西门子1FL6044-1AF61-2LB1

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绪论

近几年来，电力通信的发展一直是绿色能源的关注重点之一，随着电力电子技术进步，电力线的技术也愈加成熟，所以现在已经有大量厂商对这个技术所带来的新应用感到兴趣，例如智能电网、自动读表系统甚至智能家庭都被视为未来电力线发展的重要标的。因此，智能电网的出现，使得传统电力网络可以侦测电力供应及一般家庭电力的使用状况，藉此来调整电力的耗电量，达到节约能源，增强电网可靠性的目的。本文将针对智能电网的基本概念、技术发展及通信标准，提供一个概略性的介绍与整理。

电力线通信将无所不在

为了掌握各区域用电的实时情报，电力线通信的涵盖范围非常广，从较底层的家庭用电到跨越电表至变电站的信息集中器(Concentrator)，或是更高的中压层通信都必需完整掌控，因此，更要确保不同电压段的通信质量，以提升系统的稳定性。

因为技术日渐成熟，电力线的通信质量有着飞跃性的增长。随着应用不同，可以分成可远距离传送的窄频PLC(NarrowBandPowerlinecommunication)及短距离但高速度的宽带PLC(BroadBandpowerlinecommunication)，目前宽带PLC的物理层(PHYrate)传输速度己可达到200M(bps)。因此，智能家庭的应用又再次搬上台面，不仅从室外即可远程操控家中的电器，电费也不再只能依靠每两个月一次的账单，家中所有电器的用电信息可以随时掌控，再者，只要使用家中的插座即可直接上网，透过有线传输让家里通信不再有死角。

可靠的长程通信工具

窄频电力线，是电力线通信发展初期即存在的技术，适合用在较长距离的电力线通信技术。因通信使用500k(Hz)以下频带，较不易受到电力线先天环境的衰减，所以可以传送较长的距离，但也因此传输速率较慢，大多使用在电力监控，图1即为先进读表系统(AMI)的架构图。意大利ENEL电力公司采用一个基于FSK和BPSK调制的窄带PLC系统，建构一个3500万用户的自动电表管理系统即为经典的成功案例。

图为自动读表系统的通信环境示意图，中国台湾的电力系统大多是由变电站提供220v电源至各住户，所以数据集中器适合设置于变电站，再由光纤将各家的用电信息传至管理服务器，所以数字电表的电力信息必需透过图中红色电缆传到变电站的集中器，但此部分电缆建构时大多埋在地底下，难以评估其长度，以及是否连接其他电力设备，因此较适合使用窄频PLC作为解决方案。

如上述，窄频电力线通信虽然并非新一代的技术，但随着通信技术增长，不论是通信速度或是对抗噪声的调变技术都有大幅增长。当下已有许多国家有制定自己的窄频通信规范，例如北美的美国联邦通信**FCC(9k~490kHz)，在欧洲，则由成立于比利时的CENELEC制定其规范(3kHz~148.5kHz)，以及日本电波产业会ARIB(10kHz~450kHz)等等。

近来，许多之前使用在数字通信的调变技术都被拿到电力线通信上使用例如FSK、PSK、展频等等，其中较热门的莫过于使用多载波的OFDM调变技术，主要原因在于其抗信道衰减及噪声干扰的优异表现，也因此，欧洲的G3及PRIME两个窄频电力线解决方案都是采用这个技术。

无所不在的高速通信

因为芯片制程技术进步及新调变技术表现优异，PLC通信的速度成功突破瓶颈，2006年，新的HomePlugAV规范使速度达到189M(bps)。自此，PLC通信技术不再被局限只能用于自动控制，而是真正进入高速信息通信的**。

目前，HomePlug联盟正积极制定下一代新的通信标准HomePlugAV2，预期传输速率可达1G(bps)，且支持多重串流的1080p高画质影音、3D影音等等主流应用，预期在今年*3季问世。此外，在智能家庭方面，该组织日前拟定的HomePlugGreenPHY(GP)窄频标准已获选为美国家电制造商协会(AHAM)智能电网产品的主要通信协议，使得未来家庭电网的兼容性又大大提升。

目前PLC业界有3个比较大的标准组织，分别是HomePlug、UPA及CEPCA。HomePlug是由HomePlugPowerAlliance业界标准组织制定，主要成员是由美国PLC制造业者组成。UPA，全名UniversalPowerlineAssociation，是另一个宽带电力线通信标准，由西班牙DS2公司为中心所成立的业界标准组织。CEPCA消费电子电力线通信联盟，Panasonic为主的业界联盟组织，使用WaveletOFDM调变技术是与前两者较大的不同之处。上述三个宽带电力线规范以市场分布及联盟成员来区别大致可以分成HomePlug(美规)、UPA(欧规)、CEPCA(日规)。

由于当下并没有一个**通用的业界标准，国际电信联盟（ITU-T）、IEEE便着手于此，希望不久将来宽带PLC可以像Ethernet或WiFi一样有一个通用的标准流通于市面上。

新一代整合界面标准-G.hn

G.hn是由ITU-T制定，并由HomeGrid论坛推动的新标准，目的在于统一PLC及其他所有家用的高速通信规格。G.hn能在短时间内迅速窜起除了可以同时兼容电力线、同轴电缆与电话线之外，在使用同轴电缆作为传输媒介时传输速率更可达到700M(bps)，其通信速度可用在更广泛且热门的应用之中也是业界看好其发展性的重点之一。

电力线通信先天的阻碍

因为电力线本是为了供应用电而不是设计用于通信，所以要在这个环境下通信必须克服许多先天的不良因素。例如在变压器(11.4kv～220kv)到家用电表端间的通信，如同图2所示，即AMI系统的数据传送信道，在此环境中即可能遇到电力线通道在地下，无法预估长度或是分接予其他用户的情形，这些都可能导致通信上的困难。

窄频电力线方面如同先前所述因为较不易受到环境衰减，所以大多使用在中压或是AMI的远距离传输，但也因为使用的传输频带较低(约在1M(Hz)以下)，所以容易受到电器噪声的影响。相较之下，窄频电力线受到的干扰，宽带电力线则是高频通道衰减较为严重。图4所示即为真实电力线的噪声量测，可以看出噪声多集中在低频带。图5显示是同场域量测的通道响应，从接收功率的分布情形得知部分可能受到的严重衰减而并非噪声干扰。当然，在室内使用之电力线通信也可能因为家中电器使用或是大负载电器而造成信号衰减，这些都是先天即存在且必须克服的不利因素。

结语

电力线通信不论是宽、窄频近年来都已成为绿色能源的要角。如同前述，小自家庭电力网络，大到都市电力系统，已订定的通信规范虽然很多，但因为各国的电力系统设计不同，使用的效果也不尽相同，不论是AMI系统或是智能电网都必须选定较合适的规范或是传输协议，甚至是制定出属于电力系统的**规范。然而，这些都是必须经过大量实地测试之后才可以得出定论，在这过程中也需要政策的大力支持，因为智能电网涉及到的范围不仅仅是技术面，先期的推动还必须仰赖政策面，及补助政策以及制造商和企业的配合。因此，较终的议题还是回归到”人”身上，需要全民的支持，大家都有共识，才能达到较终结能减碳的良好目标。期许在不久将来，智能电网、智能家庭就可以成为大家耳熟能详且较生活化的技术

以下叙述的硬件/软件条件为：不带RS232串口的笔记本电脑、欧姆龙CPM2AH-60CDR型PLC、Cx-Programmer V5.0编程软件。
1. Cx-Programmer V5.0与PLC通信不稳定：
电脑与PLC的连接方式：电脑USB口(该电脑没有RS232串口)←→[USB转RS232电缆的USB插头←→USB转RS232电缆线(电脑已经安装驱动，且默认的COM4端口已经设置为COM1)中间部分←→USB转RS232电缆的RS232公头]←→[[电脑与PLC的连接电缆的RS232 母头←→电脑与PLC的连接电缆线的中间部分←→电脑与PLC的连接电缆的RS232公头]]←→PLC的RS232母头。
上面单中括号内为 USB转RS232电缆，双中括号内为电脑与PLC的连接电缆。电脑与PLC的连接电缆接线如下：(1).公头(用以连接PLC)的2、3、9分别与母头的2、3、5(用于连接电脑或USB转RS232连接线)短接，这是欧姆龙官方的连接方法；(2).公头和母头的2-2、3-3、5-5分别短接，这是 RS232连接线的常规连接方法。后来经过实践证明：上面2种电脑和PLC的连接电缆都可以使用。*1种电缆通信稳定可靠。对于*2种电缆，当电脑和 PLC之间通过VC应用程序进行通信时效果不好，容易丢帧（用串口调试助手可以看到），只有当电脑和PLC共用电源（共地）时才没有发现问题。所以，请尽量采用*1种连接电缆。 PLC资料网
有时间电脑和PLC能正常通信，有时间却不行——显示“Modem已经被选中，要继续码？”故障（实际上“码”应当为“吗”），一旦出现该故障信息，就一定会出现以下故障信息：
当通信不上时，笔者采用过回以前的正常操作系统、重新安装Cx-Programmer V5.0编程软件等方法，又可以正常通信了，但一旦断线后又可能通信不上了。有几次还发现，有些程序可以和PLC通信上，而有些程序却不行！因此，笔者就将可以通信的PLC程序先备份，然后全部删除程序中的指令，较后将目标程序的指令全部复制过来（复制时注释可以自动复制过来），这样居然电脑就可以正常和 PLC进行通信了！但是——下一次这个程序可能又无法正常通信了！郁闷……
根据通信错误信息“Modem已经被选中，要继续码？”，笔者找到了解决方法：在桌面上右击“我的电脑”,再点击“属性”——“硬件”——“设备管理器”，再双击“调制解调器”，再右击展开的调制解调器型号，点击“停用”就可以了。

另外，正确连接方法如下：在电脑没开机或（和）PLC没通电（否则带电拔插通信口可能造成通信口损坏(虽然这种几率不大，但你较好不要去碰运气)）的情况下连接好USB转RS232电缆、电脑与PLC的连接电缆，然后再通过Cx-Programmer连接电脑与PLC。 PLC
请注意：USB口也不是随便乱插就可以的，关键要保证设备管理器里的RS232口为COM1。笔者的电脑上时这种情况：较初已将默认的RS232口从COM4口改为COM1 口，但插下面的USB口却对应RS232的COM4口（COM1、COM3正在使用），无法连接电脑与PLC；插上面的USB口对应RS232的COM1 口（COM2、COM4正在使用），可以连接电脑与PLC。
2. Cx-Programmer V5.0与PLC通信干扰：
如果 Cx-Programmer在线，电脑和PLC已经连接，处于通信状态下，当每次设备停机时（将近20个交流接触器同时断开）Cx-Programmer 将会出现通信错误，电脑和PLC连接中断。而当每次开机时（将近20个交流接触器同时吸合）却不会出现通信错误的情况。
解决方法：重新连接PLC。如果你是个**主义者，可以在每个接触器线圈上加一个RC阻容模块（每个RC模块大概60个大洋左右），也许不会出现通信错误的情况（不过笔者没有试过哟...）。
3. 电脑与PLC的连接电缆试验：
因为想到电脑与PLC的连接电缆（*1种常规的连接电缆）为2-2短接、3-3短接、5-5短接，所以考虑直接用USB←→RS232电缆将电脑和 PLC连接起来，如果这样可以的话不就省了一条连接电缆了吗？下面是直接用USB←→RS232电缆将电脑和PLC连接起来的试验结果：有时间*1次通信时出现以下错误：“所选的端口被另一个应用所占用”；*2次通信时出现以下错误：
为什么电脑通过上述两种连接电缆与PLC连接没有问题，而直接采用USB转RS232电缆线与PLC连接却不行呢？以下是分析过程：
*1种可能：阻抗的原因。虽然上述两种连接电缆为直连线，却有阻抗存在，多了这个阻抗就可以正常连接。但这个原因好像很牵强，连笔者自己都不能相信。
*2种可能：该USB转RS232的公头与PLC的母头接触不良，而加一根电缆却能连接正常——USB转RS232的公头与连接线的母头接触良好，连接线的公头与PLC的母头接触良好。该猜测来源于笔者遇到过的一次电脑故障：某台电脑的鼠标无法使用，另外换一个鼠标正常，把故障鼠标换到其它电脑却能正常使用。较后怀疑鼠标接头与主板插口接触不良，就将鼠标插头破开再涂上一层焊锡，结果使用正常！但是对于USB转RS232的公头与PLC的母头接触不良这种猜测，笔者觉得可能性不大——因为他解释不了“所选的端口被另一个应用所占用”这个故障。
较后想到了另外一个可能：USB转RS232直接与PLC连接就相当于USB转RS232的串口与PLC的串口1-1、2-2、3-3、4-4、5-5、6-6、7-7、8-8、9-9一一对应连接，而通过连接线却只有2-2、3-3、5-5三对端子连接，这说明1-1、4-4、7-7、8-8、9-9至少有一对是不能连接的，否则就会出现问题，而且这还既有可能损坏PLC与电脑的通信端口