Tomás Elías González Benítez - PLC Qué es y Cómo Funciona

PLC: Qué es y Cómo Funciona

El PLC qué es y cómo funciona entra en los términos de telecomunicaciones que alguna vez se consideraron jerga técnica, como Internet, Bluetooth, WiFi, 5G e IoT, ahora son una parte diaria del vocabulario de la persona común. Nuestro mundo ahora está completamente basado en la comunicación. 

En este contexto, existe una gran demanda de varios tipos de sistemas de comunicación, incluida la seguridad, la eficiencia, la integridad de los datos y la velocidad. Sin embargo, la estructura física sigue siendo uno de los factores más importantes, que define muchas características y limitaciones de una red. 

Por lo tanto, uno de los pasos cruciales en la ingeniería de comunicaciones es responder a la simple pregunta: ¿cómo transfiero mis datos de A a B? 

Por supuesto, la respuesta depende en gran medida de la aplicación, los requisitos de datos, el costo y, por último, pero no menos importante, la conveniencia. Y nada es más conveniente que una línea de comunicación que ya está construida. 

Por lo tanto, Power Line Communication (PLC) es un sistema de comunicación que utiliza líneas de transmisión de energía para transferir datos entre dispositivos alimentados por la misma red. 

En este artículo, aprenderá sobre los aspectos principales del PLC, los tipos y estándares aplicados, el principio de funcionamiento y los dispositivos detrás, así como sus ventajas y desventajas.

Conceptos básicos

La comunicación por línea eléctrica funciona inyectando un portador armónico a la línea eléctrica. De esta forma, un receptor que contenga un filtro sintonizado con esta portadora puede rechazar el voltaje intrínseco de la línea de alimentación de 50/60 Hz y leer solo la portadora transmitida. 

Esta portadora puede entonces modularse para transmitir información. Por supuesto, el tipo de modulación y los parámetros deben ser los mismos tanto para el receptor como para el transmisor

Las comunicaciones de baja frecuencia se pueden usar para transportar señales de control, telemetría y voz analógica, mientras que el PLC de alta frecuencia se puede usar para transmitir señales digitales a altas tasas de bits. Los rangos de frecuencia y las aplicaciones se enumeran a continuación:

Baja frecuencia: 24kHz a 500kHz

Este rango de frecuencia se usa típicamente para las comunicaciones de la red. La modulación de amplitud es el estándar común, lo que permite que varios canales operen en la misma línea (a través de la discriminación de frecuencia). 

La señal en sí puede usar solo un cable o una combinación de cables y, en algunos casos, se usa la ruta de tierra en lugar de los cables activos. La comunicación de red se puede aplicar en telemetría, lectura automática de medidores, prevención de fallas, monitoreo y protección. 

Aunque estos sistemas no son nuevos, la aplicación de baja frecuencia está llamando cada vez más la atención debido a la llegada de las redes inteligentes: en estas aplicaciones, los medidores locales pueden enviar información a un maestro de control a través de un PLC, que toma una decisión y envía líneas de comando a los dispositivos. capaz de controlar la red.

 

Frecuencia media: 100 kHz a 1 MHz

Estas frecuencias se utilizan en aplicaciones que requieren una transmisión más rápida, pero están limitadas por los estándares de emisión de radio. Por lo tanto, la frecuencia debe limitarse para evitar la radiación electromagnética de las líneas eléctricas. 

Se aplican en los sistemas de control del hogar, utilizando como capa física el cableado doméstico ya existente. La principal ventaja de esta configuración es que los dispositivos se pueden controlar a través de la misma línea en la que se alimentan, por lo que no se requiere cableado adicional

Si el dispositivo no tiene una interfaz de PLC, se puede usar un convertidor para leer la señal de PLC y generar un protocolo de comunicación más adecuado.  Las señales de banda estrecha se pueden utilizar para adquirir sensores y transmitir comandos a dispositivos domésticos.

Tomás Elías González Benítez - PLC conexiones

Alta frecuencia: superior a 1 MHz

Estas frecuencias se pueden utilizar para transportar señales de Internet. Por ejemplo, utilizando adaptadores PLC/Ethernet, se puede establecer una red de área local (LAN) dentro de una residencia. 

Los dispositivos que funcionan con enchufes Ethernet se pueden conectar a estos adaptadores y la señal LAN fluye a través del cableado residencial. 

Esta técnica es una buena opción en oficinas y residencias donde la comunicación inalámbrica es limitada o no está disponible. 

En estas aplicaciones, el estándar HomePlug AV es la tecnología más aplicada. También se puede realizar la comunicación por Internet entre la línea eléctrica y los electrodomésticos, así como la comunicación entre transformadores. 

Este método se denomina BPL, o banda ancha sobre líneas eléctricas, y es el estándar actual para Internet y transmisión de alta frecuencia a través de líneas eléctricas públicas.

Componentes

La mayor parte de los gastos se dedica a los componentes electrónicos, ya que la infraestructura de transmisión ya existe. Cualquier sistema de comunicación necesita al menos dos componentes: el transmisor y el receptor

Sin embargo, para mantener la integridad de la señal, se requieren componentes adicionales, como repetidores, filtros y trampas de ondas

El transmisor se encarga de inyectar la señal a la línea de alimentación, mientras que el receptor lee la señal del PLC. 

Tomás Elías González Benítez - PLC modelos

Ambos tienen configuraciones similares: el transmisor tiene un generador de frecuencia para modular la señal, mientras que el receptor puede usar un generador de señal y un detector de envolvente para leer la información; ambos tienen una interfaz con la línea de alimentación para evitar que entren altos voltajes en las partes sensibles del circuito, y ambos dispositivos necesitan realizar el procesamiento y la conversión de la señal.

Otro componente importante es el filtro de línea. Este filtro es responsable de rechazar todas las frecuencias no deseadas de la línea de alimentación (incluida la señal de 50/60 Hz), y de pasar por alto solo el PLC deseado. 

Esta es la interfaz principal entre los dispositivos y la línea eléctrica, tanto para transmisores como para receptores. Para aplicaciones simples, en esta etapa se utilizan capacitores de desacoplamiento dedicados. Proporcionan alta impedancia para la frecuencia de potencia, pero permiten una ruta de baja impedancia para las frecuencias portadoras.

Para evitar que las señales de comunicación ingresen a los equipos a través de la línea de alimentación y permitir la seccionalización de la señal, se utiliza un componente denominado “trampa de onda” o trampa de línea

Este componente está formado por diferentes circuitos resonantes que proporcionan una alta impedancia en serie a las frecuencias de las portadoras, bloqueando todas las corrientes de comunicación, al mismo tiempo que permite el paso de la frecuencia de alimentación.

Distancias

La transmisión de PLC larga sufre pérdidas de propagación considerables. Por lo tanto, uno de los componentes más críticos para las aplicaciones de larga distancia es el repetidor. 

El repetidor básicamente lee la señal deseada de la línea del PLC, rechazando la frecuencia de la línea de alimentación y las señales no deseadas, e inyecta una señal restaurada, con mejor amplitud y calidad. 

Debido a que las pérdidas de propagación aumentan con la frecuencia, también aumenta el número de repetidores requeridos. 

También se necesitan repetidores para pasar la señal a través de transformadores, que están optimizados para frecuencias de potencia (50/60 Hz) y pueden degradar la señal transmitida.

Pros y contras

La principal ventaja de PLC es obvia: la capa física ya está construida e instalada, por lo que los costos de infraestructura se reducen significativamente. Incluso en la comunicación de alta frecuencia, los datos se pueden transferir entre dispositivos en el mismo edificio utilizando solo la red eléctrica y, según el rango deseado, algunos repetidores.

Las líneas eléctricas no están optimizadas para transmisiones de alta velocidad, ya que la energía generalmente se transmite a bajas frecuencias (50/60 Hz). Por lo tanto, la propagación de la señal puede verse significativamente limitada en PLC, en comparación con los sistemas de transmisión convencionales. 

La limitación de propagación depende de la frecuencia: los estándares de baja frecuencia pueden cubrir áreas de comunicación más grandes, mientras que la comunicación de alta velocidad generalmente se limita a las redes interiores locales. 

Además del problema de la propagación, muchas agencias reguladoras consideran que la transmisión a través de líneas no blindadas es equivalente a los sistemas de comunicación por radio. Por lo tanto, la frecuencia máxima está estrictamente regulada en algunos países.

Otra desventaja es que el PLC opera en un entorno de bus compartido semidúplex, por lo que un bus se comparte con muchos dispositivos, incluidos varios que no participan en la comunicación, lo cual es una limitación importante de la tecnología. 

Todos estos dispositivos inyectan interferencia de frecuencia amplia a la línea eléctrica, lo que puede degradar la comunicación significativamente.

Conclusión

  • PLC es el protocolo de comunicación que utiliza cables de línea eléctrica para transmitir datos;
  • Debido a que la infraestructura de la línea eléctrica ya existe, el costo puede reducirse significativamente;
  • El PLC moderno se usa principalmente en telemetría y control de red, sin embargo, la transmisión por Internet y la automatización del hogar pueden usar este método cuando sea conveniente;
  • El PLC está regulado por el estándar IEEE 1901, regulando las 2 transmisiones de baja frecuencia.
  • Las pérdidas de propagación son proporcionales a la frecuencia, por lo que las aplicaciones de alta frecuencia son limitadas y requieren más estaciones repetidoras;
  • El PLC opera en un bus semidúplex y compartido. Por lo tanto, el rendimiento es limitado.
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