在工业控制中plc有哪些应用（适用于工业控制的嵌入式处理器）

在我们的行业中，似乎反复发生的一件事是，一个新产品领域的出现，在工程界引起了很大的轰动，然后在黑暗、干燥的角落里沉寂了数年。这项技术听起来很棒！我们可以用它来彻底改变我们的产品。然后这项技术就陷入了停滞，并持续了几年，只有几家公司提供了新版本。然而，它从未真正引起轰动。几年后，它终于成为一种非常可行的方法并被到处使用。

这种情况经常发生，因为产品并没有真正达到炒作所带来的期望。或者也许有太多的竞争版本，以至于没有人能够完全弄清楚该走哪条路。然后技术就会成熟并且运行良好，你就会随处看到它。

在我看来，电力线通信（PLC）就是这种情况。几年前，PLC 似乎可以解决许多通信问题。但后来它消失了，现在它似乎终于开始大踏步前进了。它用于公用事业智能电网和抄表应用、家庭自动化以及我们稍后将讨论的许多其他领域。当然，它最大的优点是不需要新的布线。此外，PLC 可以在相当长的距离内使用。

事实上，很久以前，通过电力线发送数据就被认为是一件很巧妙的事情。通过用于配电的同一对电线发送通信信号的概念可以追溯到1924 年的一项专利，该专利支持“通过电路进行载波传输”。用于语音电话的PLC 始于20 世纪初，并于20 年代末在欧洲和美国变得普遍。

电力线通信方式现在分为宽带和窄带。宽带用于在家庭周围发送高速数据，例如以太网，而窄带以更悠闲的速度工作，用于公用事业抄表、工业命令和控制、家庭自动化和许多照明控制应用。

可以肯定的是，PLC的工作环境是非常恶劣的。未绞合的电源线不仅可以像天线一样工作，而且在总是有多个电路的工业环境或家庭中，通信信号可能必须传输到主电路面板，然后找到到达目的地接收器的路径。主面板上的每个电路都有多个抽头，为发送射频信号创造了一个非常复杂的阻抗和噪声环境。电力线通常是一种极其困难且嘈杂的通信介质，其特点是存在多种不可预测且强烈的干扰形式。

宽带PLC

宽带系统特别难以处理和产生干扰。 HomePlug AV 于2005 年推出，现已成为宽带PLC 的中流砥柱，其适配器的物理速率为200Mbps、500Mbps，现在超过1Gbps。虽然HomePlug 连接的理论最大值可能为200Mbps，但大多数连接的实际速度约为30Mbps 至50Mbps—— 只要可靠且一致，大多数时候仍然足以将视频从路由器传输到电视。 HomePlug采用IEEE 1901规范，确保了互操作性。

窄带可编程控制器

但今天我们想谈谈窄带电力线通信。

长距离电力线（交流和高压直流）通信是电网基础设施的重要组成部分。自动抄表现已成为大多数地方的常态。照明、暖通空调和电器的家庭自动化是一个重要且不断增长的使用领域。所有这些领域都使用窄带PLC。工业控制系统的设计者正在利用这项技术。其他快速新兴的应用包括路灯、自动售货机、太阳能电池板和电动汽车充电的控制。

使用电力线的通信技术已经发展。初始部署包括基本单载波频移键控(FSK) 和相移键控(PSK) 调制的变体。这些技术可靠地处理恶劣电力线环境的能力有限，因此早期的PLC 系统遇到了问题。

目前窄带主要有两个标准：G3 和PRIME。通常，G3（或类似的IEEE P1901.2）标准更注重稳健性。对于工业应用，您必须确定数据会到达，也许不是以最快的速度，但它确实会到达。 G3 提供20.36Kbps、34.76Kbps 和46Kbps（带编码）数据速率、前向纠错(FEC) 以及与6LoWPAN/IPv6 的兼容性。 G3 在欧洲运行于CENELEC-A 或-B 频段(20Kbps-40Kbps)，并可在整个FCC 频段上使用，在美国提供高达400Kbps 的数据速率。它提供第2 层128 位AES 加密以确保数据安全。

正交频分复用技术解决了这个问题

G3 和PRIME 采用正交频分复用(OFDM)，这是一种通过噪声信道传输大量数字数据的技术。它结合了许多较慢数据速率的载体来创建整体较高的数据速率。自动选择一组载波频率或信道以远离干扰。多个子信号以不同（正交）频率同时传输。每个数据子载波均使用PSK 或QAM 进行调制。这与纠错一起确保在非常嘈杂的环境中可以无错误地接收数据。

图1. 多个恒定幅度OFDM 子载波的频谱。

使OFDM 成为实用传输系统的技巧是将子载波调制率与子载波联系起来。通过将子载波间隔设置为符号率的倒数，峰值和零点可以完美对齐，因此在任何子载波频率下，子载波都是正交的，并且它们之间没有干扰。

用于工业控制的窄带PLC控制器IC

一些芯片供应商生产支持PRIME、G3 和IEEE 1901.2 标准的控制器。 OFDM 和纠错技术使窄带PLC 成为典型电噪声环境中工业控制系统的理想选择。这些技术确实使用了一些相当繁重的数学函数，并且需要一定的计算能力。如今这不是什么大问题，但请确保您选择的控制器芯片具有处理您的特定环境的能力。

窄带PLC 控制器IC 的一个示例是Maxim 的ZENO MAX79356，它使用两个流水线32 位RISC 处理器。该芯片已通过G3-PLC 认证，其可编程性确保其能够处理标准修订和国家/地区变更。

MAX79356在监控模式下的最大功耗仅为80.6mW。该IC 包括完整的模拟前端(AFE) 并具有AES-CCM 加密引擎，可实现高安全性。该器件采用48 引脚LQFP 封装，工作温度范围为-40C 至85C。

审稿编辑：郭婷