電力線通信在水運(yùn)工程項(xiàng)目中的應(yīng)用

摘 要：電力線通信（Power Line Communication，PLC）是指利用電力線傳輸數(shù)據(jù)和話音信號(hào)的一種通信方式。終端用戶只需要將電力貓插上電源插座，就可以實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)接入。文章在介紹電力線上網(wǎng)的發(fā)展?fàn)顩r以及基本原理的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)電力線上網(wǎng)在水運(yùn)工程項(xiàng)目中應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：PLC；水運(yùn)工程項(xiàng)目；電力線上網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TN915.853

水運(yùn)工程的建設(shè)發(fā)展已經(jīng)日益成為支撐、保障和帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要力量。從某種程度上來說，水運(yùn)的發(fā)展程度，水運(yùn)的現(xiàn)代化程度，標(biāo)志著整個(gè)社會(huì)發(fā)展的現(xiàn)代化程度，水運(yùn)工程的發(fā)展離不開信息化建設(shè)，而實(shí)現(xiàn)信息化就離不開通信技術(shù)的支持。所以在水運(yùn)工程項(xiàng)目中，我們引入了電力線通信技術(shù)。我們將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于水運(yùn)工程項(xiàng)目中的物理模型試驗(yàn)工作以及灌區(qū)信息化建設(shè)工作當(dāng)中，下面我們就電力線通信的基本原理以及實(shí)際應(yīng)用中的一些優(yōu)缺點(diǎn)做一下分析。

1 電力線通信概述

電力線通信技術(shù)又稱電力貓（簡(jiǎn)稱PLC），出現(xiàn)于20世紀(jì)20年代初期。應(yīng)用電力線傳輸信號(hào)的實(shí)例最早是電力線電話，它的應(yīng)用范圍是在同一個(gè)變壓器的供電線路以內(nèi)，將電信號(hào)從電力線上濾下來。經(jīng)過多年的發(fā)展，這種新的傳輸技術(shù)已經(jīng)能夠通過電源線路傳輸各種互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)信號(hào)，從而大大推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)的普及。用戶只需花上幾分鐘時(shí)間，把特制的調(diào)制解調(diào)器與普通的電線插口相接，就可以上網(wǎng)瀏覽或者發(fā)送接收自建局域網(wǎng)數(shù)據(jù)。在發(fā)送時(shí)，利用調(diào)制技術(shù)將用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，把載有信息的高頻加載于電流，然后在電力線上進(jìn)行傳輸；在接收端，先經(jīng)過濾波器將調(diào)制信號(hào)取出，再經(jīng)過解調(diào)，就可得到原通信信號(hào)，并傳送到計(jì)算機(jī)或電話，以實(shí)現(xiàn)信息傳遞。

2 電力線通信技術(shù)在水運(yùn)工程試項(xiàng)目中的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)

當(dāng)前我們進(jìn)行水道港口科研項(xiàng)目主要通過物理模型試驗(yàn)來進(jìn)行，首先我們會(huì)在試驗(yàn)大廳內(nèi)先進(jìn)行某個(gè)港口或者航道模型的搭建，當(dāng)模型建成之后我們會(huì)根據(jù)項(xiàng)目要求以及模型的大小、地形等因素安裝一系列傳感器以便在試驗(yàn)過程中來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與控制。所有的傳感器的信號(hào)最終會(huì)反饋到控制室的計(jì)算機(jī)上，這些傳感器與控制室內(nèi)上位機(jī)通信是通過綜合布線實(shí)現(xiàn)的。由于每一個(gè)水道港口試驗(yàn)所搭建物理模型都是不盡相同的，所以所有傳感器安裝的位置以及控制室的位置便有所不同，這就要求我們每次都要針對(duì)一個(gè)模型進(jìn)行專門布線。而每當(dāng)一個(gè)模型試驗(yàn)完成之后，所有的通信線路就要連同試驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵约翱刂剖乙徊⒉鸪?，等到新的模型建成后再次根?jù)其具體要求重新布設(shè)，過程十分繁瑣。這時(shí)我們想到了運(yùn)用PLC技術(shù)。試驗(yàn)大廳的電力線網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積很大，這使得PLC可以輕松地接入到每個(gè)角落，試驗(yàn)大廳的電力網(wǎng)絡(luò)接口分布情況如圖1所示，圖中綠色部分為水道港口試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒ㄔ靺^(qū)域，小方框表示電力線接口即空氣開關(guān)插座。

我們從圖中可以看出在模型建造區(qū)域周圍布滿了電力線接口，我們可以在任意一個(gè)插座上插上PLC，只需在傳感器通信接口與PLC之前加一個(gè)串口服務(wù)器，便可以實(shí)現(xiàn)傳感器在試驗(yàn)廳任意位置與上位機(jī)進(jìn)行通信的功能。如此一來，無論今后物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ腿绾巫兏?，我們的通信線路也不需要重新布設(shè)，只需移動(dòng)PLC的位置即可。這樣既可以縮短工期又可大大降低項(xiàng)目成本。PLC其傳輸速率依設(shè)備廠家的不同而不同。例如TP-LINK生產(chǎn)的一款型號(hào)為TL-PA500的PLC其傳輸速率可以達(dá)到500Mbps，足以支持現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)傳輸需求。而且PLC的安裝過程十分簡(jiǎn)便，只需要將設(shè)備插入電源插座便可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入。

PLC不僅運(yùn)用在水道港口模型試驗(yàn)當(dāng)中，還在灌區(qū)信息化建設(shè)項(xiàng)目中發(fā)揮著舉足輕重的作用。灌區(qū)信息化建設(shè)是對(duì)整個(gè)灌渠的水位流量等數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)的工程項(xiàng)目。該項(xiàng)目中需要在一些固定的管理所附近的監(jiān)控室安裝相應(yīng)地儀器設(shè)備來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳到管理所的計(jì)算機(jī)中。由于控制室與管理所之間距離較遠(yuǎn)且障礙物較多，所以采用無線通訊無法滿足需求。這時(shí)我們通過控制室與管理所之間的電力線便可以使用PLC搭建局域網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)上傳數(shù)據(jù)。

3 電力線通信運(yùn)用在水運(yùn)工程項(xiàng)目中存在的不足

目前為止還沒有哪一種網(wǎng)絡(luò)通信接入方式能做到盡善盡美，電力線通信也是如此。想要利用電力線網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)既快速又安全可靠的通信效果依然存在很多問題，所以電力線通信技術(shù)運(yùn)用在水運(yùn)工程項(xiàng)目中的數(shù)據(jù)傳輸上，存在著以下幾個(gè)不利因素：

3.1 信號(hào)衰減

PLC的傳輸速率是與傳輸距離息息相關(guān)的，因?yàn)闊o論是任何導(dǎo)體都是有阻抗的，這會(huì)導(dǎo)致信號(hào)在傳輸過程中有所衰減，電力線上的阻抗與其長度有關(guān)，傳輸距離越遠(yuǎn)速率越慢。例如一般的PLC設(shè)備的傳輸距離大概在300米左右，我們的試驗(yàn)大廳長約為100米，寬度在60米，電力線網(wǎng)絡(luò)布設(shè)縱橫交錯(cuò)，很有可能出現(xiàn)傳輸距離大于300米的情況，而一般利用電力線通信的話在100米以后就會(huì)出現(xiàn)傳輸速率的下降。

3.2 不能跨電表以及UPS使用

電表會(huì)過濾掉了電力線載波通道的默認(rèn)工作頻率，導(dǎo)致數(shù)據(jù)信息無法傳遞，致使PLC無法跨電表使用。每一個(gè)試驗(yàn)大廳都會(huì)經(jīng)過一個(gè)總的電表，所以在同一個(gè)大廳所引出的電源插頭是可以進(jìn)行信息傳遞的。但是由于實(shí)驗(yàn)室與試驗(yàn)大廳不是同一個(gè)電表，所以目前無法實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室對(duì)試驗(yàn)廳的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制。而在灌區(qū)，有的站點(diǎn)其提供的電源有嚴(yán)重的偏壓現(xiàn)象，所以我們有時(shí)候就需要加上類似于UPS（不斷電系統(tǒng)）這樣的設(shè)備來穩(wěn)壓，而這些設(shè)備往往帶有濾波作用，亦會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的傳輸甚至不能連線。

3.3 脈沖噪聲干擾

在水運(yùn)工程項(xiàng)目試驗(yàn)中，往往會(huì)進(jìn)行動(dòng)床試驗(yàn)，而這些實(shí)驗(yàn)會(huì)用到數(shù)臺(tái)超大功率的水泵來進(jìn)行水位流量的控制，所以這類試驗(yàn)廳就不推薦使用電力線通信技術(shù)。因?yàn)檫@些水泵是通過調(diào)頻來控制轉(zhuǎn)速已達(dá)到控制流量的目的，所以當(dāng)變頻器變頻的時(shí)候會(huì)使電力線上產(chǎn)生不同頻率的脈沖噪聲，由于脈沖噪聲具有瞬間、高能和覆蓋頻率范圍廣的特點(diǎn)，因而對(duì)于載波信號(hào)傳輸?shù)挠绊懴喈?dāng)大，不僅會(huì)造成信號(hào)的誤碼率高，使得接收裝置無法對(duì)信號(hào)進(jìn)行正確的糾錯(cuò)。

4 電力線通信技術(shù)的前景

在國內(nèi)，電力線通信技術(shù)最成功的應(yīng)用是遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)，即抄表系統(tǒng)將電表、水表、氣表與管理部門的中心站計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，通過低壓配電網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，自動(dòng)完成抄讀用戶三表的數(shù)據(jù)。然而在水運(yùn)工程項(xiàng)目中電力線通信技術(shù)的應(yīng)用并不廣泛，因此擁有廣闊的發(fā)展前景和巨大的市場(chǎng)機(jī)遇，相信在不就的將來，電力線通信技術(shù)會(huì)在水運(yùn)工程項(xiàng)目中得到更加廣泛的應(yīng)用。

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作者簡(jiǎn)介：劉培杰（1987-），男，天津塘沽人，助理工程師，工學(xué)學(xué)士學(xué)位，水運(yùn)工程檢測(cè)設(shè)備開發(fā)技術(shù)人員。

作者單位：交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究院，天津 300456