UNIVERSIDAD AUTONOMA DE TAMAULIPAS

FACULTAD DE INGENIERIA Y CIENCIAS

MATERIA: SEMINARIO DE INVESTIGACION 1

PROFESOR: Dr. JOEL GUTIERREZ LOZANO

TITULO: TRANSMISIÓN DE DATOS SOBRE RED ELECTRICA CON TECNOLOGIA PLC EN CIUDAD VICTORIA

ALUMNO: HILARIO ADRIAN GUADALUPE GARCIA PARRA

CD. VICTORIA TAMAULIPAS OCT/2011

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INDICE

SIGLAS UTILIZADAS 3

TERMINOLOGIA 4

INTRODUCCION 5

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ……………………………………………………………………….. 6

1.1 CONOCIMIENTOS SOBRE EL TEMA (ANTECEDENTES)…………………….………………… 7

1.2 IMPORTANCIA…………………………………………………………………………………………………. 8

1.3 OBJETIVOS …………………………………………………………………………................................ 8

1.4 HIPOTESIS ………………………………………………………………………………………………………. 9

1.4 REVICION DE LITERATURA……………………………………………………………………………… 10

2 MATERIALES Y METODOS………………………………………………………………………………….. 12

2.1 LUGAR DEL PROYECTO…………………………………………………………………………………… 12

2.2 CARACTERISTICAS Y MATERIALES…………………………………………….......................... 12

2.3 METODOS……………………………………………………………………………………………………… 13

2.3.1 INTRODUCCION A LA TECNOLOGIA PLC……………………………………………………….. 13

2.3.2 DESCRIPCION GENERAL SOBRE LA RED PLC (RESULTADOS)………………………….. 14

2.3.3 FUNCIONES DE CADA COMPONENTE………………………………………....................... 16

2.3.4 COMUNICACIÓN DE DATOS………………………………………………………………………... 17

2.3.5 DISEÑO TEORICO FINAL………………….…………………………………………………………… 18

3.1 CONCLUCIONES……………………………………………………………………………………………… 19

3.2 RECOMENDACIONES………………………………………………………………………………………. 19

BIBLIOGRAFIA……………………………………………………………………………………………………….. 20

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SIGLAS UTILIZADAS

PLC (Power Line Communications)

BPL (Broadband Power Line)

OPLAT (Onda Portadora de Alta Tensión)

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)

USB (Universal Serial Bus)

VLAN (Virtual Local Area Network)

LAN (Local Area Network)

TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol)

PSK (Phase Shifting Keying)

ASK (Amplitude Shifting Keying)

PSK (Phase Shifting Keying)

RTU (Remote Terminal Unit)

ASCII (American Standard Code for Information Interchange)

DTE (Data Terminal Equipment)

DCE (Data Communication Equipment)

USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter)

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TERMINOLOGIA

PLC: Power Line Communications.

Es una tecnología que transmite información a través de la red AC; por un canal distribuye

la energía eléctrica de consumo y por otro canal transmite los datos.

Comunicación: Es el traspaso de información, desde un emisor, mediante un mensaje,

hacia un receptor.

Internet: Conjunto de redes y routers que utilizan el protocolo TCP/IP y que funciona

como una gran red mundial Esta red incluye usuarios del sector privado, instituciones

educativas y del gobierno, y personas independientes.

Intranet: Se les llama así a las redes tipo Internet pero de uso interno de una empresa o

institución.

IP: Protocolo de Internet que brinda un servicio no orientado a conexión. Tiene la

responsabilidad de descubrir y mantener la información de la topología de la red y de

enrrutar los paquetes a través de redes homogéneas o heterogéneas.

Frecuencia: Es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de tiempo

de cualquier fenómeno o suceso periódico.

Ancho de banda: En conexiones a Internet el ancho de banda es la cantidad de

información o de datos que se puede enviar a través de una conexión de red en un

período dado.

LAN: Red de área local que interconecta PCs, terminales, estaciones de trabajo,

servidores, impresoras y otros dispositivos periféricos a una alta velocidad sobre

distancias cortas.

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INTRODUCCION

Esencialmente, un sistema de comunicaciones permite transmitir y/o recibir información.

En el presente Seminario se hablara de los componentes y las características del sistema,

qué tipo de información puede ser transmitida o recibida, cuántos canales, en qué

frecuencias, con qué rapidez y fidelidad, a qué costo y con qué cobertura, además de su

grado de inmunidad frente a ruido e interferencias y a otros parámetros de operación.

El sistema de comunicación de datos a través de la red eléctrica domiciliaria está

constituido por dos tipos de elementos: físicos y lógicos; su diseño y construcción

involucra la electrónica, la electricidad y la informática; la velocidad de los datos está

limitada por el ancho de banda del cable bifilar y por las técnicas de codificación y

modulación empleadas; las frecuencias de transmisión se seleccionan según la norma

CENELEC EN50065-1, la cobertura es local domiciliaria, la inmunidad frente a ruido e

interferencias depende de la frecuencia de transmisión y de la utilización de un tipo de

transmisión a dos hilos: línea-tierra ó línea-neutro; en cuanto a costos, el sistema es una

alternativa económica y de rápida instalación para el transporte de datos.

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Planteamiento del problema

En Ciudad Victoria existen muchas familias que no cuentan con el servicio de Internet en

sus casas, hoy en día este servicio es muy importante para realizar diversas actividades

tales como comunicarse, realizar tareas, hacer pagos bancarios, consultar información,

etc. La tecnología PLC es una opción atractiva ya que la infraestructura ya esta implantada,

lo que nos evita hacer una inversión en ese aspecto y nuestra red eléctrica funcionada

como una red de datos.

Este seminario ofrecera otra alternativa al servicio de transmisión de datos de banda

ancha aprovechando una infraestructura que ya esta desplegada por toda la ciudad.

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Conocimiento sobre el tema (Antecedentes)

Historia

La idea de utilizar el cable eléctrico para la transmisión de información no es nueva, el uso

del PLC en sus orígenes se limitaba al control de las líneas eléctricas y a la transmisión a

baja velocidad de las lecturas de contadores. Más adelante, las propias empresas

eléctricas empezaron a utilizar sus propias redes eléctricas para la transmisión de datos a

modo interno.

En 1997, las compañías United Utilities, de Canadá, y Northern Telecom, de Inglaterra,

presentaron al mercado una tecnología que podía conseguir que Internet fuera accesible

desde la red eléctrica: el PLC (Power Line Communications). Desde entonces, las

compañías eléctricas empezaron a pensar que podían sacar un mayor rendimiento a sus

redes y han sido numerosas las iniciativas en el sector para llevar a cabo un despliegue

masivo de este servicio de comunicaciones.

Luego fueron los alemanes los que se unieron a la carrera por desarrollar la

tecnología Power Line. A fines del '99 y principios de 2000 España ingresó también en esta

disputa a través de Endesa.

En la actualidad, en algunos países como Austria o Suiza se ofrecen servicios básicos

a un numero relativamente bajo de usuarios. Alemania fue el primer país en ofrecer PLC

comercial. La empresa pionera RWE ofrecía servicios por unos 35 euros al mes,

alcanzando en el 2001 los 20.000 abonados. Esto explica que los principales

suministradores europeos de estos equipos fueran Siemens y Ascom (Suiza). El 30 de

septiembre de 2002, RWE de Alemania cesó sus servicios de PLC, dando como motivo

problemas regulatorios no resueltos de utilización del espectro.

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IMPORTANCIA

Por lo antes indicado la comunicación de datos es una solución importante para varias

aplicaciones que veremos en el desarrollo de este trabajo; una de ellas es la transmisión

de internet por medio de la red eléctrica y la comunicación entre equipos

computacionales por medio de la red eléctrica domiciliaria.

Objetivos

Este proyecto tiene como principal objetivo establecer una comunicación de datos por

medio de la red eléctrica domiciliaria, una de las principales ventajas al realizar este

proyecto sería el acceso a internet. El medio de comunicación que se utilizara será la

misma Red electica a través de la tecnología PLC. En base a esto, el proyecto se orienta a

brindar otra alternativa distinto al internet por línea telefónica y saber como implementar

un equipamiento de un sistema PLC para la transmisión y recepción de datos sobre la red

electica domiciliaria.

Otro de los objetivos de este trabajo es descubrir las ventajas y desventajas que existen

sobre el tema de comunicación de datos por medio de la red eléctrica domiciliaria.

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HIPOTESIS

La hipotesis de este seminario es la siguiente: Si se implementara la transmicion de datos

sobre la red electrica por medio de la tecnologia PLC en Ciudad Victoria se podria ofrecer

el servicio de internet lo cual seria menos costoso que los paquetes que ofrecen las

diferentes empresas telefonicas en la ciudad. Debido ala fuerte competencia de esta

tecnologia los costos para obtener servicio de internet se abaratarian y con esto se

cumpliria el objetivo de brindar internet a personas que no cuentan con el dinero

suficiente o que viven en un lugar en donde las lineas telefonicas aun no brindan servicio

de internet.

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REVICION DE LITERATURA

En la actualidad, PLC se ha desarrollado ampliamente, existiendo básicamente

aplicaciones “indoor" y de “ultima milla" existiendo normas y estándares para estas

aplicaciones. A su vez, las empresas eléctricas, a través de esta tecnología, han ingresado

como proveedores de servicios de telecomunicaciones, sin embargo, su interés sigue

siendo también los servicios específicos dentro de la misma Red eléctrica; como el

monitoreo y control en media y baja tensión. (International Electro technical Commission,

Publication 663)

El Computador Central es el encargado de \interrogar" a las diferentes Unidades

Remotas (RTU) el estado de las variables presentes en las diferentes subestaciones

conectadas a la Red, tales como temperatura, tensión, corriente, frecuencia, etc. Al ser

una Red de difusión, \todos escuchan todo" pero solamente responde aquel que tenga la

dirección requerida por el Computador Central. (González Ruiz, Martínez García, González

Casado, García Fernández,

2002)

Esta tecnología esta ya desarrollada y en proceso de optimización, especialmente en lo

que hace a lograr menores niveles de señal sobre la Red eléctrica y cumplir con los

requerimientos de compatibilidad electromagnética. (R. Gómez, M. Leiva Benegas)

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Las perdidas resistivas en el conductor, son causadas por la conductividad del mismo. A

medida que aumenta la frecuencia, la corriente fluye hacia la superficie del conductor,

debido al efecto piel. Las perdidas resistivas aumentan en función de la frecuencia con una

relación de r ¼ f1=2 . (Wayne Tomasi, 1996)

A nivel de usuario la conectividad esta proporcionada en base al conjunto de protocolos

TCP/IP, proveyendo a los equipos terminales capacidades multimedia en base a los

estándares H.323 y complementarios (Mainnet Oficial Website, URL: http://

www.mainnet-plc.com)

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MATERIALES Y METODOS

2.1 CIUDAD VICTORIA TAMAULIPAS

En la presente investigación se definirá como implementar una red capaz de transmitir y

recibir datos por medio de la red eléctrica domiciliaria en Ciudad Victoria Tamaulipas.

2.2 CARACTERISTICAS Y MATERIALES

Las características del Municipio de Victoria tiene una extensión territorial de 1,634.08 km

cuadrados y representa el 2.05% del área total del Estado. Esta ciudad cuenta con miles de

metros de cableado eléctrico que cubren casi todas las comunidades en su totalidad.

Los materiales a utilizar son: Principalmente la red eléctrica ya establecida por la CFE,

transmisores y receptores de datos, moduladores, computadora.

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2.3 METODOS

2.3.1 INTRODUCCION ALAS TECNOLOGIAS PLC

Las iníciales se refieren a las palabras inglesas Power Line Communications o

Power Line Carrier. En castellano esto significa, Comunicaciones a través de la

Red de Energía o bien Transmisión por Onda Portadora de Corriente. Se trata,

fundamentalmente, de la transmisión de voz y datos a través de la Red eléctrica. El

objetivo más atrayente de esta tecnología es tratar de aprovechar la ubicuidad de la

mayor red construida por el hombre (más de 3.000 millones de personas cuentan con

energía eléctrica en todo el mundo) llamada red de redes.

De esta manera, las compañías eléctricas incrementarían su rentabilidad, al aumentar el

valor agregado de sus servicios con una mínima inversión, aprovechando su

infraestructura para funciones que no habían sido concebidos inicialmente. Es algo similar

a lo ocurrido con las empresas telefónicas cuando comprendieron que el par de cobre se

podía emplear para acceder a Internet y ofrecer otros servicios de transmisión de datos,

además de permitir las comunicaciones por voz.

En la actualidad, PLC se ha desarrollado ampliamente, existiendo básicamente

aplicaciones “indoor" y de “ultima milla" existiendo normas y estándares para estas

aplicaciones. A su vez, las empresas eléctricas, a través de esta tecnología, han ingresado

como proveedores de servicios de telecomunicaciones, sin embargo, su interés sigue

siendo también los servicios específicos dentro de la misma Red eléctrica; como el

monitoreo y control en media y baja tensión. ( International Electro technical Commission,

Publication 663)

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2.3.2 DESCRIPCION GENERAL SOBRE LA RED PLC (RESULTADOS)

El sistema de tele medición PLC se basa en el intercambio de datos a través de la Red de

energía eléctrica. Esto se realiza automatizando las actividades manuales y repetitivas

pudiendo de esta manera no depender de ninguna intervención humana.

El sistema utilizado que se muestra en la Figura (2.1), se denomina \maestro -esclavo" y

consta básicamente de los siguientes bloques:

El Computador Central (Host) es el encargado de todas las decisiones del sistema

(maestro). El Modem PLC es el encargado de acondicionar las señales para la transmisión

o recepción según lo requiera el Computador Central. Los acopladores de línea se

encargan de inyectar la señal a través de la Red eléctrica.

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Las RTU (Unidades Remotas) son los dispositivos que se instalan en el lugar en donde se

debe realizar la medición.

El sistema de tele medición ofrece muchas ventajas sobre el sistema de medición

convencional realizado manualmente. La mayor ventaja, es que se está relevando

periódicamente el estado de las variables de los dispositivos que constituyen el sistema,

algo que manualmente sería casi imposible de realizar, debido al costo económico que

esto requeriría por la cantidad de dispositivos presentes en la Red eléctrica.

Otra ventaja es la identificación de algún inconveniente de manera cuasi instantánea,

pudiendo tomar decisiones a distancia logrando que el problema se resuelva mucho más

rápido. Se puede citar como dato relevante, la conveniencia de mantener un canal propio

PLC de baja capacidad, no compartido con otros usuarios.

Como ventajas secundarias, podemos mencionar que este sistema permite que los datos

actuales de los dispositivos puedan ser contrastados con sus datos históricos, para poder

determinar si hay alguna falencia en el rendimiento de los mismos.

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2.3.3 FUNCIONES DE CADA COMPONENTE

El Computador Central es el encargado de \interrogar" a las diferentes Unidades

Remotas (RTU) el estado de las variables presentes en las diferentes subestaciones

conectadas a la Red, tales como temperatura, tensión, corriente, frecuencia, etc. Al ser

una Red de difusión, \todos escuchan todo" pero solamente responde aquel que tenga la

dirección requerida por el Computador Central. (González Ruiz, Martínez García, González

Casado, García Fernández,

2002)

Este, se comunica con el MODEM PLC a través de una interfaz serial RS-232]. La tarea del

MODEM es la modulación de la señal transmitida y la demodulación de la señal recibida.

La señal que transmite o recibe el MODEM es inyectada a través de un acoplador de línea.

Este, aparte de ser el dispositivo que inyecta la señal de PLC en la línea de energía,

también se encarga de proteger al circuito de posibles sobretensiones debido a diferentes

factores. La comunicación de la RTU con el Computador Central es también a través de un

MODEM PLC y un Acoplador utilizando una interfaz serial entre la RTU y el MODEM. La

Unidad Remota RTU es la interfaz con los dispositivos de campo, se la puede considerar

como los ojos, oídos y manos de una estación maestra. Junto a las RTU se encuentran los

denominados transductores que en general, son unos dispositivos que convierten una

forma de energía en otra.

En particular, un transductor eléctrico, convierte la magnitud de una variable física en una

señal eléctrica proporcional, de tal manera que el resultado de la operación pueda ser

utilizado como información útil y representativa de dicha cantidad. Debe existir una

relación conocida entre la entrada y la salida del transductor.

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2.3.4 COMUNICACIÓN DE DATOS

La información codificada es representada a través de bits, la cual puede ser una eventual

señal de control. Los bits pueden transmitirse secuencialmente, que es lo que se conoce

como forma serial, o agrupados en palabras, que sería en forma paralela. Los motivos que

determinan el uso de una u otra forma de transmisión, claramente responden a las

necesidades de velocidad y rendimiento económico. A continuación se mencionan los dos

tipos de transmisión y seguido a esto se describen sus características principales:

(a) Transmisión de datos en paralelo

(b) Transmisión de datos en serie

Transmisión de datos en paralelo

La comunicación paralela transmite todos los bits de un dato de manera simultánea, lo

que implica tantos canales de comunicación como bits contenga el elemento base, por lo

tanto la velocidad de transferencia es rápida, sin embargo tiene la desventaja de utilizar

una gran cantidad de líneas, debido a esto, se vuelve más costoso y además se atenúa a

grandes distancias por la capacitancia entre conductores, así como sus parámetros

distribuidos. Se usa básicamente para transmisiones en distancias muy cortas.

Transmisión de datos en serie

Los datos son transferidos bit a bit utilizando un único canal. Es la forma normal de

transmitir datos a larga distancia, ya que la instalación de tantas líneas de comunicación

(datos en paralelo), como bits tiene una palabra a lo largo de un país, sería un coste

inabordable. Las computadoras internamente manejan la información agrupada en

palabras, conjuntos de bits, y deben realizar una conversión para serializar la información.

Esto es realizado por circuitos integrados de uso especifico y doble, ya que son capaces de

convertir en una secuencia lineal una palabra, y a la vez convertir en palabra, los bits que

van obteniendo uno a uno de una línea de comunicación serie.

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2.3.5 DISEÑO TEORICO FINAL

Debido a que hay estudios realizados con respecto al ruido en baja tensión, y teniendo

conocimiento de que este ambiente se ve más perjudicado por este fenómeno, con

respecto a las líneas de media tensión, y a su vez la ausencia de estudios hechos para esta

última, se ha optado por seleccionar el nivel de ruido más desfavorable presente en baja

tensión.

Como nuestra elección de S/N mínima es de 14 dB y en 1 km obtuvimos 25 dB, tenemos

11 dB por encima del nivel mínimo indispensable, lo cual nos permite un margen de 900 m

más. De esta manera habría que colocar un repetidor cada 1,9 km aproximadamente.

Por lo tanto con todos los parámetros seleccionados y calculados se presenta a

continuación, a modo de resumen lo siguiente:

Tipo de transmisión............................. Serie, half-duplex.

Modo de operación................................ Asíncrona.

Tipo de modulación............................... OQPSK.

Rango de frecuencias............................. 9 a 95 kHz.

Tasa de transmisión............................... 9600 bps

Frecuencia de portadora........................ 20 kHz.

Nivel máximo de tensión a 9 Khz......... 5 V ´ 74 dBmV

Nivel máximo de tensión a 95 Khz........ 1 V ´ 60 dBmV

Umbral de S/N...................................... 14 dB

BER....................................................... 10¡6

Impedancia característica...................... Z0 = 445.5

Attenuation............................................. ® = 7.03 a 12.03 dB/km

Tipo de acoplamiento............................. Capacitivo (fase - neutro)

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3 CONCLUCIONES

En este capítulo se exponen las conclusiones obtenidas a través del desarrollo del trabajo.

3.1 CONCLUCIONES

En este trabajo se presento el tema Transmisión de datos sobre la red eléctrica con

tecnología PLC en Ciudad Victoria. El objetivo principal fue hacer un estudio sobre este

nicho de la tecnología PLC, el cual se encuentra muy poco desarrollado.

A partir de considerar, como se menciono anteriormente, que el Sistema PLC sobre líneas

de media tensión no se encuentra tan desarrollado como los hay en baja tensión, se

tomaron en consideración estudios realizados en baja tensión y sabiendo que estos

presentan características más hostiles, se decidió emplear el peor caso de ruido presente

en la red de baja tensión.

RECOMENDACIONES

Es importante destacar que todo este diseño, fue realizado bajo un marco teórico, y

llevarlo a la práctica puede implicar realizarle ciertas correcciones, pero siempre tomando

como patrón los valores obtenidos en este proyecto.

Por lo expuesto anteriormente y teniendo en cuenta los resultados de los cálculos

realizados, consideramos que el Sistema de Comunicación de datos por medio de la red

eléctrica domiciliaria, alcanza satisfactoriamente los objetivos propuestos para este

trabajo.

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BIBLIOGRAFIA

Briseño M. José ”Transmisión de datos", Mérida, Abril 2005

González Ruiz, Martínez García, González Casado, García Fernández, \Introducción a las

Redes de Computadoras", Universidad de Almería, Almería 2002.

International Electro technical Commission, Publication 663, “Planning of power line

carrier systems".

Mainnet Official Website, URL: http:// www.mainnet-plc.com

R. Gómez, M. Leiva Benegas, \Sistema de Telecomunicaciones por Redes de

Energía Eléctrica", Publicación ejemplar COPITEC.

“Manual del electricista", Viakon Oficial Website, Conductores Monterrey,

URL: http:// www.viakon.com

Wayne Tomasi, \Sistemas de Comunicaciones Electrónicas", 2da edición, 1996.

http://html.rincondelvago.com/plc_1.html

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