artigo_ plc (rev.saber eletronica

8/3/2019 ARTIGO_ PLC (Rev.saber Eletronica

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Eletrnica AplicadaEnergia

Power Line

Communication PLC :

Alessandro F. Cunha

A informao que vem pela tomada

apresentado neste artigo um sistema de transmisso

em banda larga onde o custo de implantao para o

usurio final muito mais baixo do que os sistemas

tradicionais, uma vez que aproveita uma infra-estrutura

existente em quase 100 % dos lares mundiais: a rede de

energia eltrica. Este sistema j vem sendo testado em vrias partes

do mundo havendo alguns testes sido realizados no Brasil. Fala-se em taxas

iniciais da ordem de 2 Mbps. Em alguns lugares j comenta-se sobre taxas

de transmisso da ordem de 200 Mbps (www.ds2.com). Mas, vejamos como

esta revoluo possvel.

Conceito de

O acesso Internet um dos indi-cadores mundiais de desenvolvi-mento de uma nao. O custo paraimplantar uma rede de acesso Inter-net envolve diversos itens. Mas, umdos fatores importantes na composi-o do preo o custo da implantaoda ltima milha, a distncia quesepara o assinante do equipamentoprincipal, que o conecta a um prove-dor de acesso.

A idia de transmitir dados pelarede eltrica no nova. Datam dadcada de 20 as primeiras patentesda American Telephone and TelegraphCompany , usando as redes trifsicas.Problemas apareceram quando setentou transmitir informaes a altasvelocidades. Para modular em altataxa de transmisso, necessita-se de

equipamentos de alta velocidade, o

que s foi desenvolvido recentemente.Alm disto, problemas como harm-nicas e interferncias so maioresem sinais de maior freqncia. Justa-mente, por isso, a transmisso pelarede eltrica no teve um desenvolvi-mento to avanado como tiveramoutros mtodos de acesso rpido.

Recentemente (ltima dcada),vrios grupos de pesquisa consegui-ram desenvolver equipamentos comtecnologia para transmitir dadossem que as perdas e as interfernciasexternas inviabilizassem a instalao.A chave para resolver esta questo a capacidade de processamentonecessria, o que foi resolvido como avano dos processadores DSP(Digital Signal Processor), que per-mitem construir filtros, recuperarinformaes e modular dados prati-camente em tempo real.

O conceito simples e mostrado

na gura 1. Em cima de uma senide

da rede eltrica insere-se um sinalcom a informao a ser transmitida,modulando a senide. Este sinalcomposto (energia eltrica + dados) enviado pela rede eltrica. Na recep-o, como ilustrado na gura 2, ltrose processadores de sinais so utili-zados para separar o que energiaeltrica do que informao.

Mas interferncias externas podemprejudicar a informao. Por utilizar arede eltrica, a informao est sujeitaa sofrer atenuaes provenientesdos condutores eltricos e a receberdiversos rudos externos, veja nagura 3.

Os principais fatores de interfe-rncia para o sistema PLC so:

Linhas de transmisso desba-

lanceadas: Como so concebidaspara transmitir energia eltrica e nodados, as linhas de transmisso no

tm balanceamento e no so simtri-


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F1. O sinal modulado na rede eltrica

F2. Atravs de filtros, o sinal modulado recuperado.

cas. Isto potencializa as caractersticasde antenas que as linhas de transmis-so possuem. Para transmitir dadosem alta freqncia sero emitidasondas eletromagnticas, e com o efeitode antena, geram interferncias em

outros sistemas. Alm disto, como emtoda antena, os os recebero interfe-rncias vindas de outros sistemas.Em resumo: sistemas com cabos

areos geram e recebem interfernciaseletromagnticas.

Atenuao do sinal de alta fre-

qncia: Na parte encapada da redeeltrica, a utilizao de plsticos cria

efeitos capacitivos. Estes atenuamsinais de alta freqncia, o que umgrande problema para transmissesde longa distncia. Por isso, as apli-

caes tpicas do PLC referem-se ltima milha, ou seja, do transforma-dor da rua at a casa do assinante,sempre em distncias curtas (inferio-res a 1,0 km). Para a transmisso emlongas distncias, costuma-se utilizara conexo atravs de bras pticas.

Eletrodomsticos: Quem nuncaligou o liquidicador em casa e notouque a imagem da TV recebeu umasrie de chuviscos indesejados? E osecador de cabelos? Todos os eletro-domsticos que utilizam motores ouque fazem chaveamentos, sujam arede com interferncias. O simplesfato de ligar e desligar uma lmpadatambm gera interferncias. Isto sem

falar nas lmpadas compactas uores-centes (lmpadas PL ou econmicas),que usam circuitos eletrnicos parachavear a energia, o que causa umadistoro nos dados que so modula-dos na rede, o que aumenta a neces-sidade de processamento de dadospara corrigir as perdas causadas. Aconseqncia a perda da ecinciade transmisso e acarretar em taxasmais baixas.

Grande atenuao nos circuitoseltricos: A queda de tenso existentenos circuitos eltricos para as altasfreqncias, decorrente do uso de




F3. O sinal transmitido sofre diversas interferncias do meio externo

condutores metlicos e suas carac-tersticas, provoca atenuaes natenso modulada pelo sistema PLC,degradando a relao sinal/rudo. Aatenuao tpica da ordem de 50dB.

Elementos da rede eltrica:Transformadores, emendas de cabos,relgios medidores, disjuntores, etc,todos antigos e sem manuteno, sooutros elementos que contribuemcomo fontes de interferncia paraa transmisso de dados, alm debloquearem a passagem de dados emaltas freqncias, o que diminui ataxa de transmisso efetiva.

Modulao do sinal

A fim de minimizar os efeitosdas vrias interferncias que a redeeltrica recebe, vrias tcnicas demodulao foram testadas. O proces-samento digital dos sinais (DSP)tambm amplamente empregado.A tcnica onde se conseguiu a maiorecincia de transmisso foi OFDM

(Orthogonal Frequency Division Mul-

tiplexing), mesma tcnica que uti-lizada em alguns sistemas de trans-misso sem fio, como o caso doWiMAX.

O primeiro passo conseguirmodular a informao sobre a energia

eltrica. O mtodo mais utilizado eque obtm resultados mais ecientes com anis de ferrite.

O sinal contendo a informao induzido no ferrite, como acontece noacoplamento magntico de um trans-formador. Este por sua vez envolveo cabo de energia, que tambm ser

induzido pelo sinal modulado, como visto na gura 4.

Nas guras 5, 6 e 7 pode-se verestes ncleos envolvendo os cabosde entrada de energia em prdioscomerciais.

Ferrites na Transmisso

Os pontos onde sero aplicadosos ncleos de ferrite dependem daconfigurao de cada rede PLC. Arede eltrica tem sempre trs nveis de

F4. Modulao dos dados utilizando ncleos de ferrite



tenso eltrica e a cada um destes nveis

tem-se um tratamento diferenciadopara as redes PLC:

Alta tenso: Em linhas de trans-misso, onde valores superiores a 13kV so comuns. A rede PLC ainda no transmitida aqui, pois entre outrosproblemas, os transformadores de altatenso atenuam muito o sinal a sertransmitido, o que inviabiliza seu uso.

Mdia tenso: a tenso que sai

das subestaes e transmitida at osbairros, onde passa por transformado-res que abaixam a tenso para o usoresidencial e industrial. So tenses daordem de 13 kV at 220 V. Neste pontoa rede PLC insere os seus dispositivosMV (Medium Voltage), que tm conexocom a Internet, com a rede telefnica(no caso de se transmitir VoIP), ouqualquer outra fonte de dados que sequeria transmitir. Os dispositivos MVfazem a conexo com o provedor deacesso via fibra ptica, ou qualqueroutro meio de transmisso de altacapacidade. Veja que a fibra pticadeve ligar somente as subestaes aosprovedores de acesso, sem a necessi-dade de chegar a casa do assinante,diminuindo os custos de instalao.Nada impede que outros meios detransmisso sejam utilizados paraconectar o MV ao provedor, como ouso de um link de rdio, cabos coaxiais,

etc.

Baixa tenso: a tenso final

entregue ao usurio. Atravs de trans-formadores localizados nos postesda rua, a tenso eltrica chega aos110V ou 220 V e so entregues aosassinantes. Se a distncia entre osdispositivos MV e o assinante excede500 m, so instalados repetidores,a m de diminuir a atenuao queo sinal modulado recebe. A grandemaioria dos testes feitos no Brasil foiem baixa tenso.

O esquema apresentado na gura8 exemplifica cada uma destasetapas.

F5. F6. F7.

F8. Esquema de uma Rede PLC

Ferrites na Recepo

Como a recepo dos dados feitana casa ou no escritrio do assinante,a tenso j tem o seu nvel de usopelos equipamentos domsticos e osinal de banda larga j foi moduladona rede eltrica. So instalados osmodems PLC , com a capacidade deseparar o sinal de baixa freqncia(energia eltrica) do sinal de altafreqncia (dados, vdeo, voz, etc.).O modem ir decodicar o sinal rece-

bido e fornecer uma sada no padroda aplicao (rede, voz, controle, etc.).Os ferrites esto instalados dentro




destes modems. Algunsmodelos comercialmentedisponveis so exibidos nagura 9.

Aplicaes

Como a utilizao darede eltrica externa sempredepende de aprovao porparte das concessionrias,vamos mostrar algumas

F9. Modelos de modems PLC.

Modem iPower Point ST&T Modem Easyjack Phonex Modem Easyjack Phonex

Modem APA 45 Ascom Modem PolyBasis Polytrax

F11. Cmera PLC fabricada pela ST&TF10. Cmera PLC fabricada pela GigaFast

F12. Esquema de uma rede de segurana usando cmeras PLC

aplicaes comerciais que podemser instaladas e empregadas apenasna parte interna da rede eltrica,ligando os equipamentos na tomadada mesma forma que qualquer eletro-domstico.

Segurana

Cmeras de segurana j so ven-didas em verses que contm ummodem PLC embutido. Deste modotodas as imagens so enviadas paraqualquer ponto de energia no localonde a cmera est instalada, sem anecessidade de passar os ou cabos.Na recepo, outro modem utilizadoe recupera-se o sinal de vdeo, como

ilustra o esquema da gura 10. Este

tipo de cmera j uma produtocomercial, fabricado pela GigaFast(http://www.gigafast.com), funcio-nando como uma cmera IP. A ST&Ttambm tem um modelo comercial,mostrado na gura 11.

O esquema de funcionamento exibido na gura 12.

Msica e entretenimento

Que tal criar um som ambiente apartir de um CD player em sua casa,sem precisam passar toda aquelaao necessria para a transmissodo udio?

A empresa tailandesa ST&T (hp://www.s.com.tw) j fornece um sis-



tema como este. Nele, voc liga a sadade udio RCA de seu equipamento(microsystem, CD player, receiver, hometheater , etc.) entrada de um trans-missor PLC, visto na gura 13. O sinalde udio ser modulado por toda arede eltrica de sua residncia.

Onde existir uma tomada eltrica-

ro ser colocado receptores com umpequeno amplificador de potncia,que demodularo o sinal de udio eo fornecero em uma sada que podeser ligada a caixas de som externas.Assim, o som ambiente obtido atra-vs de um conjunto de equipamentosformado por um transmissor e quan-tos receptores voc precisar, veja agura 14.

Redes de computadoresAlm da funo bsica de ransmi-

tir dados de banda larga, com acesso internet desde o provedor at aresidncia, atualmente h aplicaesdo PLC para a montagem de redesde computador, onde os cabos derede so substitudos pelos cabosde energia eltrica j existente. Paraque?

Imagine a situao: em sua casa,onde voc j tem acesso internet debanda larga, os computadores camno escritrio, na parte superior de umsobrado. Mas, voc deseja colocar umponto de rede num quarto localizadona edcula ao fundo do terreno. Todoo cabeamento deve ser passado, oque tem um custo alto e precisar demo-de-obra especializada.

Isso no mais necessriousando-se pares de modems PLC,como os mostrados na figura 15,

fabricados pela Phonex Broadband

F13. Modulador PLC para udio daempresa ST&T

F14. Rede de som ambiente usando PLC

(www.phonex.ch), de modo a conec-tar o computador rede eltrica.

O sistema permite o aumento donmero de pontos de rede at certolimite (tpico em 16 pontos), o quepossibilita montar uma rede depequeno porte e pequeno alcance(da ordem de 300 m), mas com afacilidade de no precisar passarcabos ela de fcil instalao (gura16).

Medio automtica

de consumveis

A empresa Senergy (hp://www.senergy.com.br) j implantouem conjuntos habitacionais do CDHU

F15. Modem NeverWire da Phonex

F16. Rede de computadores usando PLC

um sistema de leitura de gua que

utiliza a tecnologia PLC. Em parceriacom a Sabesp e o Governo do Estadode So Paulo, este sistema permiteque o consumo seja acompanhadoem tempo real em uma central de




monitoramento, dispensando a leiturahumana e detectando variaes nopadro de consumo que pode indicara existncia de vazamentos e defeitosna rede.

Para isso, o hidrmetro dotadode um modem PLC e conectado

entrada da rede eltrica do apar-tamento. Na caixa de entrada deenergia eltrica do condomnio cauma unidade concentradora, quefaz a leitura de todos os modemsconectados e envia estas informaespara a central de controle, que por suavez faz o monitoramento do consumoe emite as contas de gua.

Diversos fabricantes de medidores j esto incorporando os modems

PLC em seus leitores, como ocaso da Digital Powermeters (hp://www.digitalpowermeters.com),possibilitando a criao destas redespara a leitura de todos os itens queso consumidos em uma residnciae / ou escritrio, como gua, luz egs. Este esquema exibido na gura17.

Concluso

Como toda tecnologia em desen-volvimento, o PLC apresenta suasvantagens e desvantagens. Dentre asvantagens, podemos citar:

Grande alcance e penetrao,devido ao fato de aproveitar as cone-xes eltricas j existentes;

Provavelmente, a alternativacom menor custo de instalao dentreas existentes em banda larga;

Uma excelente maneira para asdistribuidoras de energia eltricaaumentarem sua fonte de rendimen-tos;

Muito fcil de instalar, ampliare dar manuteno.

Entretanto, tambm apresentaalgumas desvantagens, sendo quealgumas delas comprometem seudesempenho:

F17. Rede de medidores de consumveis usando PLC

A tecnologia ainda no est com-pletamente padronizada, o que fazcom que vrios grupos de pesquisadesenvolvam seus prprios padres.Na Europa, o PLC Utility Alliance(hp://www.pua-plc.com), um con-srcio formado por diversas empre-sas desenvolvedoras. Nos EstadosUnidos tem-se o United Power LineCouncil. (http://www.uplc.utc.org).No Japo tem-se a PLC-J (hp://www.plc-j.org);

uma fonte potencial de inter-ferncia em sistemas de rdio, o quepode causar problemas com bandasde freqncias que j esto licenciadaspara outros usos;

uma grande concorrente dasredes DSL e CATV, o que pode gerar

conito de interesses entre grupos.

A tecnologia PLC tem um futuropromissor, sendo usada atualmenteem algumas partes do mundo, masainda tem algumas barreiras a vencer.No deve ser encarada como umatecnologia que vem para substituir soutras existentes no acesso bandalarga, e sim como mais uma que podeagregar valor a essa tecnologia e,principalmente, como uma alternativade baixo custo para a grande massada populao.

Mesmo que no seja utilizadapara trazer a informao desde oprovedor at o usurio nal, j temequipamentos disponveis em nvelcomercial para criar mini-redes PLCem casa ou no escritrio, solucio-nando de forma barata as construes

de rede. E

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