Pedro Javier Trujillo Tarazona

Universidad Industrial de Santander

Unidades Tecnológicas de Santander

Transmisión de datos a lo largo de las líneas de energía de bajo voltaje

Part of:

� Limitaciones tecnológicas

� Ruido y ancho de banda

� Volumen de datos y capacidad del canal

� Influencia en el desempeño de la red y el servicio

� Variación de la impedancia y otros parámetros eléctricos de la red eléctrica

� Costos y Regulación

� Seguridad y riesgo eléctrico

Algunos aspectos a considerar en tecnologías PLC

Protocolos PLC y antecedentes

� CEBus� ITRAN IT800D� LNCP� HNCP� X-10� HES� CEA R7� HomePlug� otros protocolos

� Adaptive Networks

� BatiBUS

� EHS

� EIB

� Konnex

� Echonet

� EasyPlug (Inari)

� LonTalk

� Microsoft SCP

� ¿Por qué no se trabajó con CEBus, SCP, IT800D, o LonTalk ?

� Por qué si se trabajó con PowerBus ?– Complejidad de baja velocidad vs alta velocidad– ancho de banda y recursos computacionales– Características OEM, costo/beneficio y ciclo de vida– Características de calidad y solidez del fabricante

� PowerBus: marca registrada de Domosys Corporation Inc.

Las tecnologías inicialmente candidatas

� Versión beta Julio 2001

� Hardware y software� Bajo costo y herramientas para OEM

� Corto tiempo de desarrollo de una red� Cumplimiento regulaciones sobre EMI

� Apto para redes de control� RISC, DSP, RAM, ROM, Flash, 5 capas OSI

� Diseñada para funcionar sobre PLC

Descripción de la tecnología

Arquitectura del protocolo

User Application

UPNP, OSGi or other Device Model

Network

Physical Layer

Transport

DLL

Application

Medium

User Application

� Capa física:– 2400 Kbps y 850 bps– Reduced Yaw Shift Keying– CSMA/CA con FEC– Rango: 110 KHz a 135 KHz– Portadora: 115 KHz (o, 132 KHz)

� Capa de enlace de datos– Servicio dirigido con confirmación– Control de flujo

Capas física y control de enlace

� Capa de red– Servicio de segmentación con control de flujo– Servicio de enrutamiento

� Capa de transporte– Servicio de encriptación:

� PIN Key, Public Key, Synchronization Key (Remote Key), Manufacturer Key, Installer Key, Remote Key

Capas de red y de transporte

� Capa de aplicación– Actualización del firmware localmente– PowerLink, routers– API vía SPI y UART– Administración de Variables Virtuales– Lenguaje V Logic

Capas de aplicación

Los circuitos integrados

Coupling

Amp & Fil

Transceiver

HostMicro

ROM

RAM

NVM

MemLatch

I/ODrivers

WatchDog

Peripherals

PowerSupply

Protocol Chip

I/ODrivers

HostMicro

ROM

RAM

NVM

MemLatch

WatchDog

MediumInterface

Kit

Peripherals

PowerSupply

Simple ProductsNo Code Dev.

Detalle de uncircuito integrado

Demodulator

Modulator

RISC8052Core

SFRs

Mod, Demod, &Xdata RAM

2k x 16

P0

PL_TX

PL_TX_ENA

PL_RX

RE

SE

T*

Power Supply

Oscillator

XT

AL1

XT

AL2

AGND

VD

D

VS

S

P1

P2

P3

PS

EN

*

ALE

Interrupt

TE

ST

64 KB of Flash

P4

EA

*VREF

DataRAM

2 Kbyte

Domosys'Proprietary

8 KBBootROM

AVCC

P5

CO

MP

� Enfoque orientado a objetos� Personalidad de dispositivo

� Tipos segun usuario– Fabricante– OEM– instalador

� Incluyen a las variables virtuales

Propiedades de dispositivos

� Eventos para reportar información al host

� Variables para definir parámetros de dispositivos– Según tipos de datos– Según usuario

Eventos y variables virtuales

La interfaz para programaciónde aplicaciones

Control Byte Packet Size

Data LengthMSB

Data LengthLSB

DLPDU TPDU APDU APDU

0x100x110x120x13

NormalBad CheksumTimeoutHost busy

TLHeader

PrimitiveType/ Reject

TypeData Byte(s) Checksum

2 3 4 7 8..n n+1

Variablesize

Overall packetsize on 2 bytes

Rx: Source addressTx: Destination address

When sending, 0x9999identifies U-5x0 series IC

Bitfield

Bits 7..5000 Explicit001 Implicit010 Conditional Req011 !Conditional Req100 Result111 Reject

Bits 4..0MessageID

1-ByteChksum

65

ControlByte

Destination/SourceAddress

Primitive Type andPrimitive ID

Two'scomplementmodulo 256 ofall precedingbytes exceptionof the startingbyte.

1

Redes lógicas M/S y P2P

U-510Device

Legend

LN Manager

SN Manager

Node

U-510

U-510

U-520

Legend

Master

Slave U-540

U-530

U-530Device

Configuración de una red lógica M/S

U-chip con firmware serie 530 o serie 540, por ejemplo los IC U-531 y U-541

El fabricante o desarrollador crea una personalidad de dispositivo con variables y V-Logic

El instalador acondiciona o enriquece la personalidad de dispositivo con variables y V-Logic

� <V-Logic> := <Action List> <END Token> – IF– Assign– Add– Substract– Multiply– Divide

– Toggle, Start timer, stop timer

El lenguaje V-Logic

Topología y el alcance la red

� Topología M/S Maestro/Esclavo

� 1021 esclavos� 1021 redes� no subredes

La topología física

nodo maestroPowerGateU-531

2°nodo esclavo PowerCardU-541

1er nodo esclavoPowerCardU-541Fase 1

Fase 2

Neutro

otro nodo esclavo PowerCardU-541

otro nodo esclavo PowerCardU-541

otro nodo esclavo PowerCardU-541

PC

medidor

medidor medidor

medidormedidor

� Diseño y montaje experimental de interfaces de adquisición de datos del consumo de energía eléctrica

� Elaboración o montaje de guiones para las pruebas del protocolo y el hardware asociado

� Codificación de rutinas V-Logic en los nodos esclavos� Transmisión de datos de conteo de pulsos de medición

de consumo de energías eléctrica generados por un medidor electromecánico y otro electrónico

Resultados

� Pruebas de conectividad, confiabilidad y validez de primitivas

� Prueba de conectividad básica entre diferentes fases

� Pruebas de transmisión de primitivas cortas e intensivas: GET corta, GET media, GET larga, V2, mixta & personalidad

� Prueba de enrutamiento

Pruebas realizadas

� “Facilidad” de uso en:– Proceso de fabricación con PB DT– Proceso de instalación con PB IT– Proceso de revisión y control de prestaciones

con PB BIT y Sdiags– Programación de aplicaciones: API y Sdiags

– FEC

Características para OEM

� Protocolo sólido y eficaz� Red estable

� Concordancia entre especificaciones y realidad

� Ancho de banda frente a ruido� Ancho de banda y comportamiento de

cables de la red como líneas de Tx y como antenas

Análisis de resultados (1)

� Diametro y otras características de grilla local y conveniencia de la tecnología

� Velocidad de Tx adecuada para AMR y telemedida y telecontrol

� Redes de monitoreo y control de baja velocidad

� Operación centralizada vs distribuida� NO: streaming, multimedia, transferencia

de archivos

Análisis de resultados (2)

� Sí Tx con la tecnología seleccionada� No ofrece: broadcast y multicast

� Eficiente uso βω, no es SS ni es OFDM� No bajo costo pero el más bajo

� Solución de mercado semiabierto� Ágil y flexible fabricación OEM e instalación

� PB M/S orientado a AMR� PB P2P orientado a domótica e inmótica

Conclusiones (1)

� Tecnología candidata a uso en AMR local� Aplicabilidad en sistemas predictivos de

fallas� Control de pérdidas y robo de energía

� Aplicable en Sistemas de Análisis y Gestión de consumo de energía

� Decisión tecnológica y decisión de costo/beneficio que incluye reposición y vida del sistema

Conclusiones (2)

� cambio tecnológico� heterogeneidad por competencia entre

fabricantes� teorización ralentizante de estándares

� costos� acceso a la información� bibliografía

� acceso a la red eléctrica

Problemas de PLC para AMR

� Gateway para conectividad a Internet

� Modem GSM y WLANs� Electricidad + alumbrado público +agua + gas

+ alarmas� Sistemas predictivos en las redes de servicios

públicos

� Aplicaciones WAP, XML y GSM� Integrar medidor y dispositivos con la

tecnología

Recomendaciones

Perspectiva macro

ServerServerServerServer

Remote Meter Units Remote Meter Units Remote Meter Units Remote Meter Units (RMU)(RMU)(RMU)(RMU)

EthernetEthernetEthernetEthernet GSMGSMGSMGSM

Software para Software para Software para Software para AdministraciAdministraciAdministraciAdministracióóóón de n de n de n de

EnergEnergEnergEnergííííaaaa

TelcoTelcoTelcoTelco

SuperPowerGateSuperPowerGateSuperPowerGateSuperPowerGate

WEBWEBWEBWEB

BrowserBrowserBrowserBrowser