wersja mobilna
Online: 382 Czwartek, 2016.09.29

Temat miesiąca

Prąd, gaz i woda + transmisja danych. Czyli wszystko o sieciach komunikacyjnych w instalacjach dostawców mediów użytkowych

czwartek, 03 stycznia 2013 12:42

Sieci komunikacyjne są ważnym elementem instalacji dostawców mediów użytkowych. Za ich pośrednictwem w systemach produkcji, przesyłu oraz dystrybucji transmitowane są różne dane. Są to m.in. stany liczników zużycia energii elektrycznej, wody, gazu lub ciepła oraz wyniki pomiarów z czujników monitorujących stan tych instalacji. Dostęp do takich informacji umożliwia rzetelne rozliczanie się z odbiorcami oraz ułatwia utrzymanie ciągłości dostaw.

Spis treści » Światłowody pozwalają na budowę rozległych sieci
» Światłowody w energetyce
» Technologie power line communication
» Zalety i wady PLC
» PLC w AMM/AMI
» AMM/AMI - przykładowa konfiguracja
» Wi-fi i ZigBee w AMR
» Zdalny monitoring
» Zdalne sterowanie
» Wykorzystanie technologii GSM/GPRS
» Zalety sieci komórkowych
» Radiomodemy
» Sieci radiomodemowe
» Podsumowanie
» Pokaż wszystko

Na niezawodność, bezpieczeństwo oraz koszt wdrożenia systemu łączności duży wpływ ma zastosowane medium transmisyjne. W przypadku sieci kablowych wybierać można między światłowodami, okablowaniem miedzianym oraz liniami energetycznymi. W łączności bezprzewodowej korzysta się z kolei m.in. z sieci komórkowych lub radiomodemów. W artykule przedstawiamy charakterystykę, wady, zalety oraz przykłady zastosowań tych mediów.

CZĘŚĆ 1 - SIECI KABLOWE

ŚWIATŁOWODY POZWALAJĄ NA BUDOWĘ ROZLEGŁYCH SIECI

W światłowodach dane są transmitowane w postaci impulsów świetlnych, co w porównaniu z kablami miedzianymi ma wiele zalet - przede wszystkim dużą przepustowość. Ponadto występują w nich małe straty mocy przesyłanego sygnału, dzięki czemu można je wykorzystać do budowy rozległych sieci.

Światłowody są odporne na zaburzenia elektromagnetyczne pochodzące z otoczenia, same ich też nie emitują. Brak sygnałów elektrycznych sprawia, że można ich używać w miejscach zagrożonych wybuchem lub pożarem. Zapewniają także izolację galwaniczną między węzłami sieci. Kable światłowodowe są ponadto odporne na trudne warunki otoczenia (temperaturę, wilgotność) oraz lekkie.

Praktycznie niemożliwe jest też podłączenie się do takiego łącza z zewnątrz, dzięki czemu gwarantowane jest bezpieczeństwo i poufność transmisji. Wadą tego medium jest cena. Światłowody używane są m.in. na etapie produkcji energii elektrycznej. Przykładem są farmy wiatrowe. W instalacjach tych zapewnić należy komunikację między urządzeniami w gondoli turbiny zamontowanej na szczycie wieży a skrzynką kontrolną u jej podnóża.

Tą drogą przesyłane są wyniki pomiarów z czujników temperatury, wibracji, prędkości i kierunku wiatru oraz kąta nachylenia gondoli i łopatek wirnika. Z powrotem transmitowane są sygnały sterujące m.in. mechanizmami regulującymi ustawienie gondoli i łopatek. Skrzynki kolejnych wież łączy się zwykle z jedną z nich, która zbiorczo przesyła takie dane z i do centrum sterowania.

ŚWIATŁOWODY W ENERGETYCE

Fot. 1. Światłowody są popularnym medium transmisyjnym w przypadku elektrowni wiatrowych - na zdjęciu farma wiatrowa Lipniki

Realizacja takiej sieci jak wymieniona nie jest prosta. Elektrownie wiatrowe składają się z od kilkunastu do kilkudziesięciu wież o wysokości nawet 100 metrów rozmieszczonych w znacznych odległościach od siebie. Na przykład farma wiatrowa Lipniki w województwie opolskim należąca do Tauronu - ma piętnaście wież o wysokości ponad 80 m (fot. 1).

Ponadto instalacje takie często budowane są na wzniesieniach lub na morzu. Z tych powodów segmenty sieci mają znaczne długości. Wieże wiatrowe są zwykle stawiane na terenach rolniczych, gdzie są najwyższymi obiektami w okolicy. Dlatego są narażone na częste, także bezpośrednie wyładowania atmosferyczne.

Izolacja galwaniczna urządzeń w sieci pozwala w takim wypadku uniknąć ich uszkodzenia w wyniku przepięć. Ograniczona przestrzeń sprawia ponadto, że kable sygnałowe są w wieży prowadzone obok tych z zasilaniem. Źródłem zaburzeń elektromagnetycznych są również elementy turbiny, przede wszystkim generator oraz silniki.

Okablowanie, które jest gęsto prowadzone na małej powierzchni gondoli, nie powinno jej zbytnio obciążać. Ze względu na utrudniony dostęp, zwłaszcza w wypadku elektrowni morskich, ważne jest również, by sieć nie wymagała częstej konserwacji i działała bezawaryjnie.

ZigBee w zdalnym odczycie liczników wody

Dostawca wody użytkowej zdecydował się na wdrożenie w rejonie zasilanym z jego sieci wodociągów systemu zdalnego odczytu liczników tego medium. Za priorytet przyjęto łatwość oraz szybkość realizacji systemu, przy jak najmniejszej ingerencji w istniejącą infrastrukturę. Instalacja, a później również utrzymanie i konserwacja sieci liczników nie powinny być też zbyt uciążliwe dla mieszkańców opomiarowanych budynków.

Aby sprostać tym wymaganiom, wykonawca projektu zaproponował, aby węzły sieci komunikowały się bezprzewodowo. Zdecydowano się zbudować sieć w oparciu o protokół ZigBee. W poszczególnych lokalach mieszkalnych zainstalowano zasilane bateryjnie liczniki zużycia wody wyposażone w moduł komunikacyjny ZigBee. Pełnią one rolę węzłów końcowych sieci.

Na kolejnych piętrach budynku zamontowano też routery. Ich zadaniem jest odbiór danych z węzłów końcowych i ich dalsza, zbiorcza transmisja. Na dachu lub w piwnicy (w zależności od możliwości danego budynku) zamontowano z kolei główny moduł odbiorczo-nadawczy. Przesyła on zbiorczo informacje o stanie liczników w całym budynku do dostawcy medium.

W tym celu wykorzystywana jest sieć Ethernet. Na wypadek utraty łączności między licznikiem a resztą systemu te pierwsze mają możliwość zapisu zarejestrowanych danych. Po wznowieniu komunikacji mogą je przesłać dalej.

Liczniki wysyłają też wiadomości alarmowe w razie odnotowania nadmiernego zużycia wody. Może to być bowiem oznaka przecieku w instalacji, w związku z czym wymagana jest interwencja ze strony operatora sieci wodociągowej.

TECHNOLOGIE POWER LINE COMMUNICATION

Terminem PLC (Power Line Communication) określa się zbiór technologii transmisji, w których jako medium wykorzystywane są linie sieci energetycznej. Dane są w tym wypadku przesyłane zmodulowanym sygnałem nośnej równocześnie z napięciem zasilającym. Często jako metodę modulacji stosuje się OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing).

Polega ona na podziale danych na kilka strumieni, które są transmitowane równocześnie, ale oddzielnie, tzn. z wykorzystaniem wielu nośnych. Do modulacji tych ostatnich stosuje się m.in. technikę PSK. Sieci PLC dzieli się na wąskopasmowe oraz szerokopasmowe.

Częstotliwość sygnałów informacyjnych w wypadku tych drugich zawiera się w przedziale od 1,8 MHz do 250 MHz, a dane mogą być transmitowane z szybkością do kilkuset Mb/s, niestety wyłącznie na krótkich odległościach. W sieciach wąskopasmowych wykorzystywane są sygnały o częstotliwości z zakresu od 3 kHz do 500 kHz.

Maksymalna prędkość transmisji to kilkaset kb/s, ale dane za ich pośrednictwem można przesyłać na duże odległości, rzędu kilku kilometrów. Technologia PLC, zwłaszcza sieci wąskopasmowe, ma wiele zalet istotnych z punktu widzenia dostawców mediów użytkowych. Niestety ma także wady wpływające na jakość transmisji.

ZALETY I WADY PLC

Największą zaletą technologii PLC jest możliwość skorzystania z już istniejącej infrastruktury sieciowej, dzięki czemu nie trzeba ponosić kosztów związanych z zakupem, instalacją, a później konserwacją dodatkowego okablowania. W przypadku dostawców energii elektrycznej będących właścicielami linii transmisyjnych ważny jest również brak opłat za korzystanie z tego medium.

Bez problemu można też uzyskać duży zasięg sieci PLC. Linie energetyczne są bowiem prowadzone nawet na terenach słabo zagospodarowanych, na przykład wiejskich, gdzie nieopłacalne lub niemożliwe jest skorzystanie z innego medium kablowego.

Na jakość transmisji w sieciach PLC największy wpływ ma to, że linie energetyczne, których podstawowym zastosowaniem jest jednokierunkowy przesył energii elektrycznej, nie są przystosowane do transmisji danych. Z tego powodu właściwości przewodów, urządzeń sieciowych (na przykład transformatorów) oraz tych zasilanych z sieci energetycznej są przyczyną szumów, tłumienia oraz odbić sygnału informacyjnego.

Przykładowo te ostatnie są powodowane przez zmianę impedancji obciążenia sieci w wyniku załączania / odłączania odbiorników energii elektrycznej. Z kolei jednym z głównych źródeł szumów są takie urządzenia jak zasilacze, prostowniki oraz silniki.

Brak ekranowania linii energetycznych oraz możliwość podłączenia się do tego medium z zewnątrz wpływają natomiast na bezpieczeństwo oraz poufność przesyłanych informacji. To ostatnie sprawia, że w sieciach PLC wymagane jest szyfrowanie danych.

Smart grid

Koncepcja smart grid zakłada skomunikowanie systemów produkcji, przesyłu oraz dystrybucji energii z centralnym systemem informatycznym. Dzięki wymianie informacji między tymi segmentami przedsiębiorstwa poprawi się komfort odbiorców, media użytkowe będą efektywniej wykorzystywane, a infrastruktura sieciowa będzie zarządzana sprawniej.

Przykładowo na podstawie analizy informacji o popycie oraz podaży energii elektrycznej w poszczególnych rejonach sieci lokalizowani będą ci użytkownicy, którzy dysponują jej nadwyżką oraz ci, których zapotrzebowanie na to medium nagle wzrosło.

Nadmiar energii może na przykład pochodzić ze źródeł odnawialnych zainstalowanych w obrębie prywatnych małych elektrowni (wiatrowych, słonecznych, wodnych, biogazowych) lub z pojazdów elektrycznych. Następnie dysproporcje te będą wyrównywane. Dzięki temu nie nastąpi przeciążenie sieci, a jednocześnie zostaną zaspokojone potrzeby wszystkich jej użytkowników.

Aby ideę inteligentnych sieci wprowadzić w życie, dostawcy energetyczni muszą rozbudowywać infrastrukturę pomiarowo-kontrolną i systemy łączności, a także wdrażać rozwiązania pogłębiające ich interakcję z odbiorcami mediów. W tym celu m.in. inwestują w systemy automatyzacji dystrybucji, inteligentne opomiarowanie oraz systemy zarządzania generacją rozproszoną.



 

zobacz wszystkie Nowe produkty

Zawory proporcjonalne do sterowania przepływem gazów w zakresie 0...1000 slpm

2016-09-29   |
Zawory proporcjonalne do sterowania przepływem gazów w zakresie 0...1000 slpm

Sierra Instruments informuje o wprowadzeniu do oferty nowej serii zaworów SmartVO do sterowania przepływem gazów. Są to zawory elektromagnetyczne z proporcjonalną kontrolą sygnałem napięciowym 0...5 VDC lub prądowym 4...20 mA, produkowane w obudowach z aluminium i stali nierdzewnej 316L.
czytaj więcej

Chłodziarki Peltiera do obudów przemysłowych

2016-09-29   | Stoltronic Polska
Chłodziarki Peltiera do obudów przemysłowych

Stoltronic oferuje serię modułów chłodniczych do obudów przemysłowych bazujących na ogniwach termoelektrycznych Peltiera. Zapewniają one duża niezawodność i niezłą wydajność jak na klasę elementu chłodzenia.
czytaj więcej

Nowy numer APA