MODEMTEC: Přenos dat po rozvodné energetické síti je realitou

Ing. Bedřich Beneš, ModemTec s.r.o.

V současnosti se již najde jen velmi málo těch, kteří pochybují o možnostech přenosu dat po energetických rozvodech. Zařízení využívající tuto možnost jsou zaváděna do provozu již od 30. let minulého století. Vžil se pro ně název hromadné dálkové ovládání (HDO), a přestože jsou ze svého principu pouze jednosměrná, používají se do dnešních dní.
Problematiku současné techniky PLC (Power Line Communication), která využívá oboustrannou komunikaci, lze rozdělit do dvou částí, a to na přenosovou trasu a vlastní modem.

Přenosová trasa
Přenosovou trasu, tedy vlastní energetické vedení, lze rozdělit na dvě skupiny:

• na rozvětvené silnoproudé vedení (vvn, vn)
• rozvětvené slaboproudé vedení s dynamickou změnou topologie (nn).

Obr. 1. Modem MT23MB (umožňuje odečítat na d61ku stavy všech měřičů tepla, vody, plynu či elektrické energie vybavených průmyslovou komunikační sběrnicí M-Bus) a napájecí zdroj MT21-15

Při rozborech postupů šíření signálů je možné spolehlivě čerpat z teorie vypracované a posléze ověřené zkušenostmi z praxe v souvislosti se zaváděním a provozem HDO. Mechanismus šíření signálů a budování spojů zde vyžadují jiný základní teoretický přístup než u slaboproudých vedení, neboť většinou jde o mnohovodičový nesymetrický systém. Pro zjednodušení se přístoupilo k definování rozprostřených parametrů vedení, kde jsou pro jednotlivé úseky s přibližně stejnýrní parametry popsány postupy vycházející z teorie dvoubranů. Každý prvek je zapsán ve formě matice vlastností charakterizujících např. vlnovou impedanci, přenos atd. Zápis je v komplexním tvaru.
Pro analýzu přenosových vlastností úseku sítě definovaného jako rozvětvené nehomogenní vedení, kde jednotlivé prvky jsou popsány maticovým zápisem, se osvědčila univerzální admitanční metoda. Tato metoda je schopna popsat analyzovanou soustavu formou matice a příslušnými postupy získat parametry rozvětveného nehomogenního vedení. Uvedeným výpočtem se získá statický obraz přenosu, ke kterému je nutné připojit okrajové podmínky. Ty nemají zanedbatelný vliv, protože v sobě zahrnují dynamické chování vlastní soustavy (změna přenosových vlastností při změně zatížení vlastní soustavy a změna chování odběratelů elektrické energie).

Modem
Požadavky na vlastní modem jsou teoreticky dány hledisky jak modulace a demodulace, tak následných postupů nutných k zajištění spolehlivé komunikace. Vlastní fyzický modem je výsledkem implementace teoretických postupů. Vzhledem k tomu, že vlastní komunikace probíhá po přenosové trase a na komunikující modem působí mnoho dynamických vlivů (např. různá rušení s rozdílnými vnitřními impedancemi, změny útlumu trasy, přechodové děje na trase atd.), nelze jednoznačně upřednostnit určitou vlastnost, která by byla dominantní. Má-li modem spolehlivě komunikovat, musí být jeho parametry navrženy velmi vyváženě.

Právní stav
Jednou věcí je samotný přenos dat a druhou věcí je jeho sladění s platnou legislativou. V tomto bodě je třeba se soustředit na dva rozhodující zákony mající vliv na implementaci techniky PLC.
Prvním z nich je zákon č. 22/1997 Sb., o technických požadavcích na výrobky, v aktuálním znění. Tento zákon, resp. příslušné nařízení vlády, definuje buď obecně, nebo konkrétně pro daný typ výrobku požadavky na bezpečný provoz a, což je v případě techniky PLC důležité, hodnoty EMC (elektromagnetické komptability, tedy míru emisí signálů, které zařízení produkuje).
Pro vlastní provoz technického zařízení pro přenos dat (tedy telekomunikaci) po elektrických rozvodech je základním právním dokumentem zákon o telekomunikacích č. 151/2000 Sb. ve znění pozdějších předpisů, kde se za telekomunikační zařízení považuje technické zařízení, včetně vedení, pro vysílání, přenos, směrování, spojování a příjem dat prostřednictvím elektromagnetických vln.
Přidělování kmitočtů se následně řídí Národní tabulkou přidělených kmitočtových pásem. To znamená, že komunikující zařízení má buď přidělený kmitočet, nebo využívá pro činnost definovaná pásma. V ostatních případech je telekomunikační úřad oprávněn nařídit odstranění zařízení bez náhrady s případnou sankcí; to je případ téměř všech širokopásmových systémů PLC (např. tzv. internet do zásuvky), jejichž vysílání zasahuje do kmitočtů obsazených jinými subjekty (radioamatéři, krátkovlnné vysílání, státní správa, NATO atd.).

Spolehlivost přenosů
Společnost ModemTec s. r. o. se dlouhodobě soustřeďuje na vývoj a výrobu úzkopásmových systémů PLC komunikujících na frekvencích 9 až 148 kHz, tj. v pásmech, která Národní tabulka umožňuje využívat pro techniku PLC. Její produkty splňují i ostatní požadavky kladené na harmonizovaný výrobek (značka CE).

Obr. 2. Modem MT23R k přenosu dat přes rozhraní RS-232, RS-485 a RS-422 se zdrojem

Parametry komunikujících modemů jsou dlouhodobě ověřovány (několik let), a to jak pilotními projekty, tak i sledováním rutinních projektů. Výběr lokalit pilotních projektů byl zaměřen na odlišné prostředí energetických rozvodů nn. Ačkoliv pilotní projekty prokázaly, že neexistují dvě zcela shodné lokality, dokázala společnost připravit pracovní postup pro implementaci přenosů technikou PLC v jakémkoliv prostředí. Na základě zkušeností z praxe je každý modem vybaven vnitřní diagnostikou pro analýzu chování modemu i pro analýzu přenosové trasy.

Snímače a přenosy dat
Produkty společnosti ModemTec se nyní formují do dvou základních skupin.
První skupinu tvoří inteligentní modemy buď obsluhující přímo senzory (teplota, vlhkost atd.), nebo snímající hodnoty, které vystupují z měřicích zařízení, např. elektroměrů (obr. 1). Naměřené hodnoty veličin jsou nezávisle zaznamenány a spolu s identifikací časem a adresou postupně předávány k následnému zpracování (možnost stanovení okamžité bilance měřené veličiny), nebo je na dotaz předána on-line odpověď.
Druhou skupinou jsou modemy podporu­jící přenosy dat. Modem podporující sériovou komunikaci RS-232, RS-422 a RS-485 je ověřen pro přenos protokolu Modbus (obr. 2). Ověřila jej renomovaná společnost Schneider Electric a společnost ModemTec se stala členem sdružení Modbus IDA. Spolehlivost sice byla ověřena v systému Modbus, samotný modem je však nezávislý na protokolu, a umožňuje tedy přenášet všechny poloduplexní datagramy délky do 520 bajtů. Dalším produktem podporujícím přenosy dat je modem určený k obsluze zařízení opatřených protokolem M-bus (měřiče tepla, vodoměry atd.).

Závěr
Společnosti ModemTec se podařilo docílit toho, že v oblasti napájené jedním zdrojem (a délka energetických rozvodů je tedy ovlivněna úbytky napětí) je možné přenášet data, a to ve většině případů přímo od koncentrátoru do koncového bodu bez nutnosti vkládat opakovače (na rozdíl od širokopásmové techniky PLC, kde musí být ve vedení každých 50 až 100 m zařazeny opakovače). Obě dodávané skupiny modemů mohou v dané oblasti obsluhovat koncová zařízení bez nutnosti speciálních úprav.
Vývoj nízkorychlostních systémů PLC,jejichž hlavním úkolem je spolehlivý přenos dat z řídce obsazené rozlehlé geografické oblasti, potvrdil své opodstatnění.