【金猿技术展】PLC电力载波通信技术——电力系统特有通信方式

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本项目由新再灵科技投递并参与“数据猿年度金猿策划活动——2021大数据产业创新技术突破榜单及奖项”评选。

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PLC——Power line Communication电力载波通信，是电力系统特有的通信方式，电力载波通信是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。最大特点是不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递。

技术说明

云梯PLC技术

一、PLC技术概述

PLC技术(英文:Power line communicaon)，电力载波通信技术。通过电力线（交流或者直流）传输数字信号。PLC技术发展了几十年，最早在电力传输中采用。目前有两大应用方向.

第一是低压、中压和高压的交流电力传输系统中使用。属于窄带PLC

电力传输系统中，例如抄表，再例如某些中高压电力传输段，4G没有覆盖，那么节点之间的通信采用电力载波。这类电力系统，一般要求的速率在几百BPS到几百kbps，传输某些重要的传感器数据或者应用数据。传输距离要求比较长，一般按公里为单位计算。通信时延高，有可能达到几个小时。器件代表厂家如我们国内的东软公司。

第二是家庭或者某些特殊场景下采用。归类于宽带PLC。实现在电力线、电话线、以及同轴电缆上数据传输，满足家庭数字多媒体传输的需要而制定的标准。这类传输以传输速率高为特点，在几十Mbps，能够实现以太网的连接通信。传输距离已在500米范围内。通信时延非常低，要求达到ms级别。国际上，此类标准有两种:一是Homeplug AV 和G.hn两种。

在整个互联网通信标准上，PLC技术和wifi、网线、光纤、ADSL等虽然是不同的通信传输介质，但在应用中互为补充。在不同的场景下选择不同方式的通信方式，以满足不同的场景需求。

经过多年的开发，我们认为，在电梯这个特殊场景下，PLC技术是最为适合的选择。我们新再灵的PLC技术，采用的是Homeplug AV协议。能够将以太网，通过调制解调的方式，在电梯的照明供电线上传输，实现视频、图片以及快速的传感器数据连接，同时满足多媒体直播等各种应用要求，以支撑云梯物联网的各种业务要求。

二、电梯场景的分析和描述

为什么电梯场景下，PLC是最为合适的选择？我们从四个方面来分析

1. 通信距离

电梯是运行在一个密闭的井道内。电梯的井道，从几十米到几百米不等。电梯就是运行在此密闭空间里，不停的上下往复。我们选择的通信方式，必须满足电梯井道的要求。电梯根据实际楼层的不同，从几十米到几百米不等。

电梯的运行速度也要考虑。有的电梯，能到达6米/S，200多公里的时速。这对通信也会造成一定的影响。

2. 安全要求

电梯是特种设备，第一要求是不能影响电梯的工作。无论从电磁干扰到网络安装等，都不能对原有电梯系统造成影响。

3. 运行环境

电梯本质上是机电一体化设备。系统中有两个电动机。一是电梯主电动机，千瓦级别，二是电梯门机电动机，百瓦级。在电梯运行是，电梯井道内出现复杂的电磁环境。这些电梯环境，会对通信的可靠性带来重大的影响。

不同厂家和种类的电梯，此运行环境有很大的不同。

4. 外部环境

外部天气的影响，在电梯物联网的运行中，不可忽略。雨雪天气、湿度、温度、海拔高度，都会对通信带来相当的影响。我们国家电梯，从北方到南方，外部环境差异非常大。通信方式的选择，要能适应所有的地区。

综上所述，既要适用上述电梯场景，满足不同地区、不同种类和厂家的电梯、不同楼层、不通速度的电梯，又要满足电梯物联网的通信速率高（多媒体播放、视频AI分析、图片AI分析等）的要求，PLC是最优化的选择。

三、云梯PLC的技术

PLC技术包含很多的技术细节。我将此分成两类，第一类是PlC通用技术，第二类是PLC特殊技术。

PLC通用技术，包括4层，简单介绍如下：

A. 物理底层调制解调技术，采用高级前向纠错、通道预估、自适应能力的OFDM，载波子波段在2M~60M，实现500M的底层数据速率。(注意：电力系统的窄带PLC中，一般不采用OFDM方式）

B. MAC层则综合使用具有QoS保证的TDMA时分多址有序接入和CSMA竞争接入两种方式，并通过快速自动重发请求（ARQ）可靠传送.

C. 支持TDMA和FDMA，即兼容时分多址和频分多址，以便兼容BPL宽带接入

D. 协议栈支持多种上层协议，如802.3、IP and UPNP

上述通用技术，需要每个研究PLC的厂家，都必须具备。除此之外，应用到电梯场景，必须采用一些特定的技术，不然，PLC在电梯场景下应用，可靠性和时延也得不到保证。

我们的云梯PLC，有2个特殊的技术：

1、强自适应能力的OFDM调制解调方式（软件算法）

我们针对电梯场景下的照明供电下的电力线干扰方式，对OFDM的方式进行了优化。简单描述就是：对电梯的电动机启停和空间辐射，通过试验场景建立了电梯不同运行阶段的特征点，然后在调制解调时，避开受到干扰的子载波频段。整个过程由算法自学习实现和特征点的匹配、剔除，以达到降低PLC传输时延和高可靠传输的目的。

电动机的启停带来的影响，是PLC的首要处理的内容。

2、解决干扰的方法

电力线传输上，共有4种类型的干扰：电力线的浪涌、谐波干扰，容性干扰、感性干扰，分径干扰。这四种干扰即影响调制，也影响解调的复原。

A. 硬件上，针对电梯的照明线路的上述4个方面，对发射驱动电路、接受检测电路进行相应的抗干扰设计。

B. 软件驱动上，根据连接质量进行，进行调制解调的发射功率进行自适应的调整。上述两点，是我们云梯PlC的技术上的主要处理点，结合起来，是云梯的PLC的可靠性和时延的性能会得到全面的提高。

开发团队

·带队负责人：蔡巍伟

蔡巍伟，浙江新再灵科技股份有限公司产品技术研发中心总经理，高级工程师，硕士学历。

负责研发团队算法、大数据、云平台建设及云梯产品升级改造，曾在海康威视从事13年图像处理、AI视觉研发及管理，主导其第一代智能视频监控产品开发及场景落地工作，具有丰富的算法框架设计、算法工程化及产品化经验，精通算法在各类处理芯片中的移植优化。负责杭州城市大脑等政府平台建设及项目落地实施、维小保物业/维小保维保软件产品开发及运营；进行社区产品梯豆的产品探索。

·团队其他重要成员：吴磊磊、施行、王超、朱鲲等

·隶属机构：新再灵科技

浙江新再灵科技股份有限公司是一家基于电梯场景的人工智能和大数据服务企业，拥有发明专利及软著200余项。一直以来公司秉持让垂直出行更美好的企业之道，致力于提升电梯安全管理能力和效率，让电梯场景数字化和更有价值。浙江新再灵总部位于杭州，旗下拥有上海梯之星信息科技有限公司、北京梯豆科技有限公司、浙江新怡科技有限公司等以及分布在全国的31家控股子公司。截止目前，公司产品云梯已经在全国104个城市，安装上线超过15万台，为全国7000余小区提供电梯智慧管理，每天保障数亿人次的出行安全。