Nguyên lý hệ thống PLC-G3 áp dụng mạng mesh chi phí thấp

Giải pháp Vango:

Nguyên lý của một hệ thống PLC:

• PLC sử dụng chung đường dây điện để truyền tải điện năng và truyền thông. Điện năng xoay chiều là các sóng sin tuần hoàn có tần số 50/60Hz, trên các tần số cố định này sẽ được tiền hành chồng lấn lên những sóng mang tín hiệu dữ liệu ở tần số cao từ 2-30MHz chỉ thực thi việc truyền tín hiệu ở những dải tần số cao này. Những tín hiệu dữ liệu tần số cao sẽ được tiến hành chồng lấn với sóng sin điện năng xoay chiều trên cùng 1 đường dây điện nối từ trạm biến áp. Tín hiệu sau khi được chồng lấn này sẽ thao hệ thống phân phối điện đi đến khắp các ổ cắm điện trong nhà. Tín hiệu này sẽ được giải mã bởi các PLC modem thông qua bộ lọc các tín hiệu, dữ liệu sẽ được lấy ra theo 1 đường riêng biệt và kết nối đến các thiết bị trong nhà.
• Khởi đầu của công nghệ truyền thông tin trên đường dây điện lực là hệ thống hỗ trợ đọc công tơ điện. Sau đó hệ thống này được phát triển bổ sung thêm các chức năng giám sát, cảnh báo và điều khiển. Từ chức năng ban đầu là tự động đọc số công tơ, ghi lại và chuyển số liệu về trung tâm, các chức năng giám sát hoạt động, cảnh báo và điều khiển đã được phát triển.
• Theo tiêu chuẩn của châu Âu năm 1991 (EN 50065-1 standard) xác định chuẩn tín hiệu trên đường hạ thế nằm trong khoảng từ 3Khz tới 148,5Khz (băng tần không cần đăng ký). Trong băng tần này được chia thành 5 băng con. Trong đó, hai băng đầu 3 – 9 và 9 – 95Khz là dành cho nhà cung cấp điện lực và ba băng còn lại dành cho khách hàng. Băng A, sóng mang có thể từ 9Khz tới 95Khz dùng cho việc trao đổi thông tin giữa khách hàng và nhà cung cấp. Băng C được dùng cho khách hàng sử dụng các giao thức truy nhập, băng B cũng được dùng cho khách hàng tuy nhiên không có giao thức truy nhập nên có thể coi băng này là băng thông tin tự do. Các hệ thống PLC hoạt động ở dải tần đến 30MHz được xem xét như là hệ thống PLC băng rộng.
• Với kỹ thuật PLC, vấn đề ta quan tâm là làm thế nào có thể truyền dữ liệu trong môi trường nhiễu cao, trong khi mức tín hiệu nhỏ và với tần số dòng xoay chiều là 50 hoặc 60 Hz. Các kỹ thuật điều chế và mã hoá khuyến nghị sử dụng trong PLC: OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao, SS – FFH ( Spread Spectrum – Fast Frequency Hopping) Trải phổ nhảy tần nhanh, DS – SS (Direct Sequence Spread Spectrum) Trải phổ trực tiếp.
• Đường dây truyền tải điện không phải được thiết kế để dành cho truyền dữ liệu, do đó có rất nhiều vấn đề cần được khắc phục. Công suất nhiễu trên đường dây điện lực là tập hợp tất cả các nhiễu loạn khác nhau thâm nhập vào đường dây và vào máy thu. Các tải được kết nối vào mạng như ti vi, máy tính, máy hút bụi… phát nhiễu và truyền bá qua đường dây điện; các hệ thống truyền thông khác cũng có thể đưa thêm nhiễu vào máy thu.
• Đường dây điện được ra đời phục vụ cho việc truyền năng lượng điện chứ không nhằm mục đích truyền thông tin. Khi đưa thông tin truyền trên đó, ta sẽ gặp phải rất nhiều yếu tố gây nhiễu cho tín hiệu. Nhiễu trên đường dây điện có thể quy về 4 loại sau:
  • Nhiễu nền (Background noise),
  • Nhiễu xung ( Impulse noise),
  • Nhiễu băng hẹp (Narrow band noise),
  • Nhiễu họa âm (Harmonic noise).
• Thực tế đường dây điện lực là một môi trường truyền thông rất nhạy cảm, các đặc tính của kênh thay đổi theo thời gian tuỳ thuộc vào tải và vị trí, cho đến nay các đặc tính cụ thể của kênh vẫn là những vấn đề được nghiên cứu nhằm đưa ra các giải pháp xử lý hiệu quả.
• Nguyên lý cơ bản của 1 hệ thống PLC:

Analog Front-End (AFE)_ mạch xử lý tín hiệu nhỏ hay gọi là tiền xử lý. Đó là mạch bao gồm mạch khuếch đại, mạch lọc và mạch chuẩn hoá tín hiệu trước khi đưa vào ADC.

• Bandwidth của tín hiệu
• Mạch khuếch đại bao nhiêu tầng, hệ số gain bằng bao nhiêu
• Mạch Lọc: LFP, BP hay HPF, có cần Anti-alias không, tần số cắt của các bộ lọc
• Điện áp tham chiếu ADC (vref ảnh hưởng đến biên độ tín hiệu đưa vào ADC)
• Các phần mềm mô phỏng Spice (Synopsys), Star-Hspice (Avant Copr), IC Design, Pspice (Cadence), IC Design (Mentor Graphics).
• Ảnh hưởng lẫn nhau của khối analog và digital (nhiễu, giao thoa,.).

2. Giải pháp của Vango về G3-PLC:

• Vango có thể cung cấp 1 hệ thống tổng thể cho khách hàng bao gồm: MCU, SoC, AFE và PLC Chip.
• Hệ thống G3-PLC mà khách hàng của vango thường sử dụng bao gồm: V6100D+V6211C. Có thể cung cấp kit phát triển nếu khách hàng cso nhu cầu. 1 EVK board bao gồm:

 

1. Khối cơ bản bao gồm:
   • Line coupler:

• Chức năng: Ngăn chặn, cách ly điện áp cao khi kết nối với Module với điện áp thấp và cho phép ghép tín hiệu PLC với nguồn chính AC.
  • Nhiễu trong hệ thống PLC:
• Trở kháng của đường dây truyền tải điện. Sự khác biệt giữa các loại cable truyền tải điện dẫn tới sự bất đồng nhất trong trở kháng, gây ra hiện tượng phản xạ làm nhiễu tín hiệu trong quá trình truyền dẫn. Giá trị thay đổi from 1Ω to 60 Ω (in indoor environment from 50 kHz to 500 KHz).
• Tạp âm nhiệt (additive white Gaussian noise)
• Nhiễu trắng do các thiết bị khác gây ra ảnh hưởng tới lưới điện.
• Các nhiễu này xảy ra trong thời gian ngắn và có thể đẩy điện áp lên tới 2KV làm suy giảm tín hiệu truyền và gây nguy hiểm cho các thiết bị đang sử dụng.
  • Cấu tạo cơ bản của 1 moudle Line Coupler:

A, High pass filtering:

• Đây là mạch lọc thông cao hay phần “lọc bỏ qua phần cao”. Điều này đồng nghĩa với việc bất kỳ tín hiệu ở dưới dải tần số chỉ định đều được giảm đi.
• Điều này giúp để tránh suy yếu tần số thấp trong giao tiếp đường dây. Một thiết kế thích hợp cho các thiết bị truyền dẫn được khuyến cáo ở dải tần số 20 kHz.

 

• Tụ C được thiết kế để loại bỏ thành phần điện 1 chiều và sóng hài. Nó phải là High voltage capacitor (C_HV) khuyến nghị có điện áp 230/115V (50Hz/60Hz) và có các ứng dụng Powerline đáp ứng giá trị danh nghĩa về công suất phản ứng tối đa (VA_MAX) giới hạn. Theo (EQ.1), đối với ứng dụng 230 V/50 Hz với giới hạn VaMax là 10VA, C_HV ≈ 601 nF.

VA_MAX _  Maximum reactive power.

 

1. Lựa chọn Coupling transformer:

Cho ứng dụng cách ly nguồn, một lựa chọn sử dụng biến áp để các ly được sử dụng. Cuộn dây sơ cấp và (các) cuộn dây thứ cấp trong máy biến áp cách ly rời nhau, chỉ ghép với nhau bằng từ, không ghép bằng điện, nên cách biệt và độc lập nhau về điện. do đó, điện áp xoay chiều sơ cấp đi vào cuộn sơ cấp và sinh ra từ trường biến thiên. Theo định luật cảm ứng điện từ Faraday, sẽ xuất hiện một sức điện động cảm ứng ở các cuộn thứ cấp. Tùy vào sự chênh lệch số vòng dây giữa cuộn sơ cấp và các cuộn thứ cấp mà có tương quan điện áp khác nhau, có thể tăng thế hay hạ thế (so với điện áp sơ cấp). Hiệu quả truyền công (truyền năng lượng hay thông tin) giữa cuộn dây sơ cấp và các cuộn dây thứ cấp do độ hỗ cảm quyết định. Cuộn dây sơ cấp và (các) cuộn dây thứ cấp có các đường đặc tính Volt-ampère khác nhau. Có ưu điểm về tần số chuẩn, ghim điện áp đầu ra luôn giữ ở một mức danh định duy nhất ngay cả khi điện lưới ở đầu vào trồi sụt bất thường. Do bản chất biến áp cách ly được cấu thành từ các cuộn dây, do vậy bản thân chúng cũng tồn tại cảm kháng (induction) khá lớn – vốn là “kẻ thù” với các nguồn nhiễu cao tần, tạo cho loại biến áp đặc biệt này khả năng lọc nhiễu khá hiệu quả.

Khi được ghép nối biến áp cách ly với mạch lọc thông cao nó tạo thành 1 mạch lọc thông dải.

R Tổng trở của mạch R

line + Rmodule

Với tần số 40-500KHz khuyến nghị thông số theo bảng sau:

 

 

1. Mạch bảo vệ:

– Với tần số 50Hz đến 10 MHz. Clamping transient current peaks up to 4.5 kA and voltage is blocked to a break down voltage of 6.5V.

 

• Băng thông hay còn gọi là Bandwidth được sử dụng để truyền tải những dữ liệu có sẵn trong 1 giây. Cũng có thể hiểu đây làtốc độ truyền dữ liệu của một đường truyền.