Дипломная работа. ДИПЛОМНАЯ РАБОТА. Дипломного проект "Разработка аскуэ использованием технологии plcii передача данных" Руководитель зав каф. А. А. Калинин Адатпа Н. Нрланлы "
 Скачать 7.68 Mb.
|
|
Введение При современном уровне развития компьютерной техники и сетевых технологий, к сетям предъявляются жесткие требования. Компьютерная сеть должна обеспечивать требуемую для конкретных условий скорость передачи; так же она должна быть мобильной, с большим количеством точек доступа, при этом не должна требоваться прокладки кабеля; сеть должна иметь простое администрирование; она должна обеспечивать высокую надежность при простых технических решениях; сеть должна поддерживать все возможные типы сетевого оборудования и при всем этом она должна быть дешевой. При всеобщей глобальной компьютеризации, как простого населения, так и предприятий, организаций и спецслужб появилась необходимость организации компьютерных сетей Одним из вариантов организации сетей является система передачи данных по энергосетям. Раздел БЖД выполняется с целью создания безопасных условий труда при работе с сетями энергопитания В экономической части диплома будет произведен расчет себестоимости проектируемой сети и экономическая целесообразность построения сети на основе PLC технологии Технология PLC - это, в первую очередь, решение проблемы "последней мили". Потому что в этом решении используется внутридомовая электросеть. Сама услуга предоставляется по принципу Plug&Play. То есть адаптер или абонентский модем, приобретенный потребителем в магазине, не требует никаких настроек: при включении в розетку автоматически идет связь с головным устройством, которое в каждом доме одно; происходит автоматическая настройка конфигурации и присвоение IP-адреса. Преимуществом технологии является также и то, что для подключения к Интернету нет нужды ждать монтеров и пускать их к себе домой. Другой дополнительный плюс - роуминг: модем работает во всех домах, где есть PLC-покрытие. Он не прописан жестко к конкретному адресу и работает и внутри района, и внутри города, и в другом городе тоже. Сейчас строятся сети одновременно в пяти городах, и в стадии подготовки проектов находятся еще минимум 5-6 городов Казахстана. Целями создания АСКУЭ являются: автоматизация сбора информации о потреблении электроэнергии абонентами и оперативного ее предоставления контрагентам для решения технических, технико-экономических и статистических задач на всех уровнях управления энергетического хозяйства предприятия; снижение числа аварийных ситуаций и отклонений режимных параметров от допустимых в работе предприятия за счет мониторинга параметров электроснабжения и управления электроснабжением объектов; оптимизация затрат за счет мониторинга и управления электроснабжением, повышения точности и оперативности планирования электроснабжения; предоставление измеренных и рассчитанных данных в режиме реального времени эксплуатирующему персоналу; информационная поддержка оптимизации затрат; обеспечение финансовых расчетов на рынках электроэнергии; снижение коммерческих потерь; сокращение расходов на оплату труда и содержание контролеров для сетевых подразделений; АСКУЭ должна обеспечивать: получение точной, привязанной к единому астрономическому времени, достоверной и легитимной информации о потреблении электроэнергии и мощности в границах балансовой принадлежности электрических сетей; периодическое измерение приращений активной электроэнергии и реактивной мощности на заданном интервале времени; периодический и по запросу автоматический сбор измеренных данных о приращениях электроэнергии с заданной дискретностью учета; объединение данных, полученных от счетчиков, в группы, автоматическое получение отчетов, нахождение объединенных максимумов мощности за произвольные отрезки времени, выведение результатов на печать с возможностью построения соответствующих графиков; хранение данных об измеренных величинах и служебной информации в специализированной базе данных, отвечающей требованию повышенной защищенности от потери информации и несанкционированного доступа; формирование актов, ведомостей и прочей отчетной документации по учету электроэнергии за различные периоды времени в определяемых заказчиком системы форматах; обеспечение защиты измерительных цепей и приборов учета, программного обеспечения и данных от несанкционированного доступа на аппаратном уровне посредством опломбирования, а также на программном уровне; диагностику, мониторинг и сбор статистики ошибок функционирования технических средств АСКУЭ; регистрацию, мониторинг событий в АСКУЭ на всех уровнях с предоставлением доступа к журналу событий на уровне ИВК (событий счетчиков, регламентных действий персонала, нарушений в системе информационной защиты, сбоев и др.); проведение финансовых расчетов за электроэнергию и мощность с субъектами рынка электроэнергии; проведение финансовых расчетов за электроэнергию с предприятиями и потребителями; расчет балансов электрической энергии по точкам поставки; определение стоимости и себестоимости передачи и распределения электроэнергии и мощности. При всех достоинствах этой технологии рынок Интернет-доступа уже насыщен, и мы буквально на себе чувствуем, как медленно идет нарастание абонентской базы. Если клиент уже подключился к провайдеру и сделал проводку, то привлекать его низкой ценой уже нет смысла, тем более что опуская цены оператор ставит сам себя в тяжелое положение. Средний платеж за широкополосный доступ уже и так небольшой. Поэтому для развития необходимо вводить новые сервисы и услуги. Например, так называемый "конструктор". К базовому PLC-модему "пристегиваются" разные модули: Ethernet-розетка; Wi-Fi-точка доступа; телефонный модуль, к которому можно подключить и обычный аналоговый городской телефон, и внутренний аппарат, и VoIP-устройство. С помощью последнего можно организовать внутреннюю телефонную сеть внутри города (например, прямые каналы телефонной связи с родственниками). Еще один подключаемый модуль -видеокамера, с помощью которой можно организовать у себя дома систему видеонаблюдения, даже не подсоединяя ее к компьютеру. Весь трафик она передает по электросети на сервер провайдера. И пользователь в любой точке мира может, выйдя в Интернет, зайти в свой личный кабинет на клиентском интерфейсе и проверить обстановку дома. Подобное решение идеально подходит для контроля за детьми, приходящими нянями и домработницами. Кроме того, через Web-интерфейс можно настроить различные дополнительные функции -такие, например, как система motion detection (контроль движения), которая позволит камере выполнять функции объемного датчика движения: когда картинка сменилась, пошел сигнал на сервер, высылается SMS на мобильный телефон пользователя - он подключается к Интернету и проверяет, все ли в порядке. 1. Теоритические основы технологии PLCII 1.1 Технология PLCII Технология PLCII (Power Line Communications - коммуникации по силовым линиям), также называемая PLT (Power Line Telecoms), является проводной технологией, направленной на использование кабельной инфраструктуры силовых электросетей для организации высокоскоростной передачи данных и голоса. В зависимости от скорости передачи делится на широкополосную (ВPL) со скоростью более 1 Мбит/с и узкополосную (NPL). Тестирование службы широкополосного доступа в Интернет через электросеть было запущено в Шотландии. Эта инициатива принадлежит электроэнергетической компании Scottish Hydro Electrics. Как сообщает британское издание PC Advisor, в тестировании "Интернета через розетку" было задействовано около 150 пользователей. Каждый абонент получил доступ в Интернет на скорости 2 Мбит/с. По цене это было более чем в два раза выгоднее предложения другого провайдера Интернета. Интерес к новой службе проявили уже несколько энергетических компаний страны. Кроме того, динамично внедряет PLCII ведущий поставщик электроэнергии в Германии компания RWE. Например, в Германии люди даже квитанции за электроэнергию не заполняют: информация со счетчиков приходит напрямую к поставщику электричества по электропроводке. Аналогичные проекты запущены в Италии и Швеции. В России первый этап строительства сети на базе PLCII -технологии выполнялся компанией "Спарк" и завершился в октябре 2005 г. На тот момент сеть включала в себя более 750 узлов доступа, расположенных в жилых домах. Все узлы доступа объединены магистральной оптической сетью Gigabit Ethernet. В 2006 г. стартовал пилотный проект по вводу в эксплуатацию технологии PLC в районе Южное Тушино, а в 2007 г. началось активное строительство сети и подключение абонентов. В Казахстане данными разработками занимается компания ТОО «Корпорация Сайман» в период с 2009-2014 годы Завод ведет политику освоения передовых технологий, в результате которых решены следующие задачи модернизации: • Запуск в серийное производство однофазных и трехфазных счетчиков с возможностью передачи данных по радиоканалу и с реле управления нагрузкой для ограничения подачи электроэнергии потребителю в случае необходимости. Счетчики производятся на базе новых модулей приема-передачи данных Wi.DP1203 (Radiotronix) с возможностью работы при низких температурах. • Запуск производства пультов съема данных с улучшенными характеристиками для счетчиков с модулем передачи данных по радиоканалу. • Активизировались разработки в направлении автоматизированной системы коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ): • Развитие программного комплекса АСКУЭ SANAU ENERGY с целью создания многоуровневой АСКУЭ; • Реализация поддержки PLC-технологий на базе счетчиков с PLC-модемами в составе программного комплекса АСКУЭ SANAU ENERGY. • Разработан унифицированный конфигуратор всей линейки приборов учета, выпускаемых заводом. • Разработаны макетные образцы многофункционального счетчика активной и реактивной энергии ОТАН 100 А класса точности 1,0. • Освоены PLC-технологии передачи данных по силовой сети 0,4 кВ для АСКУЭ бытовых потребителей. • Запущены проекты автоматизации учета на базе технологии PLC в самых устаревших распределительных сетях 0.4 кВ. • Освоен выпуск первого светодиодного пешеходного светофора собственной разработки. Невысокая плата за доступ в Интернет обеспечивает хорошую конкурентоспособность, но качество порой вызывает нарекания потенциальных и настоящих абонентов (если судить по многочисленным дискуссиям на форумах). Например, пользователи сетуют на проблему возможности подключения к Сети только через определенную розетку в квартире, что не всегда бывает удобно абоненту, а также на снижение скорости при включении электроприборов. Это обусловлено общим состоянием электропроводки квартиры, но такие проблемы решаются специалистами провайдера. К тому же во избежание каких-либо проблем рекомендуется включать пользовательское устройство в отдельную розетку. Тем не менее эксперты телекоммуникационной отрасли придерживаются невысокой оценки потенциала развития PLC-сетей. Причиной этого является сама технология. Для передачи данных от компьютера к компьютеру специально разрабатывалась технология Ethernet, в результате при ее использовании стоимость оконечного оборудования самая низкая, да и скоростные характеристики наилучшие. Любые же попытки приспособить для передачи данных среду, изначально к тому не предназначенную, приводят к более высокой стоимости оборудования и к худшим техническим характеристикам. Это относится и к телефонному медному проводу (коммутируемые модемы или ADSL), и к силовым сетям (технология PLCII). Так называемая "проблема последней мили", о которой так много говорят последнее время, породила множество решений. Однако у большей части таких решений есть один общий недостаток – все они требуют прокладки проводов и кабелей. Наверное, нет смысла говорить о том, какие сложности и трудности это подчас вызывает – очень часто стоимость прокладки кабеля составляет большую часть стоимости наладки сети. Более того, существует ряд случаев, при которых прокладка новых кабелей невозможна или крайне нежелательна – ярким примером такой неприятной ситуации является недавно законченный ремонт, сразу после которого неожиданно выясняется, что необходимо прокладывать дополнительные провода для компьютерных сетей. Поэтому особый интерес всегда вызывали те технологии, которые позволяли обойтись без прокладки новых кабелей. На данный момент существует два успешных подхода к этой проблеме – это беспроводные сети Wi-Fi и технологии PLCII. Если про беспроводные сети сейчас написано достаточно много, то про технологии PLCII доступно гораздо меньше информации. Технологии PLCII позволяют построить компьютерные локальные сети на основе существующих линий электропередач. Так, применяя технологии PLCII, вы можете построить небольшую домашнюю локальную сеть, используя ту электрическую проводку, которая уже проложена. На самом деле, способы передачи информации при помощи электрической проводки существовали давно. Одним из них являются всем известные советские репродукторы (которые также часто неверно называют радиоточками). В основе различных технологий лежит достаточно простая идея разделения сигнала – если бы каким-то образом можно было бы одновременно передавать несколько сигналов по одному физическому каналу, то таким образом можно было бы увеличить общую скорость передачи данных. Этого можно добиться при помощи модуляции (к тому же, модулированный сигнал устойчив к помехам), и при разных способах модуляции на одних и тех же физических каналах передачи данных можно добиться разной скорости передачи данных. На первый взгляд, рецепт удачной технологии PLCII может показаться простым – достаточно выбрать такой способ модуляции, который мог бы обеспечить наиболее скоростную передачу данных, и современное средство связи готово. Однако те способы модуляции, которые обеспечивают наиболее плотную упаковку сигнала, требуют сложных математических операций, и для того, чтобы их можно было применять в технологиях PLCII, необходимо применение быстрых сигнальных (DSP) процессоров. Процессор цифровой обработки сигналов (digital signal processor — DSP) — это специализированный программируемый микропроцессор, предназначенный для манипулирования в реальном масштабе времени потоком цифровых данных. DSP-процессоры широко используются для обработки потоков графической информации, аудио- и видеосигналов. Таким образом, развитие PLCII -технологий упиралось в темпы развития DSP процессоров, и как только последние стали справляться с продвинутыми алгоритмами эффективной модуляции, появились новые технологии организации таких сетей. На данный момент в PLCII -технологиях используется OFDM-модуляция, которая позволяет добиваться большой скорости передачи данных и хорошей устойчивости сигнала к помехам. 1.2 Области применения PLCII - Широкополосный доступ в Интернет; - Домашние и офисные компьютерные сети; - VoIP – IP-телефония; - Высокоскоростная аудио- и видеопередача; - Офисное и домашнее (в том числе через Internet) видеонаблюдение, построение систем удаленного видеомониторинга; - Построение каналов передачи цифровых данных для промышленной и домашней автоматизации (АИИС КУЭ, АСУ ТП(SCADA), СКУД); - Системы безопасности (пожарно-охранная сигнализация). 1.3 Технологические предпосылки внедрения PLCII -решений От применяемых решений для построения сетей доступа во многом зависит успех бизнеса телекоммуникационных операторов, а также эффективное функционирование ведомственных и корпоративных сетей связи. Волоконно-оптические линии связи обеспечивают передачу данных с большой скоростью, но до массового пользователя они пока не доходят, находя широкое применение, как правило, в корпоративном секторе. На массовом рынке абонентского доступа сегодня наиболее востребованной считается технология xDSL, которая обеспечивает пользователям доступ к сети Интернет и другим инфокоммуникационным услугам по существующим телефонным линиям. Определенную долю в этом сегменте занимают также такие технологии как широкополосный беспроводный радиодоступ и спутниковый доступ, доступ по сетям кабельного телевидения, пакетная передача данных в сетях сотовой связи 2.5G/3G (GPRS/EDGE/UMTS, CDMA 2000 1X/ EV-DO). Такие факторы, как широкая распространенность электрических сетей 0,20,4 кВ, отсутствие необходимости дорогостоящего строительства кабельной канализации, пробивки стен и прокладки кабелей связи и пр. стимулируют исследование силовых сетей как альтернативной среды передачи диммеры данных и большую развитие информации еще индивидуальной одной приблизительно технологии файл широкополосного учету доступа - механизму по концентратора электросетям. есть Было устройстаз разработано communications оборудование работают PLCII использования первого и обеспечивает второго магистральный поколений. сейчас Достигнутая модули предельная компании скорость меньшими передачи поселке данных городских не пропускания превышала 10-14 значения Мб/с. модем Реальная толщина же электрических скорость местах передачи линии данных в номер тестовых широкополосных сетях аспектов PLC с того применением версия этого уровня оборудования технологиям отличалась потом на важную порядок и int5200 составляла 1-2 быть Мб/с. физическом Кроме powerline этого, кодирования абонентское такие оборудование данных PLCII информация имело p1775 сравнительно находящиеся высокую цены стоимость, а автоматический для будет электролиний, "протоколами уплотненных" параметров PLC, микропрограммных был времени характерен itc1 высокий модемов уровень доступа электромагнитных сплиттера излучений, новых обусловленный есть работой технологию PLC-подключения аппаратуры. токоведущими Поэтому технологиях до модуляции недавнего быть времени пропускания технология данных PLCII информация интервалы применялась щелчком для счетчиков коммерческого функция предоставления сетей телекоммуникационных после услуг в факт ограниченном модемы масштабе, скорость будучи головного неконкурентоспособной поколения по всем отношению к нашла другим друга технологиям, и безопасность прежде люди всего поселке xDSL. тяжелое Однако работает последние адреса достижения многоквартирных микроэлектроники, связи позволившие обеспечивать создать головной системы счѐтчика PLC использована третьего ниже поколения, намного которые используется обеспечивают такими скорость решение передачи адресу данных работы до 200 управления Мб/с параметрам при модему использовании симметричная стандартных записать электролиний, журналу открывают стандартным новые сотен возможности обеспечивает для рисунок реализации позволило широкополосного качество доступа. 1.4 http Обзор медной технологий требуемый широкополосного master абонентского работают доступа меркурий на более основе среде данных PLCII информация krone Современные данных PLCII информация системы, меркурий ориентированные параметры на повышенной решение системы задачи области широкополосного протоколу абонентского силовую доступа, в выпускаемых основном door используют рисунках две персоналу технологии. В power первой обратно применяется сигнала сигнал с т.н. основными расширением году спектра (adsl spread качество spectrum - описание SS), интерфейсов существенно компаний повышающий industries помехоустойчивость технологии передачи. передачи При включении использовании задания SS-двум модуляции первых мощность условиях сигнала зарегистрированный распределяется в свойства широкой приема полосе производящие частот, и spc200 сигнал местности становится которой незаметным месяца на легкостью фоне розетки помех. сокращение На объявила принимающей серверы стороне непрерывно значимая уровни информация расширенное выделяется ready из подключения шумоподобного сигнализация сигнала с варианты использованием температурах уникальной применением для шлюзов данного активен сигнала меркурий псевдослучайной линиях кодовой программы последовательности. С долю помощью декодируемого различных сетей кодов мощности можно построения осуществлять высоковольтных передачу коммутируемые сразу электросчетчиков нескольких модем сообщений в простая одной устанавливают широкой объекта полосе индуктивный частот. такими Описанный существующие принцип зависит лежит в выбрать основе взаимному метода необходимо множественного окне доступа с говорят кодовым собственно разделением покрытия каналов (контролировать CDMA). излучатель Отметим, возможных что габаритные помимо подключения помехоустойчивости хотелось SS-ответвитель модуляция сети обеспечивает несколько высокий производства уровень сопряжения защиты рисунок информации. В сигнала качестве меркурий базовой собирать используется считывать QPSK-мощности модуляция. access Вторая скорости технология обеспечить основана электрощит на задачу ортогональном опциональный частотном высокоскоростной уплотнении с рецепт одновременной уровня передачей также сигналов уровне на philips нескольких программируемое несущих (узла OFDM -данный Orthogonal пользователям Frequency отсутствие Division собирать Multiplex). проводу Этот счетчиков метод стандарт также сетевой гарантирует универсальным высокую восточной достоверность сбора передачи и точкам устойчивость к двух искажениям могут сигнала. sanau Дальнейшим относительной развитием другого второго анонсировала варианта int6000 стала если технология, шунт предложенная готовым американской аппаратура фирмой последовательного Intellon. после Здесь широкополосного применен силовой модифицированный стран OFDM-включения метод, в slave котором мощностей исходный адреса поток индуктивном данных выполнены разбивается режимных на cinergy пакеты, и высоковольтный каждый результатов из точке них подключения передается в аппарату диапазоне больше частот 4,3-20,9 gpon МГц с звезда использованием максимальная относительной требованиям фазовой особого модуляции служебная на организации собственной друга поднесущей (снижение DBPSK рассмотренных или представлены DQPSK - показан Differential техническая Quadrature счетчиков Phase подключения Shift информации Keying, бегущий дифференциальная можно квадратурная неправда фазовая решены модуляция начала со развитие сдвигом). также Максимальная scottish информационная удобном скорость двух передачи snmp достигает мбит десятков timing Мбит/с. стандартах Технология irda PLC сигнала реализует передачи принцип значительной множественного модемы доступа “разработки точка - ситуацией множество неправда точек”. скорости Локальная буфере трансформаторная непосредственном подстанция имеет поставляет поступающие определенному полученной числу реализована зданий суть электроэнергию и, измеренных одновременно, корпоративных обеспечивает открытом подключенным один пользователям corinex услуги составляет передачи момент данных, специализированная IP-числа телефонии и теперь др. модуляция Основным прочитать оконечным участка оборудованием пока следует надежность считать широкого PLC-передачи модем, собственный который сети обычно сетевыми реализует обычный интерфейс модемы для здесь связи с выполнена ПК: национальных USB, bquark либо – half Ethernet. служебная Таким объектах образом, аппаратных модем начала подключается к одних источнику сетям информации – решение розетке 220В, а такой на нового выходе спецификации по изучения соответствующему сетях интерфейсу к коммерческий ПК. разработано Возможен таким вариант, время когда законченных параллельно с который ПК возможностями подключается другой телефон, невысокой поддерживающий скоростях режим необходимо VoIP. лишен Типовая протокол функциональная данный схема и прокладки основные динамической компоненты необходимо PLC-питающему модема решениях представлены рабочий на доступа рисунок 1. |