absolute scheiding tussen sub-netten door middel van routers. Data verkeer heeft een snelheid van 78Kbits Dit biedt een throughput van circa 300 acknowledged berichten per seconde op de twisted pair FTT kabel. Door dat routers lokaal verkeer blokkeren is het mogelijk op ieder netwerk segment simultaan veel verkeer te genereren, ieder sub-net zijn eigen maximum van 300 berichten.

PLC
Bij Power Line Communicatie echter bestaat geen fysieke scheiding, immers alles is aangesloten op het lichtnet.  Daar komt bij dat de transmissiesnelheid van Power Line slechts 4Kbits is, dit resulteert in een throughput van circa 5 acknowledged berichten per seconde onder ideale omstandigheden. Echter nu geldt dat alle berichten in alle sub-netten aankomen. De 5 berichten/sec geldt dus voor het gehele systeem.  Dit in tegenstelling met FTT waar ieder sub-net afzonderlijk circa 300 berichten/sec kan produceren.

Bij het toepassen van Power Line communicatie is het dus van het eerste belang om controle over de berichten te hebben.  Daarom adviseren wij bij Power Line met behulp van master-slave methoden alle netwerkberichten gecontroleerd te verzenden.

LonTalk protocol
Het LonTalk protocol draagt zorg voor gegarandeerde verzending van gegevens.  Het protocol kent verschillende vormen van verzending: acknowledged, unacknowledged en unacknowledged repeated. Echter het protocol kan slechts met de Acknowledged service vaststellen of communicatie gelukt is en een het bericht eventueel nogmaals moet worden verzonden (retry).  Standaard zal het protocol vier maal een herhaald bericht verzenden.  

Dual band
Bij Power Line wordt nog van een extra functie gebruikt gemaakt, dual band mode.  Deze dual band mode van de tranceiver maakt het mogelijk naar een lagere zendfrequentie te schakelen ( de CENELEC B-Band).  Standaard worden berichten verzonden in de CENELEC C-Band.

De combinatie van protocol retries en dual-band resulteert in een bijzonder hoge betrouwbaarheid.

Boost mode
Alle HiTECHnologies Power Line modules voor april 2004 zijn voorzien van een jumper waarmee de BOOST mode van de tranceiver kan worden geactiveerd.  Dit betekent dat de tranceiver twee maal het normale uitgangsniveau levert  7Vpp inplaats van 3,5Vpp signaal.  Dit is een belangrijke aanwinst bij gebruik van Power Line Communicatie in slechte netwerken. Aangezien de Power Line module nu tweemaal meer signaal op het lichtnet zet wordt de gebruiker geacht deze mode slechts te gebruiken in de gevallen waar dit stikt noodzakelijk is.  De modules van na april 2004 worden standaard geleverd met triple boost 9Vpp.

Functionele watchdog
Uiteindelijk kan de programmeur in zijn master software een poll mechanisme aanbrengen om twee belangrijke zaken te realiseren. 

1. Het vaststellen dat communicatie met alle onder liggende nodes goed verloopt.
2. Het behouden van synchroniteit tussen master en slave. 

Dit geeft een extra betrouwbaarheid voor het gehele systeem. HiTECHnologies modules maken standaard gebruik van een “poll”mechanisme.

Infrastructuur
De infrastructuur wordt sterk bepaald door het gebruik van eigen voedingskabels binnenshuis of in het veld, of het gebruik van openbare netten. De voedingskabels van transformatorhuis naar woning hebben over het algemeen vele aftakkingen met onbekende lengtes. Een grillige omgeving verhoogd het onvoorspelbaar karakter van het netwerk en verlaagd daarmee de betrouwbaarheid.  Immers ieder zijtak geeft demping en reflecties van het signaal transport over deze voedingskabels.  HiTECHnologies biedt voor die situaties oplossingen als repeaters en afsluitweerstanden om de betrouwbaarheid te kunnen verhogen. Bij gebruik van openbare netten is testen en het gebruik van onze Fail-safe software een eerste vereiste.

Openbare netten
Onder openbare of publieke netten wordt verstaan dat de pompbesturing direct c.q. parallel op de woning aansluiting wordt aangesloten. Bij het gebruik van Power Line Communicatie over publieke netten is allereerst toestemming nodig van het nutsbedrijf, immers zij zijn eigenaar van deze kabels en het is niet toegestaan onrechtmatig gebruik te maken van andermans eigendommen.

Het onbekende verloop van de voedingskabels met vele onbekende aansluitingen, onbekende storingsbronnen en onbekende belasting, geeft dat de signaalkwaliteit nimmer gegarandeerd kan worden. Tevens kan de invloed van storingsbronnen niet vooraf worden bepaald.

Het testen op locatie levert een eerste indicatie van de karakteristieken van het netwerk op.  Ervaring is een tweede vereiste. Wijzigingen in bekabeling en/of storingsbronnen kunnen onverwacht plaatsvinden. Het gebruik van publieke netten zal men per definitie zo veel mogelijk moeten beperken.

HiTECHnologies adviseerd in iedergeval onze Fail-safe versie van de pompbesturing te gebruiken.

Eigen voedingskabels
Een eigen voedingskabel wordt aan éénzijde ook aangesloten op het openbarenet van het nutsbedrijf. Echter, na de aansluiting zijn geen woningen of bedrijven op deze kabel aangesloten en zal deze voedingskabel vrij zijn van storing. Doordoor is het aanwenden van eigen voedingskabels voor data-communicatie met behulp van Power Line Communicatie technologie is betrouwbaar.  De belasting is bekend en de kabebeling wordt niet onverwacht gewijzigd.   De maximale lengte is gemiddeld 2 Km.  In uitzonderlijke gevallen is transport over grotere afstanden haalbaar. Let op de goede fase aansluiting, door signaal overdracht op lange kabels is het vaak op alle fases het signaal aanwezig vanwege de overspraak tussen aders.

Twee aderige spanningsvrije kabel
Het gebruik van een spanningsvrije en daarmee belastingsvrije twee aderige kabel voor Power Line Communicatie geeft een ideale verbinding.   Het overbruggen van vele kilometers wordt nu mogelijk. Bij gebruik van zeer lange aftakkingen is het raadzaam deze zijtakken aan het eind af te sluiten met een afsluitweerstand.  Lange kabels geven een signaal echo die verstoring van het signaal tot gevolg kan hebben.  Het is belangrijk een lage impedantie van de kabel te hebben omdat de Transciever impedantie slechts 1 ohm is.  Wij raden aan om niet afgeschermde grondkabel te gebruiken van minimaal 1mm².

Lange netten
Onderstaande schets toont een situatie waar één of meer modules op grote afstand bv. > 1-2 Km van de Gatway verwijdert is.  In deze gevallen zal een repeater-module noodzakelijk zijn, aangezien het signaal niveau over lange afstanden aanzienlijk verzwakt wordt. Indien de lengte reflectie van het signaal veroorzakt dient deze aan het uiteinde te worden afgesloten met een afsluitweerstand.

Gebouwen
Bij gebruik van Power Line Communicatie in gebouwen gelden andere spelregels dan in het open veld.  Over het algemeen is een “Fase koppeling” nodig omdat binnen gebouwen de drie fasen strikt gescheiden zijn.  Over het algemeen treffen we vele aparaten en machines aan ieder van deze apparaten hebben filters en creëren storingen.  De filters kunnen ons Power Line 132KHz signaal aanzienlijk verzwakken.

Storingen zorgen er voor dat onze Power Line Transceiver zijn ontvangst gevoeligheid verkleind, immers deze ziet veel (stoor) signaal.  Bij een ongevoelige ontvangst circuit wordt misschien het echte signaal niet meer gedetecteerd. Het is daarom wenselijk ver van storingsbronnen verwijderd te blijven.  Monteer nimmer een Power Line module naast een frekwentie regelaar!

Aangezien de throughput van Power Line Communicatie nu eenmaal zeer laag is en het gehele gebouw als één netwerk fungeert, geldt ook hier de gouden regel van communicatie in een master slave concept. Het gebruik van een SCADA systeem met een polling mechanisme voor data aquisitie is in combinatie met Power Line sterk af te raden.  Indien een SCADA systeem gewenst wordt zal deze bijvoorbeeld via een FTT of TCP/IP netwerk, zonemanagers pollen. Deze zonemanagers onderhouden contact met de Power Line applicaties.

De topologie met de applicatie modules behoort dus in clusters te worden opgedeeld. Deze clusters communiceren met een master. De master is in ons voorbeeld een zone manager die een tweede netwerk aansluiting heeft voor communicatie met beheer, monitor of bewakingssystemen, het een en ander afhankelijk van het toepassingsgebied.  Dit concept geeft het voordeel dat alle modules in een gebouw kunnen worden bereikt op een gecontroleerde manier.