Che cos’è e esempi pratici di applicazioni della tecnologia PLC (Powerline Communications)

Le Powerline Communications, note anche come sistemi di trasmissione su linee elettriche, riguardano la possibilità di trasmettere dati codificati sulle linee elettriche esistenti, utilizzando una modulazione che è basata sul principio delle “onde convogliate”. Il potenziale delle powerline è quello di essere in grado di fornire non solo segnali di energia elettrica o di controllo, ma anche tutti i dati completi ad alta velocità. Già da molti anni si parla di questi sistemi di trasmissione e ancora oggi l’interesse generale è molto alto in quanto presentano diversi vantaggi e grandi potenzialità.
Il vantaggio principale è quello di poter utilizzare per la trasmissione dei dati le linee elettriche già presenti sul territorio senza doverne costruire altre nuove, ciò significa che vengono annullati i costi per il cablaggio e l’installazione e si può sfruttare il notevole livello di distribuzione della rete elettrica presente sul territorio.

E’ possibile raggiungere anche le abitazioni che si trovano in luoghi isolati ma dotate di fornitura di energia elettrica (come una casa in montagna) e quelle dove l’installazione di altre tecnologie risulta difficoltosa, inoltre è possibile offrire servizi ad alto contenuto tecnologico anche ai paesi meno sviluppati dove attualmente gli investimenti sono scarsi, per il basso indice di redditività finanziaria. Quindi considerando che la rete elettrica è diffusa praticamente ovunque se ne intuiscono le enormi potenzialità e il numero degli utenti interessati.
Per le compagnie elettriche si prospettano guadagni remunerativi, in quanto potrebbero ricoprire anche il ruolo di “Internet provider” e potrebbero offrire agli utenti servizi migliori per l’accesso ad internet rispetto agli attuali operatori, dal momento che la capacità di trasmissione teorica è tra 100 e 200Mbps (Mega-bit-per-secondo) e non ci sono costi aggiuntivi per l’installazione.

L’utilizzo delle Powerline per molti anni è stato limitato alle basse frequenze con bit-rate modesti, riguardante soltanto alcune applicazioni nell’ambito dell’home automation, la telelettura del contatore o il controllo a distanza di impianti come quello di climatizzazione o di allarme, in quanto le linee di trasmissione originariamente erano state concepite per uno scopo diverso cioè la distribuzione di energia elettrica.

Prevalentemente lo sviluppo si è avuto nella parte in bassa tensione delle linee: all’interno delle abitazioni e per la copertura dell’ultimo miglio, che rappresenta il tratto finale delle linee compreso tra le abitazioni e l’ultima sottostazione di trasformazione.
Dunque PLC rappresenta il futuro delle telecomunicazioni per la fornitura di servizi, sia in ambito civile, quali l’accesso alla rete Internet, l’audio, la telefonia, il video anche on-demand, le applicazioni di domotica, permette inoltre a persone portatrici di disabilità di vario genere di poter usufruire di tutti i vantaggi della tecnologia moderna; sia in ambito industriale, quali la realizzazione di reti locali per la telegestione e il telecontrollo delle macchine automatiche o a controllo numerico, nonché degli impianti di segnalazione, emergenza e sicurezza.
Si possono utilizzare per la realizzazione di LAN (Local-Area-Network) in sostituzione degli attuali doppini di rame, ma è anche possibile integrarle con altre reti già esistenti senza doverle sostituire.

Classificazione

A questo punto è necessario parlare della classificazione delle power-line. Si elencano qui di seguito i principali standard per le comunicazioni di tale tecnologia oggi esistenti:

• HomePlug: tecnologia che sfrutta la rete elettrica delle abitazioni per connettere gli strumenti dalla smart-grid alla Home Area Network (HAN);
• HomePlug Green, PHY: prevede networking su power-line a basso costo, sviluppato per applicazioni su HAN; si integra con dispositivi HomePlug;
• G3-PLC: mira all’interoperabilità, alla sicurezza della rete, alla robustezza e alla riduzione dei costi.

Definiamo inoltre le tre principali classi di tecnologie power-line, classificate in base alla banda di frequenze operative:

• UNB (Ultra-Narrow-Band): operano a data-rate molto bassi, dell’ordine dei 100 bps in frequenze di tipo ultra-low, da 0.3 a 3 kHz, o nella parte superiore della banda super-low frequency, da 30 a 300 Hz; sono adatte per l’utilizzo in aree di grandi dimensioni, potendo coprire distanze pari anche a 150 km o più. Sebbene il data-rate sia decisamente basso, i sistemi risultano molto scalabili grazie a tecniche di parallelizzazione; dunque le soluzioni UNB sono impiegate in centinaia di applicazioni;
• NB (Narrow-Band): operano nelle bande VLF/LF/MF (Very-Low-Frequency/LowFrequency/Medium-Frequency, da 3 a 500 kHz) e si dividono a loro volta in due categorie: Low Data Rate (LDR), a portante singola, con data-rate di pochi kbps, e High Data Rate (HDR), multi-portante e con rate fino a 500 kbps;
• BB (Broad-Band): operano in bande HF/VHF (High-Frequency/Very-HighFrequency, da 1.8 a 250 MHz) e hanno data-rate che raggiungono le centinaia di Mbps.

Domotica e reti locali

La tecnologia PLC viene utilizzata anche per la domotica con l’utilizzo di vari standard. Quelli più datati consentono trasmissioni con banda limitata e sono dedicati a semplici automazioni domestiche come l’accensione di luci o la realizzazione di impianti antifurto. Richiedono l’installazione di appositi moduli di interfaccia all’interno delle prese. Il vantaggio rispetto ai sistemi tradizionali sta, oltre che nel risparmio di parte del cablaggio, nella possibilità di modificare con estrema semplicità il funzionamento dell’impianto e nella possibilità di realizzare funzionalità “intelligenti”.
Di recente è stato proposto in commercio un nuovo sistema domotico in tecnologia powerLine, denominato “PowerDom”, che sfrutta, per la comunicazione dati, un segnale in modulazione FSK; inoltre il protocollo di comunicazione prevede un efficace algoritmo di controllo e correzione degli errori in grado di rendere affidabile la comunicazione per la realizzazione di tutte le funzioni di un impianto domotico di classe 1: sistema di allarme tecnico e anti-intrusione, controllo accessi, controllo remoto GSM, controllo luci e climatizzazione, gestione utenze e risparmio energetico, automazione di luci e oscuranti.

Rete ibrida Wi-Fi e powerline

La powerline può essere utilizzata per portare la banda larga a quelle utenze che sono interposte alla rete wireless da alberi, muri o altri ostacoli al segnale. Piuttosto che localizzare in alto il ripetitore se c’è un punto adeguatamente alto, o un improbabile traliccio per servire una singola utenza, è meno costoso collegare al ripetitore wireless più vicino un “convertitore” che invia il segnale su cavo elettrico, anche se l’apparato wireless è distante dalla cabina di bassa tensione.
L’Italia ha 7500 km di cavi elettrici, una delle reti più estese è quindi probabile che anche in presenza di un luogo impervio o di abitazioni isolate sia disponibile un cavo elettrico per powerline. Oltre a raggiungere con powerline le utenze più difficili da servire, la rete ibrida ha il vantaggio di rendere accettabile l’onere di coprire, via cavo, centrali a bassa tensione. In questo modo si risparmia la fibra ottica, collegando la centrale di bassa tensione con una serie di ponti radio fino alla centrale di media che viene cablata con fibra ottica. Diversamente dall’invio su cavo elettrico di rame, il segnale wireless mantiene qualità alta e basse latenze anche su lunghe distanze.

Esempi pratici di applicazioni della tecnologia PLC

1. Illuminazione piscina: la tecnologia PLC può essere usata per controllare apparecchi di illuminazione subacquea della piscina, luci per il paesaggio circostante,ecc. Il tutto è possibile grazie ad una singola stazione di controllo che utilizza il Powerline e nessun altro cablaggio aggiuntivo.
2. Luci per il parcheggio: il controllo On-Off delle aree selezionate in grandi parcheggi non è possibile senza l’installazione di più elementi di controllo, e di collegamento e interazione con l’utente in più punti. PLC provvedono all’ottimizzazione del sistema che permette di controllare apparecchi di illuminazione individuali o apparecchi di illuminazione collettivi. Questo, permette di risparmiare i costi per cavi addizionali e apparecchi d controllo.
3. PLC può essere usata come misuratore di potenza elettrica nelle abitazioni, supermercati, ed ambienti industriali per trasmettere informazioni sull’utilizzo di potenza in tempo reale, ad un sistema di fatturazione centralizzato.
4. Consumo energetico di mercato: per il consumo energetico di mercato, la soluzione PLC permette la trasmissione, in tempo reale, di informazioni riguardanti il consumo di potenza di ogni applicazione presente in casa. In risposta a tali dati, il comando e controllo di apparecchi può essere fatto da qualsiasi segmento di infrastruttura Powerline esistente.