电力线载波通讯的LonWorks网络设计
日期：2006-5-4 22:48:54 来源：本文摘自《PLC&FA》
点击： 作者：未知
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电力线载波通讯是利用高压电力线(通常指35kV及以上电压等级)、中压电力线(指10kV电压等级)或低压配电线(380/220V用户线)作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式[1]。该方式节省了通讯线路的基建投资和日常的维护费用，也不占用的频率资源，具有一定的经济可行性，应用前景十分广泛。
LonWorks是一种先进的现场总线技术，它由美国Echelon公司推出，于1990年正式公布而形成的。它采用了ISO/OSI模型的全部七层通讯协议，并采用了面向对象的程序设计方法。支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线等多种通讯媒介[2]。
电力线收发器PLT-22是美国Echelon公司为实现在电力线上进行数据传输而专门开发的调制解调芯片，其内核为数字信号处理器(DSP)，并采用BPSK 技术，最高传输速率为5400bps。收发器内部集成了发送和接收数据的所有功能，与神经元控制模块TMPN3150芯片、电力线耦合器等电路一起构成一个完整的电力线载波通讯网络。PLT-22的传输数据采用双频模式，其中132.5kHz 为主频，如果主频被噪声干扰，则自动采用第二载波频率115kHz传输数据,这一点对于一些干扰源、噪声较大的电网尤为适用，更能体现出PLT-22的优越性[3]。
利用电力线载波通讯LonWorks网络能够实现在电力线上正确传输控制信息，可用于工业自动控制系统、电能管理系统、智能家居控制系统、楼宇自动化系统、智能小区管理系统以及实时交通控制系统等。
图1 基本模块硬件原理图
基于电力线载波通讯LonWorks网络的基本控制模块(也称为LonWorks网络上的节点)硬件原理图如图1所示，主要由神经元芯片(IC2)、电力线收发器(IC5)、电力线耦合器、存储单元(IC3、IC4)以及电源单元等组成。其工作过程是以神经元芯片3150为核心管理数据的处理及通讯，当发送数据时，数据通过通信端口发送到电力线收发器PLT-22，再由该收发器进行调制后通过电力线耦合电路将数据信息耦合到交流220V电力线上;当接收数据时则正好相反，先由收发器解调后再将数据信号传送到神经元芯片3150，这样就实现了数据在电力线上的收发。由于神经元芯片3150内部没有ROM，所以其芯片固件(16k)要映像到外部存储器(IC3)中，另外为了便于开发者在LonWorks网络上调试应用程序，还扩展了外部RAM(IC4)。
2.2 基于电力线载波的LonWorks网络结构
该系统采用总线拓朴型，这种结构在实际应用中具有安装简单、扩展及维护方便等特点，只要把调试好的LonWorks基本控制模块的通讯线与电力线的某一相线(L)和零线(N)相连接，整个LonWorks控制网络就可以在电力线上自由地通讯。图2所示为基于电力线载波的LonWorks网络结构, 在该LonWorks网络结构中电力线节点数目受到LonWorks技术的限制，最多可创建127个LonWorks节点。
图2 LonWorks网络结构图
当实际应用的电力线节点数目比较多时，可把LonWorks网络建立成为一个域，在一个域内，LonWorks节点数目可达32385个。
2.3 电力线跨相线传输网络设计
组建电力线载波LonWorks通讯网络时会遇到跨相组网通讯问题, 为了解决这一问题，设计了一个电力线载波通讯网关。网关采用两个LonWorks基本控制模块组成，利用神经元芯片的并行口直接交换数据，其最高通讯速率可达3.3Mbps。该网关电路框图如图3所示，其工作原理为:A相上的LON控制节点A要与B相LON控制节点B跨相通讯, 首先节点A把准备好的数据发送到网关，经过网关转换后传送到节点B。因为该网关是用2个神经元芯片3150直接进行交换数据的，在软件中要做好相关通讯协议, 以保证通讯的可靠性与准确性。该网关不但可用来解决电力线载波通讯中同一变压器区域内跨相传输问题, 而且也可以用于跨不同变压器区间的电力线载波通讯数据交换。
1 引言
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电力线载波通讯是利用高压电力线(通常指35kV及以上电压等级)、中压电力线(指10kV电压等级)或低压配电线(380/220V用户线)作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式[1]。该方式节省了通讯线路的基建投资和日常的维护费用，也不占用的频率资源，具有一定的经济可行性，应用前景十分广泛。
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LonWorks是一种先进的现场总线技术，它由美国Echelon公司推出，于1990年正式公布而形成的。它采用了ISO/OSI模型的全部七层通讯协议，并采用了面向对象的程序设计方法。支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线等多种通讯媒介[2]。
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电力线收发器PLT-22是美国Echelon公司为实现在电力线上进行数据传输而专门开发的调制解调芯片，其内核为数字信号处理器(DSP)，并采用BPSK 技术，最高传输速率为5400bps。收发器内部集成了发送和接收数据的所有功能，与神经元控制模块TMPN3150芯片、电力线耦合器等电路一起构成一个完整的电力线载波通讯网络。PLT-22的传输数据采用双频模式，其中132.5kHz 为主频，如果主频被噪声干扰，则自动采用第二载波频率115kHz传输数据,这一点对于一些干扰源、噪声较大的电网尤为适用，更能体现出PLT-22的优越性[3]。
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利用电力线载波通讯LonWorks网络能够实现在电力线上正确传输控制信息，可用于工业自动控制系统、电能管理系统、智能家居控制系统、楼宇自动化系统、智能小区管理系统以及实时交通控制系统等。
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2 电力线载波通讯LonWorks网络的硬件结构W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
2.1 LonWorks网络的基本控制模块WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
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图1 基本模块硬件原理图
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基于电力线载波通讯LonWorks网络的基本控制模块(也称为LonWorks网络上的节点)硬件原理图如图1所示，主要由神经元芯片(IC2)、电力线收发器(IC5)、电力线耦合器、存储单元(IC3、IC4)以及电源单元等组成。其工作过程是以神经元芯片3150为核心管理数据的处理及通讯，当发送数据时，数据通过通信端口发送到电力线收发器PLT-22，再由该收发器进行调制后通过电力线耦合电路将数据信息耦合到交流220V电力线上;当接收数据时则正好相反，先由收发器解调后再将数据信号传送到神经元芯片3150，这样就实现了数据在电力线上的收发。由于神经元芯片3150内部没有ROM，所以其芯片固件(16k)要映像到外部存储器(IC3)中，另外为了便于开发者在LonWorks网络上调试应用程序，还扩展了外部RAM(IC4)。
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2.2 基于电力线载波的LonWorks网络结构
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该系统采用总线拓朴型，这种结构在实际应用中具有安装简单、扩展及维护方便等特点，只要把调试好的LonWorks基本控制模块的通讯线与电力线的某一相线(L)和零线(N)相连接，整个LonWorks控制网络就可以在电力线上自由地通讯。图2所示为基于电力线载波的LonWorks网络结构, 在该LonWorks网络结构中电力线节点数目受到LonWorks技术的限制，最多可创建127个LonWorks节点。
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图2 LonWorks网络结构图
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当实际应用的电力线节点数目比较多时，可把LonWorks网络建立成为一个域，在一个域内，LonWorks节点数目可达32385个。
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2.3 电力线跨相线传输网络设计
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组建电力线载波LonWorks通讯网络时会遇到跨相组网通讯问题, 为了解决这一问题，设计了一个电力线载波通讯网关。网关采用两个LonWorks基本控制模块组成，利用神经元芯片的并行口直接交换数据，其最高通讯速率可达3.3Mbps。该网关电路框图如图3所示，其工作原理为:A相上的LON控制节点A要与B相LON控制节点B跨相通讯, 首先节点A把准备好的数据发送到网关，经过网关转换后传送到节点B。因为该网关是用2个神经元芯片3150直接进行交换数据的，在软件中要做好相关通讯协议, 以保证通讯的可靠性与准确性。该网关不但可用来解决电力线载波通讯中同一变压器区域内跨相传输问题, 而且也可以用于跨不同变压器区间的电力线载波通讯数据交换。
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