电力线通信应用技术 PLBUS让终端设备连接更可靠更省钱

导读：在IoT设备连接领域，PLC（Power Line Communication）正在快速进入设备互联应用，不仅是它穿墙跃壁的可靠性优势，更有不用通信带宽的省钱优势。当下，工程师要解决哪些设备不能被WiFi、蓝牙、433等传统短距离无线手段不能可靠连接的问题，比如工业屏蔽厂房、强干扰环境下、地下室、厨房、阳台、卫生间处的设备。PLC在短距离通信占有一席之地，NB-IoT在2G、3G时代被广泛采用，随着4G、5G时代到来，基站数量少且使用成本上升；Zigbee点对点等通信方式优势完全被PLC技术覆盖。基于PLC的PLBUS通信市场开始抢占利基市场，让终端设备连接更便捷、更省钱。

近几年，PLC通信标准和生态联盟建设发展迅猛。PLBUS是一个PLC通讯标准系列，有了新的突破，得到中国电力科学、国网信通等对电力线通信国标的有效推进。另外，华为与IEEEPLC-物联网(IC)集团、中国国家电网公司(SGCC)以及全球其他合作伙伴密切合作，不仅联合制定发布了新的IEEE1901.1标准，并协同上下游生态伙伴成立“华为PLC-IoT生态联盟”。

随着物联网（IoT）概念崛起及连接设备的迅速发展，IoT系统通信市场出现了巨大的增长，数百亿设备之间通信的物理技术现在正在逐渐成为现实。从室内安装智能仪表以跟踪能源使用情况，至室外部署硬件以控制道路照明状况等一系列应用中，连接技术是IoT成功部署的关键。我们从市场、技术、元器件支撑和应用场景四个角度来分析PLBUS的发展进程。

由于技术革新，PLBUS市场将大幅扩张

在IoT设备连接领域，PLC提供商面临着来自其他提供各种通信设备的玩家竞争。PLC在短距离通信占有一席之地，NB-IoT在2G、3G时代被广泛采用，随着4G、5G时代到来，基站数量少且使用成本上升；Zigbee点对点等通信方式优势完全被PLC技术覆盖。基于PLC的PLBUS通信市场开始抢占利基市场，让终端设备连接更便捷、更省钱。

PLBUS通信市场目前正出现强劲增长。由于该技术允许通过在现有电力线上浮动调制载波信号来发送和接收数据。它的主要好处是能够使用现有的基础设施，而不是安装新线路，从而节省空间、重量、时间和成本，并提供解决问题的灵活性。因此近年来发展迅速。

市场预计到2025年，全球电力线通信市场的CAGR将达到15.0%。终端用户行业对电力线载波通信的需求迅速增长，可支配收入不断增加，技术进步迅猛，产品意识增强，市场结构稳定，为全球电力线载波通信市场增加了可观的收入。

电力线通信总线技术（PLBUS）由于设备通信技术的进步、部署成本低、使用方便、效益大，对智能电网和智能计量系统的需求增加等因素而不断增长。能源管理和智能电网应用的电力线通信市场预计在预测期间将出现显著增长。电力线技术在车辆通信和电动汽车充电应用中日益渗透，将驱动PLBUS市场大幅扩张。

PLBUS的关键技术及其标准演进

基于PLC的PLBUS作为IoT领域的一新兴技术，较之于WiFi、蓝牙等，它不会因为墙壁和障碍物的阻隔而造成信号丢失的问题，而且加之PLBUS“网随电通”的突出优势，因此它将为末端IoT连接设备提供更有效的低成本、高覆盖通信方案。

国内知名物联网通信连接芯片企业，力合微参与制定了中国《电力线通信物理层》国家标准GB/T31983.31-2017和智慧城市路灯关于《信息技术系统间远程通信和信息交换应用于城市路灯接入的低压电力线通信规范》国家标准相关的起草工作，并推出了基于PLBUS电力线总线技术的芯片、模组、整机产品和整体解决方案。

PLBUS技术特点：无需额外布线/不受阻挡

PLBUS电力线总线技术是通过电力线实现数据通信、设备连接、数据传输和控制，适合智能家电、数据设备、智能电表、智能插座、照明灯具等终端通过电线实现物联网接入，无需额外布线，信号传输穿墙越壁，不受阻挡和金属屏蔽，在很多物联网应用场景中是一种有效的设备接入和通信手段。

PLBUS电力线总线技术还具有以下主要特点：

1、基于设备电源线传输数据。

力合微PLBUS是一套基于设备电源线进行数据传输的技术和规范，即电力线通信（PLC）。该规范包括物理层、数据链路层、应用支持层及应用层。可广泛用于物联网智能设备数据通信。其次，PLBUS是基于中国低压电力线通信物理层国标GB/T31983.31.2017，采用先进的过零传输正交多载波技术（Z-OFDM），性能和应用规范国际领先。开放的标准和协议栈，成熟的芯片，在统一的规范下打造互联互通智能生态。

2、支持点对点/多点对点/点对多点/多点MESH数据通信。

力合微PLBUS在电力线总线上建立起由设备节点组成的域，包含一个主节点（一般是网关或集中控制终端），以及多个设备从节点。节点之间可以相互传输数据；PLBUS支持主节点对1个或多个从节点通信，多点对主节点通信，以及从节点之间Mesh通信。

3、芯片/小型模块集成在模块中，使设备具有电力线数据通信和控制功能。

具体表现如下：1）高性能SoC芯片或小型模块，继承了完整的PLBUS协议栈；2）提供多种串行数据接口，用于数据收发；3）丰富的GPIO接口，用于控制，包括PWM照明调光输出；4）用户可以使用芯片内置MCU进行应用层。

4、芯片高度集成了完整的PLBUS底层协议栈。

PLBUS技术市场落地场景成功案例

从目前来看，电网自动化控制、先进计量、电动汽车充电、太阳能电池板监控、照明控制、室内联网是电力线通信技术在工业垂直领域的主要应用。同时，在电力线通信市场经营的各种公司都在提供满足工业客户需求的产品和解决方案。

力合微作为一家物联网通信连接芯片的公司率先推出基于PLC的PLBUS物联网芯片产品系列。包括：窄带OFDM芯片LME2980可应用于智能电网、智能家居、路灯控制、电源监控等应用。窄带双模单芯片LME2981无线支持425-525MHz频段；高速/宽带载波芯片LME3460相比于窄带载波通信速率更快，相比HOMEplug通信距离更远，并支持电力物联网高速应用；电力线功放芯片LD801可应用于窄带载波\高速载波\12MHz以下宽带载波通信。

图：PLBUS物联网芯片系列

据力合微副总高峰与我爱方案网主编交谈中，他表示，该公司基于电力线总线通信的芯片、模组及终端产品方案在智能电网、轨道交通、智能照明及智能家居（家电）等四大应用产品领域发力，智能家居/家电电力线通信模组出货情况良好，与万和、美的及aosmith等家电大企业品牌都有深度合作，智能电网应用市场的PLBUS产品备受市场青睐。2020年下半年力合微出货量和销售业绩均呈上升趋势。

目前电力线通信市场存在广泛需求客户，应用产品快速落地各个场景。如，万家乐采用力合微PLBUS芯片技术推出热水器产品的核心智能控制系统，如AI智能恒温零冷水TX7，创新“载波无界智控”技术，即插即用随处可用，传递数据更稳定高效，调温不再来回跑。

图：AI智能恒温零冷水TX7

除了PLBUS系列芯片，力合微还推出了基于该芯片系列的PLBUS模块，包括PLBUS.h主节点模块、PLBUS.h从节点模块、PLBUS双模通信模块、语音通信模块、PLBUS.nb电力线通信模块、PLBUS 5G基站电力线通信模块、语音+PLC集成模块，它们广泛应用于智能照明、智能家居/家电、电动汽车、能源管理、智慧安防等应用场景。

图：PLBUS模组系列

市场成功案例有aosmith零冷水型冷凝采暖热水两用炉LL1GBQ33-S11双向通讯型温控器采用窄带PLBUS模块，自动调节采暖水温。工作时，温控面板（接电线）与壁挂炉（导入窄带模块）,进行点对点通信，客户痛点是如果采用wifi通信的话，会有严重干扰。

SHC室温自适应技术联动冷凝炉、节能伴侣、室外温度检测精准平衡全屋室内外温度，体感舒适，节省能耗。由于PLC通信的主从收发器特点，全屋PLC互联能采用一主多从的网络构架，能大大节省成本，快速提升应用范围。

图：aosmith热水器及双向通讯型温控器

在其他领域，PLBUS技术也越来越受到广泛应用。它正日益渗透到照明控制应用中。无论是室内还是室外照明控制。在户外照明中，如路灯照明越来越多地使用这一技术。市政当局和企业正在转向自动化照明网络，以降低能源使用。PLBUS电力线总线通信被认为是实现这一目的的理想技术之一。

与此同时，PLBUS正用于光伏板发电量的监测。通过对电网的精细化管理，在基于云平台的数字化运营平台，使用PLBUS通信技术实时智能监测光伏板的发电量，因为光伏板的发电量对于运营商而言，他要知道并网指标是否足够，不好的电网他会随之关掉，不能并网就产生不了效益，这是最重要的疼点。

另外，PLBUS电力线通信技术的应用不仅具有成本效益，而且覆盖范围广。考虑到电力线的广泛可用性，几乎所有通过这些电力线接收电力的设备都可以利用PLBUS技术进行控制和监测。PLBUS技术利用现有的配电网络进行通信，这使得它特别适合与位于偏远地区、没有通信基础设施的设备进行通信。

力合微刘鲲博士曾表示，在智能电网应用方面，国家电网、南方电网仍是大需求；非智能电网应用方面，包含智慧城市、智慧路灯、智慧家居、智慧酒店、智能楼宇、能源管理、太阳能发电、电池监控、智能家电等领域，都将加快推进速度，以助力智慧城市的应用落地。

总结：总体而言，智能电网建设的大幅增加是推动市场增长的关键因素之一。智能电网涉及通过PLBUS将可再生能源与电力供应链相结合。更多地利用这些解决方案与偏远地区的设备通信，也促进了市场的增长。随着配电网络的扩展，采用PLBUS技术以适应更广泛的地理区域的情况大大增加。

与此相一致的是，在农村和城市地区，越来越多地将这些解决方案用于照明控制应用正在成为另一个促进增长的因素。PLBUS解决方案广泛用于室内和室外照明，如街道、道路、隧道、停车场、公园和其他商业和工业综合体。电动自行车应用PLC替代CAN总线等更新颖的应用也在出现，它自带电池计量功能，省去CAN总线收发器和通信电缆，提高可靠性降低维修成本。

其他因素，包括对可再生能源设施的投资不断增加，以及政府对部署智能电网的投资不断增加，电力部门的广泛研究与开发(R&D)以及全球的高度城市化，预计将进一步推动市场的发展。展望未来，预计在2020年至2025年期间，该市场的CAGR将达到15%左右。