רשת החשמל בשירות הבית החכם

כיום ניתן להפוך כל בית קיים לבית חכם, בעלות צנועה, ללא חציבה והרס קירות ובתוך פרק זמן קצר. המאמר להלן ...

7:00
  /  
05.11.2006
  
המאמר נכתב על ידי רועי בהרל ונערך על ידי Adilev



רשת החשמל בבית

rnשימוש ברשת החשמל הקיימת לניהול ושליטה בבית חכם ולצורך העברת תקשורת הינו תחום שמתפתח בשנים האחרונות בצעדי ענק בשל היתרונות הרבים הגלומים בטכנולוגיה זו.

rnהבחירה בהעברת תקשורת על קווי החשמל מועדפת כיום על סוגים שונים של תווכים ושל סטנדרטים כגון תקשורת אלחוטית וזאת מכמה סיבות בולטות כגון פשטות ההתקנה, זמינות ונגישות למתח חילופין של ,230Vהספק גבוה, עלות נמוכה יחסית, אמינות המערכת ואבטחת מידע גבוהה. (הערת עורך: רשת אלחוטית דורשת קליטה בכל רחבי הבית, ברב מפלסי זה דורש פתרונות משלו. כמו כן לרוב דורשת חיבור למתח אז למה לא להשתמש בקו החשמל עצמו. מצד השני למטרות הזרמת וידאו רוחב הפס עדיין לא מספיקה בסטנדרטים הנפוצים בהזרמת מידע על קווי חשמל וההדגש הוא על עדיין). תחום זה נחקר רבות בשנים האחרונות ומספר טכנולוגיות וסטנדרטים סומנו בתור המובילות בתחום.

X-10

rnבסוף שנות השבעים יצא הסטנדרט הראשון לבית חכם בשם ,
X-10 אשר השתמש ברשת החשמל הקיימת לצורך העברת תקשורת בין בקרים שונים אשר מוקמו ביחידות הקצה ונתנו מענה לשליטה על צרכנים שונים כגון מעגלי תאורה, שקעים חשמליים ותריסים חשמליים, כל זאת ע"י שימוש בתווך של חוטי החשמל הקיימים. rn

סטנדרט זה היה בשימוש שנים רבות, אך התאפיין בכמה בעיות טכניות אשר חייבו שינוי מהותי בטכנולוגיה. הבעיות העיקריות היו קשורות באמינות המערכת אשר עמדה על סדר גודל של 80-85 אחוזי הצלחה ובעזרת התקנה של פילטרים מתאימים ניתן היה להגיע עד לכ-96 אחוזים. כמו כן, פרוטוקול התקשורת של הטכנולוגיה הזו הוא חד כיווני ואינו מאפשר קבלת אישור על פקודה הנשלחת אל הבקר, כלומר, אין שום אפשרות לאחר מתן פקודה כלשהי לבקר מסויים, לדעת האם הפקודה באמת הגיעה אל הבקר ואם כן האם הבקר אכן ביצע את הפקודה המבוקשת.

נתון נוסף אשר פגע באיכות התקשורת היה קשור לכך שהטכנולוגיה של X-10 היא אנלוגית ולא דיגיטלית, בשיטה זו פענוח המידע המאופנן על קווי החשמל פחות מדוייק ונתון יותר לטעויות.

במשך השנים פותחו שיטות חדשות ושיפורים הוכנסו לטכנולוגיות הללו. התחום עבר כברת דרך משמעותית, וכיום מוצגת בעולם טכנולוגיה ברמת ביצועים מדהימה באמינות גבוהה עם אבטחת מידע מובנית. טכנולוגיה זו קרויה – PLC-BUS.



PLC BUS

טכנולוגית ה- PLC BUS אשר מקור שמה הוא : POWER LINE CARRIER מהווה שיפור עצום מכל הבחינות בהשוואה לטכנולוגיות המיושנות הקודמות לה. השיפור והחידוש בשיטה זו בא לידי ביטוי במספר תחומים, כאשר העיקרי שבהם הוא היותה טכנולוגיה דיגיטלית, נתון אשר מבטיח לנו אמינות גבוהה יותר. כידוע, פענוח המידע המאופנן על רשת החשמל, אשר מתבצע על ידי המקלט, הרבה יותר פשוט ונעשה באחוזי הצלחה הרבה יותר גבוהים כאשר אנו עוסקים במידע דיגיטלי ואכן , אחוזי ההצלחה של טכנולוגיה זו כבר הרבה יותר גבוהים ועונים על דרישותינו הגבוהות. בניגוד לטכנולוגיות המיושנות טכנולוגיה זו מספקת אחוזי הצלחה של כ-99.95 אחוזים ( כלומר- סטייה של 5 פעמים בכל 10,000 הפעלות). מנגנון זיהוי שגיאות (כמו אלו הקיימים ב PARITY, 5MD או במתקדמים יותר גם (Error Correcting מאפשרות הבטחה שרק פקודה נכונה תבוצע.

חידוש נוסף בטכנולוגית ה- PLC BUS הוא היכולת לשדר תקשורת דו כוונית (Two way communication) . לחידוש זה חשיבות מאוד גדולה, בעיקר כאשר אנו מתעסקים באוטומציה ביתית. המשמעות של תקשורת דו כוונית היא היכולת של הבקר בנקודת הקצה להחזיר תשובה (Ack) אל היחידה המשדרת ובכך בעצם לקבל אישור מהבקר על כך שהפקודה שניתנה התקבלה ובוצעה. יכולת זו מאפשרת לנו בין היתר להחזיק בכל מצב נתון את הסטטוס של הבקר ולנטר את מצב המערכת בבית בכללותה. (אם כי גם ב X10 בוצעו הרחבות של משלוח מידע מהסנסורים).

אז איך בעצם השיטה עובדת? סטנדרט ה-PLC BUS היינו טכנולוגיה אשר משתמשת בזרם החילופין (Alternate Current) אשר זורם על קווי החשמל ונמצא בעצם בכל מבנה כיום. זרם החילופין מתבסס על גל הסינוס, ובמדינת ישראל רשת החשמל הביתית מספקת מתח של כ- 230V בתדר של 50Hz. משמעות התדר של הזרם החשמלי היא שבכל שנייה מתקבלים 50 מחזורים של גל הסינוס. העברת תקשורת של אות מסוים בכלל, והעברת תקשורת על רשת החשמל בפרט, דורשת גל נושא. ללא גל נושא לא תתאפשר העברת המידע למרחק הרצוי והאות יאבד בדרך.

לצורך העברת המידע, טכנולוגית ה- PLC BUS מאפננת את אות המידע על גל הסינוס של רשת החשמל ומשתמשת בו כגל הנושא, על מנת להעביר את המידע למרחק הרצוי ובעצם להגיע לכל אחת מנקודות הקצה בבית.

שיטת האפנון בו משתמשת הטכנולוגיה נקראת PPM- PULSE POSITION MODULATION כלומר, אפנון לפי מיקום הפולס. המידע אותו אנו רוצים לשדר מקודד על פי מיקום הפולס המאופנן, כאשר המיקום נקבע לפי מרווחי זמן בין הפולסים החשמליים.

על מנת לאפנן את המידע על הגל הנושא, משתמשים ברכבת הלמים (פולסים) וביניהם יש מרווחי זמן.





rnכאשר אופנן, נראה כל פולס כך: rn



rnאפנון הפולסים על הסינוס :





rnלאחר שהסיגנל אופנן על הסינוס, מתקבל אות שמורכב מהגל הנושא ורכבת ההלמים אשר מורכבת על גל הסינוס.





rnשיטת קידוד המידע לפי פרוטוקול ה- PLC BUS מבוססת על מסגרת שנמצאת בכל חצי מחזור של גל הסינוס, בקירוב למיקום בו הגל חוצה את קו האפס (zero crossing), המסגרת מחולקת לארבעה חלקים אשר מיקום הפולס בכל אחד מארבעת החלקים מייצג שני ביטים. בצורה זו, בכל שני חצאי מחזור או לחילופין בכל מחזור שלם מקודדים ארבעה ביטים וכל שני מחזורים של הסינוס מקודדים שמונה ביטים שהם byte תקשורת, כזכור הזרם במדינת ישראל זורם בתדר של 50Hz נתון שמאפשר לנו תקשורת בקצב של 200bps, קצב אשר מספיק דיו על מנת לאפשר שידור פקודות לבקרי הקצה.





rnמסגרת התקשורת לפי פרוטוקול ה-PLC BUS בנויה מ-byte preamble אשר מקדים את מסגרת המידע ומכין את המקלט לכך שתקשורת עומדת להתקבל. מייד בעקבותיו מגיעים חמישה בתי header אשר מכילים מידע כגון מקור הפקודה, שם הרשת, כתובת הבקר הנמען ואורך המידע. תוכן הפקודה ארוז במספר לא קבוע של בתים אשר יכול להגיע עד לעשרים וחמישה בתים. המסגרת נחתמת ב byte checksum אשר ייעודו הוא גילוי שגיאות.







rnבצורה זו מתאפשרת תקשורת מלאה עם בקרי הקצה על בסיס רשת החשמל. קצב התקשורת ויכולת קידוד המידע במסגרות התקשורת מקנים את היכולת ליישם מערכת שליטה חכמה ובקרה אוטומטית בעצם בכל מבנה אשר לא נעשתה בו תשתית ייעודית מבעוד מועד.

סיכום

rnשיטת התקשורת על גבי רשת החשמל הקיימת כיום מהווה מהפכה בתחום מערכות הבקרה החכמות, בעולם ובישראל, כי מאפשרת בפשטות רבה להיכנס לבית קיים ובתוך מספר שעות להפוך אותו מבית בעל שליטה בצרכני החשמל בצורה קונבנציונאלית לבית אשר כולו מנוהל על ידי מערכת בקרה אוטומטית וחכמה.

רועי הוא מהנדס מערכות, חברת I-Feel מערכות חכמות לבית.
rnניתן לפנות לשאלות בתחום
[email protected] או לטלפון 03-5799696



7:00
  /  
5.11.2006
  
המאמר נכתב על ידי רועי בהרל ונערך על ידי Adilev

1