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PLC (Power Line Communications)

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Objetivos

• Adquirir una idea global sobre los sistemas PLC: ventajas y problemáticas

• Conocer la topología de la red eléctrica (como parte fundamental del PLC)– Líneas de transporte– Líneas de distribución– Elementos más significativos en media y baja tensión

• Conocer las aplicaciones del PLC

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¿Qué es un sistema PLC?

• Definición: “Son sistemas de comunicaciones de banda ancha que emplean la red

eléctrica de distribución para transportar las señales”

• Tradicionalmente, aplicaciones domóticas:– Lectura remota de contadores– Control remoto del equipamiento– Telediagnóstico– B2A (“Business to Appliance”): equipos inteligentes

• Ahora, servicios de banda ancha– VoIP, acceso a Internet de alta velocidad– TV y música a la carta, juegos on-line– Teletrabajo, vídeoconferencia– Domótica– Redes de área local sin tendido adicional

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Motivaciones

• Acceso a Internet de banda ancha (Broadband for all):– eLearning– eHealth– eBusiness– eGovernment– …

• Comisión Europea:– Desregulación de mercado de telecomunicación (todo el mundo

puede ofrecer servicios, p.e. las grandes compañías eléctricas)– Mejora de la competencia => nuevas tecnologías de acceso– Servicio a zonas menos desarrolladas– Nuevos servicios

Infraestructura de acceso debanda ancha

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Frecuencia de trabajo

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Topología de la red eléctrica

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Distribución de energía eléctrica

• Planta de generación de energía– Hidráulica, eólica, nuclear, etc.

• Líneas de transporte (138-765 kV)– Alta tensión para reducir las pérdidas– Tendido aéreo– Hasta 900 km

• Líneas de distribución– Media tensión (10-30 kV): ~5-25 km– Baja tensión (400-220 V): ~500 m– Tendido aéreo o subterráneo

• Transformadores– Obtener la tensión más adecuada en cada punto

• Industria: 380-400 V• Viviendas: 220-240 V

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Mapa de la red de transporte en España

Fuente: REE

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Cables

• Material del conductor: cobre o aluminio• Aislante: compuestos de PE• Resistencia eléctrica

Cu,Al

Cu,AlCu,AlCu,Al S

LR ρ=

Cable tripolar

Cable unipolarρAl>ρCu (×1.67)$Al<$Cu (×2)DAl<DCu (×3.26)

LAl=Lcu

RAl=Rcu

SAl=1.6×SCu

PAl=0.5×PCu

CAl=0.25×CCu

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Topología de red eléctrica en baja tensión

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Tecnologías de acceso de banda ancha

• Cable (Wired):– xDSL– FTTX– HFC– EFM– PLC

• Radio (Wireless):– WLAN– Satélite– WiMax, LMDS– UMTS– TDT-T (DVB-T)

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Tecnologías de acceso de banda ancha

750 m-2.7 km (sobrepar telefónico)FijosPunto a punto o

MultipuntoPar telefónico o fibraIEEE 802.3ahEFM

200 m (en baja tensión)FijosMultipuntoRed eléctrica de baja y media tensión

PLC Forum, CENELEC, ETSIPLC

300 m-6 kmFijosPunto a puntoPar telefónicoITU-T, ETSIxDSL

20 kmFijosPunto a punto o Multipunto

Fibra óptica sola o con par telefónicoFSAN, IUT-TFTTX

40 kmFijosMultipuntoFibra y coaxialDOCSIS, DVBHFC

Visión directa, 3 km (26 GHz), 8 km (3.5 GHz)FijosMultipuntoRadio, 3 GHz, 26 GHz

y superioresIEEE 802.16, ETSILMDS

32 kmFijosMultipuntoRadio (banda UHF)DVB, ETSITDT

50-150 mMóvilesMultipuntoRadio, 2.4 GHz (.11b y .11g), 5 GHz (.11a)

IEEE 802.11, ETSIWLAN

50 m-3 kmMóvilesMultipuntoRadio, 1.7-2.2 GHz3GPPUMTS

Visión directaFijos (móviles a pocos kbit/s)MultipuntoRadio, 11-14 GHZ,

(Ku), 20-30 GHz (Ka)DVB, ETSISatélite

AlcanceTerminalesTopologíaMedio físicoNormalizaciónRed

750 m-2.7 km (sobrepar telefónico)FijosPunto a punto o

MultipuntoPar telefónico o fibraIEEE 802.3ahEFM

200 m (en baja tensión)FijosMultipuntoRed eléctrica de baja y media tensión

PLC Forum, CENELEC, ETSIPLC

300 m-6 kmFijosPunto a puntoPar telefónicoITU-T, ETSIxDSL

20 kmFijosPunto a punto o Multipunto

Fibra óptica sola o con par telefónicoFSAN, IUT-TFTTX

40 kmFijosMultipuntoFibra y coaxialDOCSIS, DVBHFC

Visión directa, 3 km (26 GHz), 8 km (3.5 GHz)FijosMultipuntoRadio, 3 GHz, 26 GHz

y superioresIEEE 802.16, ETSILMDS

32 kmFijosMultipuntoRadio (banda UHF)DVB, ETSITDT

50-150 mMóvilesMultipuntoRadio, 2.4 GHz (.11b y .11g), 5 GHz (.11a)

IEEE 802.11, ETSIWLAN

50 m-3 kmMóvilesMultipuntoRadio, 1.7-2.2 GHz3GPPUMTS

Visión directaFijos (móviles a pocos kbit/s)MultipuntoRadio, 11-14 GHZ,

(Ku), 20-30 GHz (Ka)DVB, ETSISatélite

AlcanceTerminalesTopologíaMedio físicoNormalizaciónRed

Acc

eso

inha

lám

bric

oA

cces

opo

rcab

le

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Ventajas y contras del PLC

Ventajas:Despliegue rápidoGran capilaridad de la redBajo costeOfrece servicios de acceso e “in-home”Coexistencia con otras tecnologíasBanda ancha (20 Mbit/s y 200 Mbit/s en un futuro cercano)Mismo módem para distintos servicios simultáneos (VoIP y datos)

Contras:No existe un estándarProblemas de interferencias en algunos emplazamientosEl canal de propagación es muy varianteMovilidad relativa

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Estado del arte

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El proyecto OPERA

• OPERA: Open PLC European Research Alliance– “Desarrollo de una nueva generación de sistemas PLC en Europa”

• Objetivos técnicos:– Optimizar el acondicionamiento de la red eléctrica (MT y BT)– Nuevos acopladores, filtros, etc.– Mejora del ancho de banda, modelos de canal, y reducir la EMI/EMC– Evaluar mecanismos de coexistencia

• Otros:– Desarrollar un estándar internacional – Planes de negocio: definición de nuevos servicios– Despliegue PLC a nivel europeo

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Compañías eléctricas

Fabricantes

Universidades

PLC Forum

Proveedores de tecnología

Operadores de telecom.

Ingeriería y consultoría

El proyecto OPERA

Propietarias de las líneas eléctricasDespliegue de la red de acceso

Despliegue de la instalación de usuario

Acopladores, módems de usuario,Repetidores, etc.

Circuitos,Modulación, MAC, etc.

Investigación (canales, coexistencia, medidas, etc.)Diseminación y cursos

Consultoría e ingenieríaDespliegue de la red de acceso

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Arquitectura de la red PLC

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Topología de un sistema PLC (acceso)

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Subestación MV/LV

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Topología de un sistema PLC (“in home”)

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PL-USB

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PL-RJ45

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PL-RJ45-200

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Especificaciones de Home Plug

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Escenarios in-home

• PLC

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Arquitectura de red de un sistema PLC

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Terminología

• PLC: Powerline Communications (PLT, BPL)• “Potito”: acoplador capacitivo• “Vampiro”, “mordaza”, “niled”: acoplador capacitivo• CT: centro de transformación• CGP: caja general de protección• CC: cuadro de contadores• HV-MV-LV ≡ AT-MT-BT• Trafo: transformador MT• Descargo: “apagar” el CT de MT• Link: banda de frecuencia• Seccionador: interruptor• Iluminar: dar cobertura PLC• Vivo: conductor interior

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REE

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La red de distribución

• Dos niveles– Media tensión:– Baja tensión:

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La red de media tensión

• Subestaciones• Topología en anillo• Transformadores (trafos)

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eHealth

• “E-Health es la aplicación de Internet y otras tecnologías relacionadas al cuidado de la salud,...

• ... que pretende mejorar el acceso, la eficiencia, la efectividad y la calidad de procesos clínicos empleados por instituciones sanitarias, médicos y pacientes de cara a mejorar la atención médica”.

• Aplicaciones:– Prescripción de medicamentos– Acceso a bases de datos (servicio de información médica)– Monitorización, asistencia de enfermos– Sistemas de telealarma– Teleconsulta y telediagnóstico

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PLC en eHealth

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PLC para eHealth

• Escenarios remotos: PLC como red de acceso• Escenarios urbanos: PLC como infraestructura para el

cableado de comunicaciones

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Sistema de telealarma basado en PLC

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Sistema de monitorización basado en PLC

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Domótica (Smart Home)

• “Conjunto de sistemas automatizados de una vivienda que aportan servicios de gestión energética, seguridad, bienestar y comunicación, y que pueden estar integrados por medio de redes interiores y exteriores de comunicación”

• Aplicaciones– Seguridad– Bienestar

• Domótica• Entretenimiento (audio y vídeo)• Cuidado del hogar

– Comunicaciones

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Smart Home

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Servicios de VoD

• Video on Demand (VoD)– Películas bajo demanda (desde un nodo central)– Programas grabados– Canales de televisión

Requisitos de servicios Triple Play

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VoD sobre PLC

• Requisitos:– Ancho de banda:

• Mínimo de 3 Mbps (actualmente, la tecnología PLC alcanza los 200Mbps)

• Asegurar una tasa binaria constante• Transmisión en multicast

– Jitter de retardo• Menos exigente que voz• Empleo de buffers en terminales

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Piloto de VoD sobre PLC

41

Piloto de VoD sobre PLC

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Automatización industrial (PYMEs)

• “Conjunto de tecnologías que emplean sistemas mecánicos, electrónicos y de información para el control y la monitorización de la producción industrial”.

• Ejemplos:– Control de procesos– Máquinas de control numérico– Maquinaria de ensamblaje de componentes– Robots– Control de producción, gestión de stocks, etc.

• Aplicaciones para PYMEs– Entornos de trabajo colaborativos (e-mail, ftp), comunicaciones

P2P, teleconferencia, teletrabajo, etc.

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Conectividad entre PYMEs

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Sistema de visualización artificial

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Sistema inteligente de control semafórico

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Sistema inteligente de control semafórico

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Sistema inteligente de control semafórico

Regulador

d2=300 m

d1=75 m

dN=400 m

…

ModemPLC GS1

ModemPLC GS2

ModemPLC GSN

UL (TS1)

UL (TS2)

UL (TSN)DL (TS0)

DL (TS0)

DL (TS0)

ModemPLC

Regulador

d2=300 m

d1=75 m

dN=400 m

…

ModemPLC GS1

ModemPLC GS2

ModemPLC GSN

UL (TS1)

UL (TS2)

UL (TSN)DL (TS0)

DL (TS0)

DL (TS0)

ModemPLC