网络数据安全

safetyforelectronicsystems网络数据安全PLC应用去耦滤波器在什么场合、为什么和如何正确地在PLC应用中使用去耦滤波器？这些是现在正在讨论的问题，在不久的将来将变得更加重要。在本文中，你将找到这些问题，以及与PLC系统和去耦滤波器有关的其他问题的答案。PLC的含义是什么？电力线通信（PLC）是通过现有的低压网络传输信号和数据的技术。信号通过高频载波，与主电源一起提供。应用范围包括通过厂内网络和互联网访问进行内部通信和简单控制。使用去耦滤波器的原因和所有数据网络一样，PLC应用具有一个无故障运行的、可靠的系统是至关重要的。另外，数据安全也起到非常重要的作用，这样，敏感信息不会通过网络误传到他人手里。这些规范可以通过去耦滤波器来实现。因为所涉及的传输媒介是公用的“电源电缆”，即被许多用户使用的媒介，所以必须处理各种干扰。正是这些干扰使得前言中所述的用户需要不能得到满足。举例来说，假设下述条件：有40个人在一个房间内同时对话，一个乐队正在演奏进行曲。在此背景噪声水平下，不可避免地会有一些人不能正确了解对方的意思。现在，如果在每一对人周围建立一个小型隔音系统，那么就不会发生上述问题。对于PLC应用，去耦滤波器起到了隔音系统的作用。例如对话房间是一间公寓，PLC接口代表正在对话的人。下文将要说明使用去耦滤波器的原因：SchaffnerEMVAGTechnicalArticle–PowerLineCommunication2/11-防止干扰和外部信号（来自外部）-数据安全和操作保护-环境（邻居）免受“电子烟雾”影响-优化终端阻抗、最大的范围-完美的三相耦合另外，使用滤波器会产生附加成本，因此，有些PLC系统制造商确保它们的系统即使是在不使用滤波器的情况下仍然具有良好的功能。一般来说，所用模块的敏感度非常高，通过信号处理器和复杂的加密，抗噪声干扰性非常高，避免了错误的开关操作。另外，由于各个家居之间的电源电缆存在自然衰减，干扰信号的电平也大大降低。粗略看来，这些陈述在原理上是正确的，但是人们经常会忽略PLC系统的密度所起的作用。在某个公寓楼中的每一间公寓，或者一个街区的每一个家庭都配备了PLC系统，背景噪声的高电平将再次出现，前文所述的问题又变得尖锐。此高噪声具有下述影响：-大大减小数据吞吐率-外部系统拥堵-范围缩短-损失个别控制命令-单个系统发生错误的开关这些问题不像电缆衰减一样是静态的，而是随机性的，并且因为PLC技术将不断发现越来越多的用户，所以很容易迅速增长。一方面，环境噪声的原因在于PLC系统自身，然而，在欧洲，PLC系统需要符合规定的极限值，所以这个问题得到了补偿。欧洲标准EN50065确定了PLC工作频率范围和允许的信号电平。对于其他干扰，问题变得更加紧要，特别是在许多设备中使用的开关式电源，例如卤素灯、电池充电器、电视、节能灯、荧光灯或变频器等。这些干扰源没有针对PLC频率范围进行标准化，因此可能会随时产生在PLC应用的系统测试中不存在的高幅值。上述所有问题都可以通过PLC去耦滤波器的预防性使用来解决。SchaffnerEMVAGTechnicalArticle–PowerLineCommunication3/11PLC系统HF(宽频)LF(窄频)访问美国室内欧洲1.6-10MHz12-30MHz0-500kHz(100kHz堵塞，导航系统)3-95kHz95-148.5kHz访问室内去耦滤波器的特点在典型PLC应用中，渗透到房屋或公寓接线中的外部和干扰信号衰减100倍（40分贝）。自己的信号刚刚超过系统极限值（家庭接线），确保了数据安全性。各相之间获得了非常好的耦合效果。网络或其他设备的有用信号加载和衰减得到了避免。系统被第三方破坏的可能性降低。根据应用和频率范围进行PLC系统分类PLC系统的概念和应用已经具有若干不同的形式，如图1所示。图1：根据频率进行PLC系统分类访问＝变电站和家庭接线之间的区域室内＝房屋内部区域NF＝低频范围，3kHz–148.5kHzHF＝高频范围，1.6MHz–30MHz欧洲已经实施了相关标准（CENELECEN50065），该标准清楚确定了LF范围，具有对应允许信号电平的频率。对应的HF范围标准正在制订；已经提出了草案。尽管如此，市场上已经出现了在此HF范围内工作的“室内”设备。SchaffnerEMVAGTechnicalArticle–PowerLineCommunication4/11HF和LF范围的应用实例HF宽频，200–10’000千字节/秒的波特率：-互联网-计算机网络-系统控制-数字电视、收音机、电话-现金和无现金交易系统-安全系统（可以实现视频）LF宽频，波特率不超过28千字节/秒（Polytrax155千字节/秒）：-家居自动化（照明、空调、车库门、安全系统等）-自动读表（AMR）-智能家居服务＝电力供应商提供的服务-系统控制器-家居设备和家用电器的远程诊断-内部通信SchaffnerEMVAGTechnicalArticle–PowerLineCommunication5/11滤波器类型LFPLC输入滤波器阻抗滤波器分段滤波器HF和LF应用的特殊滤波器要求HF–PLC：如果在频率方面，“访问”和“室内”范围进行了隔离，那么需要使用滤波器来向外衰减“室内”范围20–40分贝。“访问”频率的信号必须不加衰减地通过。因为对称和非对称情况采用高频，所以这可以实现。如果“访问”和“室内”通信允许在1–30MHz的范围内自由进行，那么滤波器必须对称地和非对称地衰减整个范围40分贝。从外部至各个插座的通信需要使用专用的家居接线设备。一般来说，这些HF滤波器具有较小的机械尺寸，因为只需要较小的电感值。因此，清楚的接地概念（HF接地）是很重要的。然而，在本报告中，我们不详细地讨论HF滤波器。LF–PLC：一般来说，LF范围分成3种不同的PLC滤波器类型：图2：LF-PLC滤波器类型欧洲和美国应用必须分开考虑。在欧洲，只允许相线和中性线之间进行信号耦合。根据EN50065（CENELEC），对应的PLC频率范围也清楚地进行了定义。另外，根据欧洲安全标准，中性线中不允许使用扼流圈，而在美国却常常使用。在美国，在某种程度上，相线和地线之间也有耦合。另外，也使用不超过500kHz的其他频率。中性线广泛使用200A“穿心式”滤波器（扼流圈），但是中性线和地线必须在滤波器之后进行隔离铺设。由于欧洲和北美系统存在这些差异，所以需要使用进行了适当规定的滤波器。SchaffnerEMVAGTechnicalArticle–PowerLineCommunication6/11图3：典型的带去耦滤波器、多家居PLC网络Meter家居接线400VAC/50Hz121=采用相位耦合的PLC输入滤波器公寓Nr.1公寓Nr.2332=采用相位耦合的PLC分段滤波器3=PLC阻抗滤波器与PLC网络去耦的插座。这里可以插入一个具有较大防干扰电容器的干扰源或设备。=LFPLC滤波器的结构和性能LF范围内PLC滤波器的要求非常苛刻。滤波器中的串联扼流圈一直承受整个建筑物的电流，因此，必须能够承受对应于额定电流1.5倍的过电流1个小时。短期来说，还必须承受非常高的短路电流。在极端条件下，例如三相存在非对称电流分布，扼流圈不得表现出任何饱和症状。可能存在的过电压需要使用适当规格或保护的电容器。另外，滤波器的损耗还必须很小；要求压降不超过1V。另外，只允许从滤波器到外界（带电区域）的较小的杂散场。因为可靠性对于PLC系统是非常重要的，所以必须具有较高的MTBF值。典型的多居所PLC网络实例SchaffnerEMVAGTechnicalArticle–PowerLineCommunication7/11ACCESS/networkLNINHOUSE/building输入滤波器（1）和分段滤波器（2）输入滤波器和分段滤波器直接安装在房屋或公寓接线处。访问/网络室内/建筑物图4：输入/分段滤波器，示意图在PLC有用信号频率区域，阻抗大约为10欧姆，噪声衰减为40–50分贝。对称滤波器结构具有最佳的特点和最通用的应用选项。“访问”和“室内”PLC系统连接有大电阻。电容器不受大脉冲和噪声电流的影响，滤波器也能够容纳不同的网络和家居阻抗。然而，中性线必须通过滤波器。扼流圈和电容器的规格可以根据衰减改善来确定，从而对应的谐振发生在期望的频率。此基本电路适用于HF和LFPLC。然而对于HFPLC，需要特别对接线、安装类型和接地提出要求。必须注意去除这些滤波元件中的任何一个都等于是在功能（技术）和成本之间妥协，这总是会带来害处。阻抗滤波器（3）此滤波器通过将PC、电视或洗衣机等主要电器进行去耦来保护内部PLC网络。在信号频率范围内，衰减可以通过一个小阻抗来避免，例如干扰抑制电容器。另外，干扰信号也受到抑制。有两种类型的阻抗滤波器，根据具体任务来选择使用：-低阻抗，例如负载中有大电容干扰抑制电容器-低阻抗，高噪声（如上文所述，另外在大干扰电平情况下）。SchaffnerEMVAGTechnicalArticle–PowerLineCommunication8/11NetworkwithPLCLN电器NetworkwithPLCLN电器可选低阻抗（Z）PLC网络电器图5：低阻抗滤波器，示意图在PLC有用信号频率区域内，阻抗大约为10欧姆，根据阻抗不同，干扰降低5–20分贝。电阻决定带宽和防止谐振过电压。低阻抗（Z），高噪声图6：低阻抗，高噪声滤波器，示意图在PLC有用信号频率区域，阻抗大约为10欧姆，根据阻抗不同，干扰降低20–50分贝。可以选用第二个扼流圈来提高性能。防止过电流和过电压的特殊措施过电流：为了避免过电流造成崩溃，PLC滤波器必须满足下述要求。输入和分段滤波器：-175％额定电流1小时，每天1次（安全特性）-500％额定电流6秒-700％额定电流0.2秒阻抗滤波器：-125％额定电流1小时，每天1次SchaffnerEMVAGTechnicalArticle–PowerLineCommunication9/11过电压根据安装位置（雷击危险）或消防和可靠性要求的不同，在进行家居接线的其他所有安装项目之前，必须确定并预先连接必要的过电压保护装置。这是为了保护家居中包含电子元件的所有电器（电视、收音机、计算机、PLC系统和滤波器等），以及防止过大的损坏或系统故障。对于去耦滤波器，分为以下类别标准滤波器：凭借所用的元器件（CX2；Upuls≤2.5kV），滤波器可以承受相线和中性线之间高达2.5kV的脉冲电压。如果需要更大的数值，那么推荐家居接线采用粗糙或中等的防雷保护。要求较为苛刻时所用的滤波器凭借所用的元器件（CX1；Upuls≤4kV），滤波器可以承受相线和中性线之间高达4kV的脉冲电压。如果需要更大的数值，那么推荐家居输入采用粗糙的防雷保护。要求最为苛刻时所用的滤波器能够承受4kV以上的脉冲电压而没有对应预接线防雷保护装置的滤波器是很昂贵的。耐脉冲电压为两倍的电容器具有4倍大的体积，并且要昂贵的多。另外一种解决方案是滤波器集成防雷保护装置。SchaffnerEMVAGTechnicalArticle–PowerLineCommunication10/11对于PLC系统，家用输入滤波器就像是计算机网络的防火墙。总结随着PLC系统的不断推广，关于网络可靠性和数据安全性的问题也变得越来越重要。使用去耦滤波器将大大提高PLC系统的可靠性，并且实际上，根据环境不同，系统第一次可以运行。滤波器选择必须与现有的设备相匹配，并且滤波器根据PLC频率进行电气设计。使用滤波器可以显著降低PLC系统的“电子烟雾”，进一步提高了系统的可靠性。必须考虑到HFPLC和LFPLC系统的组合可能性，并且必须采用对应的去耦滤波器；即使是在美国，符合CENELEC规范的滤波器也比常用的中性线扼流圈更加适合。基本上，根据造成损坏者必须负担成本的原则，每个PLC系统供应商和每个PLC系统运营商都应该为PLC最终用户采取适当的措施，从而创建