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最适合中国电网的,还是中国PLC标准和芯片

时间:2020-08-06 作者:刘于苇 阅读:
电力线通信技术在国外已经发展了几十年,但每个国家电网环境不一样。针对窄带电力线通信(PLBus.nb), 2017年中国完全自主的GB/T31983.31.2017标准正式颁布实施,作为标准起草的执笔人,刘鲲博士表示:“中国自己的国家标准,更适合中国电网环境,在技术和应用规模上超越了欧洲G3和美国IEEE1901.1等任何国外技术方案。”
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物联网应用广泛,促进了信息技术产业的又一次重大发展,其中无论是基础设施建设,还是终端应用都具有非常大的想象空间。而让万物互联最关键的就是通信连接——先要拿到数据,才能进行更高层次的分析和应用。物联网采用的通信技术五花八门,常见的有工业总线(如RS485),微功率无线(Wi-Fi、Zigbee、蓝牙、LoRa等),蜂窝无线(NB-IoT、GPRS等)以及电力线通信(Power line communication,PLC)。KxPEETC-电子工程专辑

射频技术应用最为广泛,但其局限性在于信号容易受障碍物阻挡、屏蔽,例如隧道环境、水下环境和金属外壳包裹的电子设备。另外运营商网络覆盖也往往存在盲点,并且需要支付流量费。电力线通信相比其他通信技术,具有无需额外布线、不受阻挡的特点,被称为物联网“最后1公里”接入技术。KxPEETC-电子工程专辑

18年专注一件事:PLC

深圳力合微电子是清华力合旗下集成电路芯片设计企业,18年来专注适合中国电网环境的PLC和芯片技术,曾首家将OFDM数字通信技术应用于国内PLC,提出适合国内电网环境的过零传输正交多载波整套物理层(Z-OFDM),MESH网络技术;首家推出高度集成的Z-OFDM SoC芯片,自2010年起就大规模应用于国家电网智能电表。KxPEETC-电子工程专辑

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力合微电子总经理刘鲲博士KxPEETC-电子工程专辑

力合微电子联合创始人暨总经理刘鲲博士还作为执笔人,起草了国标GB/T31983.31-2017《低压窄带电力线通信第 31 部分:窄带正交频分复用电力线通信物理层》,基于这项国家标准,力合微推出了物联网智能设备电力线通信接入协议PLBus, 实现“有电线的地方,即刻智慧物联”KxPEETC-电子工程专辑

2020年7月22日,力合微电子首次公开发行并在上交所科创板上市,募集资金将用于“研发测试及实验中心建设项目”、“新一代高速电力线通信芯片研发及产业化”、“微功率无线通信芯片研发及产业化项目”和“基于自主芯片的物联网应用开发项目”。KxPEETC-电子工程专辑

8月6日,刘鲲博士在ASPENCORE集团举办的第二届国际电子产业链资源对接大会上,发表《PLBus物联网通信协议及应用》演讲,阐述了PLBus技术的工作机制、技术优势和标准制定,并介绍了大量应用案例。KxPEETC-电子工程专辑

PLBus是什么?

PLBus,中文名电力线数据总线,意思是通过电力线进行数据连接和通信,由于当前大量智能设备都是通过电线进行供电,所以只需要通过电线就能进行数据传输。KxPEETC-电子工程专辑

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(图自:力合微电子)KxPEETC-电子工程专辑

PLBus的工作方式和其他有线接口一样,只需要在智能设备上增加一颗芯片或一个模块,通过芯片或模块本身提供的各式通信接口,就能对设备进行控制、数据采集。KxPEETC-电子工程专辑

从组网上说,连接电力线上的所有设备,是一个总线,节点之间可以通过电线进行数据交互和传输;从网络域和协议栈上说,PLBus从物理层就要解决干扰、噪声问题,然后把数据传输到数据链路层以及应用层,支撑各种各样的应用。KxPEETC-电子工程专辑

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PLBus协议栈、模拟前端已经高度集成到力合微芯片和模块中,进行二次编程开发就可以支撑各种应用(图自:力合微电子)KxPEETC-电子工程专辑

“它是一种接口标准、接口技术、接口协议,和其他通信方式差别在于,它直接通过设备的供电线就可以进行传输。今天包括芯片、模块等成熟完整的技术和解决方案,都已经可以支撑大量的应用。”刘鲲博士介绍到,包括智能电表、智能家居等,都有一整套PLBus协议栈构成的完整通信技术。KxPEETC-电子工程专辑

PLC技术的分类和标准

PLBus具有几个关键指标,主要可以分为两类:KxPEETC-电子工程专辑

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(图自:力合微电子)KxPEETC-电子工程专辑

一类是500kHz以下的窄带电力线通信(PLBus.nb),主要遵循窄波标准,中国、欧美、日本都规定500kHz以下属于窄带。因为在500kHz以下能够实施的数据速率不高,利用最先进的正交多载波技术能实现大概10K左右的速度,适合低速、数据量小的控制类应用。KxPEETC-电子工程专辑

针对窄带电力线通信, 2017年中国完全自主的GB/T31983.31.2017标准正式颁布实施,来自于力合微电子研发的窄带OFDM技术。作为标准起草的执笔人,刘鲲博士表示:“自此中国有了自己的国家标准支撑,这个标准在技术和应用规模上超越了欧洲G3和美国IEEE1901.1等任何国外技术方案。”KxPEETC-电子工程专辑

另一类是0.7-12MHz的高速电力线通信(PLBus.h),速率可以到200K-1Mbps,也支持MESH组网。这是国家电网的企业标准Q/GDW11612-2018,目前大概1亿个通信模块用于智能电表都是采用这种技术。KxPEETC-电子工程专辑

刘鲲博士表示:“大概从2015年开始,国家电网公司开始制定高速PLBus相关标准,力合微电子等企业都参与到标准制定中,目前在国内被大量采用。2018年IEEE推出的国际化标准也起源于我国的国家电网,相对于国际标准,我们自己的标准更适合国内的物联网应用。”KxPEETC-电子工程专辑

电力线通信技术在国外已经发展了几十年,但每个国家电网环境不一样。力合微电子从2002年公司成立,就致力于解决中国电网高噪声、高干扰环境下怎样进行可靠的数据传输。从窄带到高速,再到双模以及HPLC功放芯片,力合微电子提供完整的全套解决方案,这些方案都遵循了国家标准以及企业标准,更适合中国电网环境的。KxPEETC-电子工程专辑

在电力线通信领域我们可以非常自信地说,能和任何国外芯片在国内电网环境PK一下。大家会发现中国在经过了十多年的发展,特别是在国家电网公司对智能电表应用的带动下,无论用量、成熟度、技术先进性都已经走在了国际前列。”刘鲲博士说到。KxPEETC-电子工程专辑

PLBus应用案例大赏

PLBus有很多典型应用,在本次资源对接大会力合微的展台上,也展示出了不同应用对应的芯片和模块产品。KxPEETC-电子工程专辑

第一个典型应用是电表。中国从2008年开始首先将窄带电力线通信用于智能电表,2018年开始用高速电力线通信,每年招标1亿个通信模块,预计再用5年时间可以实现全部规模化。刘鲲博士表示,这个规模和技术本身是走在全球前列的,没有任何一个国家,没有任何一款芯片能在电力线通信领域能做到。KxPEETC-电子工程专辑

第二个典型应用是综合能效管理。具体到末端的各种智能设备、传感器,通过电力线进行连接,实现数据采集和通信。KxPEETC-电子工程专辑

例子一:高铁KxPEETC-电子工程专辑

2019年中国电力线通信标准开始应用到高铁系统,高铁能效管理全部采用了中国自己制定的,包括芯片和模块。KxPEETC-电子工程专辑

例子二:智慧路灯KxPEETC-电子工程专辑

路灯的每一个灯头都连接了电线,PLC直接通过电线进行路灯的数据采集、远程控制,是非常适合的技术。专门为路灯制定的中国电力线通信国家标准《应用于城市路灯接入的低压电力线通信规范》已经在公示阶段,对于相关芯片、模块和整套路灯系统的支撑都是非常完善的。力合微电子也推出了从单灯控制器、双灯控制器到主站的全套解决方案。KxPEETC-电子工程专辑

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(图自:力合微电子)KxPEETC-电子工程专辑

例子三:智能家居KxPEETC-电子工程专辑

家里每一个角落和房间都是电线,电器直接插在插座上,基础连接就已经具备。如果只采用无线通信方式,或者有盲点,或者受阻挡,或者存在楼下楼上不通的问题,与电力线总线融合是更有效的通信方式。KxPEETC-电子工程专辑

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(图自:力合微电子)KxPEETC-电子工程专辑

刘鲲博士还举了一系列智能家居的例子:KxPEETC-电子工程专辑

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某家电企业把国家标准的电力线通信规范和芯片应用到家用热水器,通过面板触控或者语音控制,在房间里直接通过电线控制热水器端的调温、开关。KxPEETC-电子工程专辑

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DALI是飞利浦制定的一个智慧照明标准,原本通过拉线对灯进行控制。用了电力线DALIoPLC(DALI over PLBUS)技术后,从两端都是标准DALI设备的中间进行DALI转电,通过电力线进行传输,不再需要重新布线。“接下来还会推出基于中国电力线通信国家标准的PL-DALI智慧照明标准,采用纯电力线接口方案,所有的灯将来走这个线就可以,不再转化成其他的DALI协议,目前小模块以及芯片产品都非常成熟了。”刘鲲博士说到。KxPEETC-电子工程专辑

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(图自:力合微电子)KxPEETC-电子工程专辑

用PLBus512取代标准DMX512头端控制器输出,进行景观灯控制,内置芯片后不需要另外两根信号线,直接走电线,同样也能取代布线。节省了施工,节省了成本,又节省了以后的线路维护,也已经是成熟的产品。KxPEETC-电子工程专辑

最后刘鲲博士表示,PLBus是基于适合中国电网自主国家标准推出的全新电力线总线接口标准,是一个新的开放式接口协议,针对智能设备、物联网设备的接口规范,覆盖了从底层到传输层、应用层,从芯片到模块。希望产业链上下紧密合作,共同推动这个标准走向所有适合的智能设备。KxPEETC-电子工程专辑

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力合微电子芯片产品合照KxPEETC-电子工程专辑

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力合微电子模块产品合照KxPEETC-电子工程专辑

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力合微电子部分终端解决方案KxPEETC-电子工程专辑

责编:Luffy LiuKxPEETC-电子工程专辑

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本文为EET电子工程专辑 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
刘于苇
电子工程专辑(EETimes China)副主分析师。
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