Was ist ein PLC-BUS?


Erfahren Sie mehr zu PLC-BUS

Heutzutage ist es keine Vision mehr bestehende Häuser oder eine Wohnung mit einer intelligenten Haussteuerung (Smart Home) nachzurüsten. Und das mit geringem Kosten- und Zeitaufwand, ohne große Renovierungsarbeiten, bei denen die Wände geschlitzt werden müssen um neue Leitungen unter Putz zu verlegen.

Durch den Einsatz von PLC-BUS ist es für jeden Anwender möglich die gesamte Technik in seinem Haus wie z.B. die Beleuchtung und Rollläden nach seinen Vorstellungen über das bestehende 230V Stromnetz zu steuern und mit entsprechender Software zu visualisieren.
Die Möglichkeit der Kommunikation über die vorhandenen Stromleitungen wurde in den vergangen Jahren sehr stark erforscht und unterschiedlichste Technologien entwickelt. Die Vorteile der Kommunikation über das Stromkabel gegenüber anderen Technologien wie Funktechnologie liegen auf der Hand. Hohe Datensicherheit und hohe Zuverlässigkeit. Die wohl bekannteste dieser Technologien ist der X10 Standard. Gegenüber X10 bietet PLC-BUS eine deutlich höhere Übertragungsrate und ein bidirektionale Kommunikation um die Zuverlässigkeit weiter zu erhöhen und Betriebszustände abfragen zu können.  Der Hauptvorteil von PLC-BUS gegenüber X10 ist die digitale Übertragungstechnik, die eine Zuverlässigkeit von 99,95% erreicht. (dies bedeutet max. 5 Fehler bei 10.000 Befehlen).
PLC-BUS greift die Adressierung von X10 auf und erweitert die 256 X10-Adressen um den Faktor 250 auf 64.000 Adressen. Dadurch ist PLC-BUS innerhalb der Raum- und Einheiten-Codes adresskompatibel zu X10 und kann über einen PLC-BUS/X10 Koppler X10 Geräte in die Haussteuerung einbinden. Dies ist besonders für Anwender von Interesse, die schon X10 im Einsatz haben.

Wie funktioniert PLC-BUS genau.

Wie schon erwähnt nutzt PLC-BUS die bestehende Hausverkabelung des Stromnetzes. Zur Datenübertragung werden zwei unterschiedliche Signale benötigt. Das eigentliche Datensignal und ein Trägersignal. Ohne Trägersignal ist eine Übertragung von Daten über größere Entfernungen nicht möglich. Der PLC-BUS nutzt die Wechselspannung des Stromnetzes als Trägersignal für seine Daten. Die Wechselspannung in Deutschland basiert auf einer Sinus-Welle mit einer Spannung von 230V und einer Frequenz von 50Hz. Eine Frequenz von 50 Hz bedeutet, dass jede Sekunde 50 Vollwellen mit je einer positiven und einer negativen Halbwelle übertragen werden.

Dabei wird mit Hilfe der sogenannten Pulsphasenmodulation (PPM engl. pulse-position modulation) das Datensignal auf das 230V Trägersignal aufmoduliert. Bei der Pulsphasenmodulation werden die Daten durch Impulse übertragen, die dem Trägersignal aufmoduliert werden. Durch eine zeitliche Verschiebung der Impulse und dadurch unterschiedlichen Zeitabstände zwischen den Impulsen wird die Information codiert. 
Der Tolleranzbereich für die Impulsdauer beträgt 25 µS - 250µS. D.h. ein Impuls darf nicht kürzer als 25 µS sein, um noch als PLC-BUS Datenimpuls erkannt zu werde und auf der anderen Seite nicht länger als 250 µS, damit der Impuls in das definierte Zeitfenster (siehe unten) passt.

Elektrotechnisch in Hertz (1/Sekunden) ausgedrückt, beträgt der Toleranzbereich für die Impulsdauer eine Bandbreite von 4.000 kHz - 40.000 kHz.



Es wird darauf hingewiesen, dass es sich bei PLC-BUS um Impulse und nicht um eine Frequenz handelt.
PLC-BUS verwendet keine Frequenzmodulation (FM) zur Datenübertragung, wie andere PLC-Produkte, bei denen es zu Funkstörungen kommen kann.
 
Die Übertragung von Daten über des Stromnetz per Signalträgermodulation wird in der CENELEC EN 50065-1 geregelt, die aufgrund der direkten Modulation der 50 Hz Wechslespannung durch das PPM-Verfahren beim PLC-BUS nicht zutrifft.
Anders ausgedrückt verwendet PLC-BUS ein Trägersignal zur Modulation mit 50 Hz, das weit außerhalb der CENELEC Frequenzbänder liegt.



 


Ein Impuls hat folgendes Erscheinungsbild

 

Das Datensignal zusammen mit dem Trägersignal

  

Nach der Modulation des Datensignals auf das Trägersignal ergibt sich nachfolgender Kurvenverlauf.

 

 


Entsprechend der PLC-BUS Spezifikation werden die Datenimpulse innerhalb eines definierten Zeitfensters in jeder Halbwelle kurz bevor das Trägersignal den Null-Durchgang erreicht auf das Trägersignal aufmoduliert. Das Aufmodulieren der Impulse am Ende des Trägersignals hat den Vorteil, dass dieser Bereich meist frei von anderen störenden Impulsen ist und die Summe von Trägersignal und Impuls die 230V nicht überschreitet. Das Zeitfenster startet 8,7 mS nach dem die Halbwelle den Nulldurchgang passiert hat. Das Zeitfenster ist in 4 feste Abschnitte je 275 µS unterteilt. Jeder Impuls muss innerhalb eines der 4 Abschnitte beginnen und enden. Daher darf ein Impuls nicht länger als 250µS sein. Anhand der Impuls-Position können zwei Bits codiert und übertragen werden. Während einer Vollwelle, bestehend aus einer positiven und negativen Halbwelle, könnten so 4 Bits übertragen werden. Zur Übertragung  eines kompletten PLC-BUS-Daten-Bytes mit 8 Bits sind zwei Vollwellen oder 40mS erforderlich. Bei einem 230V Stromnetz mit 50Hz ergibt dies eine Datenübertragungsrate von 200bps.

 

 



Die Position des Impulses innerhalb des Zeitfensters wird vom Empfänger entweder als 0, 1, 2 oder 3 entsprechend der Impulsposition Tp0, Tp1, Tp2 und Tp3 interpretiert, was einer zwei Bit-Codierung wie folgt entspricht. 

Pos. Bit2 Bit1
0 0 0
1 0 1
2 1 0
3 1 1
 


Mit diesem Modulationsverfahren wird zwar eine sehr geringe Datenübertragungsrate ermöglicht, dafür aber eine sehr robuste und störunanfällige Übertragung erreicht. Das Signal kann in der Praxis ohne Filter oder Verstärker über sehr große Stecken übertragen werden. Verglichen mit den aktuellen TCP/IP Datenübertragungsraten ist es zwar sehr gering, reicht aber zur Übertragung von Steuerbefehle vollkommen aus.

Wie kommunizieren die PLC-BUS Module
Die Kommunikation entsprechend der PLC-BUS Spezifikation basiert auf einem Start-Byte, welches vor den eigentlichen Daten geschickt wird. Anhand des Start-Bytes wird der Empfänger auf den Empfang von Daten vorbereitet. Das Start-Byte hat immer den gleichen Aufbau 2-1-1-2 bezüglich der Impulsposition (Tp2-Tp1-Tp1-Tp2). Die Definition eines Start-Bytes hat den Vorteil, dass bei Inaktivität keine Impulse auf die Stromleitungen aufmoduliert werden. Im Anschluss an das Start-Byte werden fünf Bytes mit Header Informationen übertragen. Diese Header Informationen beinhalten Informationen wie Empfänger-Adresse, Sender-Adresse und die Datenlänge der nachfolgenden Daten. Die Anzahl der Daten-Bytes variiert entsprechend der Information die übertragen werden soll und kann bis zu 18 Bytes betragen. Das übertragene Daten-Frame wird zum Schluss noch durch ein Checksummen-Byte ergänzt um Fehler in der Übertragung feststellen zu  können.

 

 


Durch die digitale Übertragung stellt die PLC-BUS Technologie eine sichere und hochverfügbare bidirektionale Übertragung auf Basis des bestehenden Stromnetzes dar. Aktoren können den Empfang und die Ausführung ihres Befehls dem Controller zurückmelden. Ein Controller hat jederzeit die Möglichkeit den Status eines Aktors gezielt abzufragen und so eine Visualisierung der Zustände im Haus realisieren.

 


Die Vorteile des PLC-BUS in der Zusammenfassung:

Zuverlässigkeit 
Der PLC-BUS erzeugt durch den Einsatz der PPM-Technologie ein sehr starkes und robustes Signal. Zusätzlich kommt beim PLC-BUS eine digitale, bidirektionale Kommunikation zum Einsatz, welche es den Teilnehmern erlaubt ihren Status untereinander auszutauschen und die erfolgreiche Ausführung eines Befehls zu bestätigen. Dies zusammen ergibt eine Systemzuverlässigkeit von mehr als 99,5%.
 
Keine zusätzliche Verkabelung
Durch die ausschließliche Kommunikation über das Stromkabel ist kein zusätzlicher Verkabelungsaufwand oder gar eine neue Verkabelung erforderlich.
Die PLC-BUS Module sind anschlussfertig und bereit für jede Installation ob im privaten oder gewerblichen Umfeld. 
 
Geschwindigkeit
Durch eine Antwortzeit von 300 Millisekunden, oder 10 komplette Kommunikationspakete pro Sekunde, ist der PLC-BUS 20 bis 40 mal schneller als vergleichbare Kommunikationssysteme. Diese erhöhte Geschwindigkeit bietet eine Lichtsteuerung ohne spürbare Verzögerung.
 
Bidirektionale Kommunikation
Das Protokoll und die Module sind auf eine 100%ige bidirektionale Kommunikation ausgelegt. Dadurch ist eine zentrale Konfiguration und eine Steuerung über den Computer möglich. PLC-BUS befähigt es den AN/AUS-Status einer Leuchte oder die Helligkeit eines Dimmers abzufragen.
 
64.000 Adressen
In Mehrfamilienhäuser mit einem gemeinsamen Stromnetz ermöglicht die PLC-BUS Adressverwaltung 250 Familien bis zu jeweils 256 Einheiten unabhängig von einander zu steuern.  Dies ergibt zusammen einen Adressbereich von 64.000 Adressen.
Der gesamte Adressbereich setzt sich zusammen aus 250 Anwender-Codes, 16 Raum-Codes und 16 Einheiten-Codes (250 x 16 x 16 = 64.000).