電力線通訊使用既有的電源線基礎架構作為無線及其他有線通訊標準，並且符合成本效益，可為智慧型量測等工業應用控制加入智慧型監控功能。由於通訊協定標準及調變機制眾多，因此開發人員需要彈性的開發平台以簡化設計、允許環境條件最佳化、支援當地規範，並且輕鬆調整即可符合不斷演進的標準。
電力線通訊(PLC)技術能透過輸電的電源線傳輸資料，因此對於許多應用而言，是相當符合成本效益的通訊媒介。PLC完全不須安裝額外的電線即可將裝置相互連結，因此大幅減少系統成本，並提高可靠性，同時在網路設置成本較高的環境中達到有效通訊的效用。由於PLC能直接運用既有電源線的基礎架構，因此成為領導智慧型電網應用的技術之一，公用事業能夠根據一天之中的時間甚至按照各個裝置或應用監測用電量，因此能提供消費者電費的價位結構，刺激消費者減少用電量，以降低尖峰負載並避免設置發電廠的需求。PLC也能針對系統進行更智慧的管理，包括照明控制、住家與大樓的冷暖氣調節及保全。
PLC具備低成本優勢
PLC這項技術相當適合網際網路之類的高速寬頻網路連線，也適合首重低成本及高可靠性的窄頻控制或低頻寬資料收集等應用。如針對智慧型量測應用，窄頻PLC可有效取代無線通訊而發揮效用。
歐洲、中東及非洲未來幾年將布建兩億組具有通訊功能的電表，在這些地區，集中器/變電所相互以500～1,000公尺不等的距離透過電力相互連結，使窄頻PLC成為相當適合這些地區智慧電網基礎架構採用的技術；同樣地，窄頻PLC也在家用網路、照明及太陽能應用方面日益扎根。
對於智慧型量測等應用，執行低頻率窄頻PLC技術相當符合頻寬、電源及成本方面的需求。在頻率上限為500kHz的窄頻範圍中運作可確保資料完整性，同時將系統成本降至最低。由於能針對現有標準達到1.2k～128kbit/s不等的資料速率，因此窄頻PLC也能為電力測量、照明及家庭自動化等遠端資料收集之類的應用提供充分的頻寬。
最後，智慧電網能夠根據透過電源線存取的最新資訊，運用減少用電量的策略進行終端使用者設備的遠端監測及控制。這些優勢逐漸從家庭與辦公室擴及至工廠與其他工業應用，例如太陽能系統、資料伺服器、馬達控制及灌溉系統。使用PLC之後，只要系統連接到電力網網路，便能有效地管理和提升運作效率。
PLC通訊須克服雜訊問題
開發有效的PLC系統並非輕而易舉。電力線本身有雜訊，需要穩定的架構才能確保資料可靠性，此外，各個應用及作業環境各不相同，需要開發人員最佳化設計並考量各種因素。功能過於固定的PLC系統僅適用於少數的應用，而且會在標準不斷演進的情況下成為先天受限的設計策略。開發人員需要彈性的平台，才能針對各項應用的特定需求最佳化設計，並且使設計迎合新標準及新興市場機會。因此，智慧財產能重複運用於多種應用，以加速開發及縮短上市時程，同時擴展市場機會。
達到彈性的其中一個主要部分是軟硬體的模組化架構。將複雜的PLC系統分為眾多的獨立子系統，能讓設計人員轉換設計的方向，如使用的調變機制或通訊協定，而不須全面重新設計整個系統(圖1)。
 |
| 圖1 透過彈性的PLC開發架構，開發人員確實迎合新標準及新興機會需求。 |
| ‧ |
|
| |
硬體層級的彈性能讓開發人員針對特定應用做最有效率的調變機制。如目前有多個調變機制可用於窄頻通訊，其中包括擴頻型頻移鍵控(SFSK)及正交分頻多工(OFDM)調變。選擇其中一種調變機制之後，開發人員便能夠評估其效益，然後實際使用於設計中。 |
| ‧ |
|
| |
為達到互通性，裝置可能必須與特定的通訊協定標準相容。運用彈性的平台之後，開發人員便能執行所有常用的PLC標準，包括SFSK(IEC61334)、PRIME及G3，同時使裝置符合不斷演進的標準。此外，針對新的應用及標準移轉設計也會變得相當簡單，完全毋須全面重新設計硬體或韌體。 |
| ‧ |
|
| |
由於各地皆積極支持綠能電子產品，因此也先後制定公布許多相關規範，如歐洲電工標準化委員會(CENELEC)、美國聯邦通訊委員會(FCC)及日本無線產業及廣播協會(ARIB)等，但這會實際影響智慧型電網及其他PLC應用。開發人員不僅須確認裝置符合這類規範，也須協助加速進行規範測試及許可，以有效避免延遲上市時程。 |
PLC彈性設計平台易於修改
針對上述各項考量，德州儀器(TI)推出可簡化開發的彈性PLC開發平台。PLC數據機硬體工具包含個別的類比前端(AFE)、微控制器(MCU)及基座等模組。此模組化裝置能夠讓開發人員調整系統的硬體功能，以符合不同的PLC數據機規格，而不影響設計的其他層面。如除PRIME及G3標準的支援之外，廠商也透過FlexOFDM程式庫支援可完全編程專屬正交分頻多工(OFDM)系統，讓開發人員能針對特定環境因素調整效能及穩定性，或在必要時迅速定義可設定頻帶及資料的自訂OFDM實作，以進一步提升效能。完全不須涉及通訊協定及應用程式軟體，即可進行這些提升，一旦完成設計，開發人員即可將各種模組的成本降低至單一硬體元件的程度。
PLC數據機軟體plcSUITE(圖2)能讓開發人員迅速開發和測試穩定的PLC系統。平台的彈性有助於開發人員將調變實作、通訊協定設計及應用程式開發相互區隔，該平台也採用圖形使用者介面(GUI)，可便於視覺化呈現及調整關鍵的PLC數據機效能參數。
 |
| 圖2 plcSUITE軟體架構 |
將複雜的PLC數據機設計細分抽離之後，可降低將PLC導入眾多工業應用的門檻。廠商的PLC解決方案具有的效率及彈性，有助於迅速達到符合特定應用需求的差異性及自訂效用，並且讓開發人員能選擇以符合成本效益的方式將PLC導入既有的設計中。此外，plcSUITE能夠針對微控制器彈性擴充，使開發人員能選用具有適用處理能力及周邊的理想微控制器執行完整的PLC應用。
PLC數據機具有模組化硬體及彈性的軟體架構，因此能以單一平台支援眾多標準及調變機制的PLC技術。對於從變電所到整個家用區域網路的智慧型電網各個階段，PLC數據機也提供開發人員可運用的PLC解決方案。電力線通訊確實改變了日常監測及控制的方式。對於許多應用而言，PLC運用既有的電源現基礎架構進行資料連結，因此是最符合成本效益的通訊媒介。
(本文作者為德州儀器全球量測行銷經理)