西门子模块6ES7350-2AH01-0AE0技术参数
从PLC控制系统与电器控制系统比较可知，PLC的用户程序（软件）代替了继电器控制电路（硬件）。对于使用者来说，可以将PLC等效成是许许多多各种各样的“软继电器”和“软接线”的集合，而用户程序就是用“软接线”将“软继电器”及其“触点”按一定要求连接起来的“控制电路”。
为了更好的理解这种等效关系，下面通过一个例子来说明。如图1所示为三相异步电动机单向起动运行的电器控制系统。其中，由输入设备SB1、SB2、FR的触点构成系统的输入部分，由输出设备KM构成系统的输出部分。
图1 三相异步电动机单向运行电器控制系统
a）主电路 b）控制电路
如果用PLC来控制这台三相异步电动机，组成一个PLC控制系统，根据上述分析可知，系统主电路不变，只要将输入设备SB1、SB2、FR的触点与PLC的输入端连接，输出设备KM线圈与PLC的输出端连接，就构成PLC控制系统的输入、输出硬件线路。而控制部分的功能则由PLC的用户程序来实现，其等效电路如图2所示。
图2 PLC的等效电路
图中，输入设备SB1、SB2、FR与PLC内部的“软继电器”X0、X1、X2的“线圈”对应，由输入设备控制相对应的“软继电器”的状态，即通过这些“软继电器”将外部输入设备状态变成PLC内部的状态，这类“软继电器”称为输入继电器；同理，输出设备KM与PLC内部的“软继电器”Y0对应，由“软继电器”Y0状态控制对应的输出设备KM的状态，即通过这些“软继电器”将PLC内部状态输出，以控制外部输出设备，这类“软继电器”称为输出继电器。
PLC用户程序要实现的是：如何用输入继电器X0、X1、X2来控制输出继电器Y0。当控制要求复杂时，程序中还要采用PLC内部的其它类型的“软继电器”，如辅助继电器、定时器、计数器等，以达到控制要求。
要注意的是，PLC等效电路中的继电器并不是实际的物理继电器，它实质上是存储器单元的状态。单元状态为“1”，相当于继电器接通；单元状态为“0”，则相当于继电器断开。我们称这些继电器为“软继电器”
随着Internet技术和市场应用的快速发展，各种宽带接入方式相继出现，利用电力线进行高速数据传输的技术也取得了重大进展。更高速率的宽带电力线设备，例如45 Mbit/s、85 Mbit/s、200Mbit/s等速率的产品相继问世，利用宽带电力线上网已经成为独特的接入方式，电力线通信系统（PLC系统）引起的电磁兼容问题成为PLC推向市场的大障碍。
电力线高速数据通信技术是一个正在发展中的崭新学科。电力线一般用来传输220V/50Hz电能,为了提供从数Mbit／s到数十Mbit／s以上的数据传输，就必须采用数MHz以上的频段。但在当前的技术条件下，这会引发严重的EMI(电磁干扰)。例如，NOR．WEB公司的PLC系统运行后，发现路灯变成了发射天线，干扰了包括英国广播公司4台在内的多家广播电台的无线电信号接收。本文将就PLC系统的电磁兼容特性进行分析,并对于其频谱管理提出一些建议。
宽带PLC电磁兼容问题分析
1.1 电磁兼容分析模型
对于一般的电磁兼容问题分析的基本模型如图1所示。
图1 电磁兼容分析模型
对于宽带PLC系统来说，干扰源要整体考虑，不仅包括PLC设备，要考虑当信号加到电力线上时，由于电力线是一种非屏蔽的线路，有可能作为发射天线对无线通信和广播产生的不利影响。还要考虑多种PLC设备间的相互影响。PLC的耦合途径是非常复杂的，是不同的途径相互作用的结果，总体上分为两种，一种是空间的辐射，对应的被干扰设备是无线通信和广播信号;另一种是沿电力线的传导骚扰，主要造成对电能质量的影响。宽带PLC系统的电磁兼容问题涉及多个PLC系统的共存，以及与无线网络的共存。
1.2 宽带PLC系统电磁干扰产生的机理
电力线主要是用来传输电能的，其特性和结构也是按照输送电能的损失小并保证安全可靠地传输低频(50Hz)电流来设计的，不具备电信网的对称性(构成回路的两根绝缘芯线对地是对称的)、均匀性(在线路的全部长度上传输导线横截面形状及大小、使用材料、导体间的间隔和导体周围的介质都保持均匀不变)，基本上不具备通信网所必须具备的通信线路电气特性。而宽带PLC系统所产生的电磁干扰问题正是由于电力线的这种对地不对称性产生的。
宽带PLC系统产生两种电磁场，传导波和辐射波。它们都是由共模电流引起的。
电磁干扰源的一般模型如图2所示。
图2 电磁干扰的一般模型
根据这个模型，一般认为EMI是由两种电流注入网络引起的，一种是共模电流（Ic），一种是差模电流（Id）。差模电流信号流入的上行方向（设备到网络）产生了一个磁场，而另一个差模电流以同样的强度和领域与个在的方向上（网络到设备）上产生第二个电磁场。由于两个电磁场对称且方向彼此产生的电磁干扰相互抵消。与差模方式共模电流在同一个方向上，产生的电磁场是不对称的，总的电磁辐射是两个电磁场的叠加。PLC网络的干扰主要是由共模电流引起的。
PLC对无线通信的影响
理论证明，在原有的几百kHz频带内是无法实现Mbit／s级的高数据传输速率的，高速PLC技术所采用频带远远超过了低速PLC所规定的频带范围。
目前高速PLC技术所采用的频带也没有统一标准。国际上的实际应用一般集中在1 MHz～30MHz。从高速PLC技术的应用模式来看，国际上主要分为两种不同的应用，欧洲的PLC技术主要应用于Internet接入，欧洲电信标准委员会ETSI(theEuropean bbbe—communications Standards Institute)在其技术规范“TS101867”中将1.6 MHz～9.4 MHz规定为接入应用频带，将11 MHz～30MHz规定为室内应用频带。另一种应用方式主要集中在北美，北美的高速PLC技术主要应用在室内联网。
与低速PLC所占的专用频带不同，高速PLC所采用的l MHz～30MHz频带已被分配给其他无线电应用了，如固定业务、移动业务(水上移动、陆地移动、航空移动)、无线电定位、无线电导航、标准频率和时间信号、短波无线电广播、业余无线电业务、卫星业余业务、射电天文和气象辅助等业务。
对PLC而言，要考虑是否存在尚没有分配给其他应用的频带：在德国，l MHz～30 MHz频带范围内没有分配的频带大约有7.5MHz，但频带不连续，对信号的调制技术就会有选择性。OFDM采用多载波技术，OFDM可以适应这种频带不连续的情况。对于已经分配的频带，如果PLC系统需要使用，就必须考虑在这些频带范围内的电磁辐射问题，这是因为PLC系统的载波信号能量可能辐射到周围空间，对该频带内的无线电业务造成影响。由于这种干扰来自PLC系统的有用信号，PLC干扰源的性质可以定位为有意干扰源。在这种情况下，只能考虑在这个频带内对PLC系统的电磁骚扰进行限制，以保护在这个频带内的无线电业务。就电力分布线和发送线产生的磁场而言，会随着时间变化而改变，与电流大小成正比。PLC在应用频带内的电磁辐射对无线电业务的潜在影响也是目前对PLC应用的主要争议。
测试结果
为了评估PLC室内局域网系统以及PLC接入系统的电磁辐射水平，许多组织及研究机构对PLC的辐射场进行了大量测试[3,4,]。
ET．SI PLT工作组的研究小组进行了如下测试：在传导干扰基本满足CISPR 22B类设备规定的大限值的情况下，测试不同频率、不同距离时电力线的辐射场强，研究是否存在干扰合法短波无线电用户使用的可能性。测试结果如下:
(1) 辐射场的场强随距离的增加而快速衰减。测试结果表明，衰减的幅度为距离每增加10倍衰减为31 dB～36dB。
(2)在城市内，满足CISPR22的PLC系统产生的辐射场强低于典型的大气和宇宙噪声，不会对其他无线业务产生干扰。但在人烟稀少的农村，在12m～14 m的范围内有可能对无线电接收机产生影响。
(3) 12 m～14m之外，在任何地区，满足CISPR22的PLC系统产生的辐射电平低于典型的大气和宇宙噪声，不会干扰无线电接收机的工作。
也有许多专家对大量PLC系统使用时的电磁辐射累积效应进行了研究和测试，其目的在于分析大量PLC系统使用时对无线GSM网络，特别是具有高接收灵敏度的GSM中心站的影响。在所测试区域，有一个GSM中心管理站，1433个基站(每个基站的容量为200个用户)，终端用户容量为28600个。在该网络覆盖区域内共安装了19个PLC网络。测试结果表明多用户使用时，如每个PLC终端注入到低压配电网的信号功率谱密度达10 mW／Hz(远高于PLC系统实际注入的功率谱密度)，在离PLC 网络1500m处，是在没有建筑物阻挡的开阔地带，多个PLC系统产生的电磁辐射值也低于大气及宇宙噪声，对环境噪声的增值远小于0.1dB。
对宽带电力线等非无线电设备管理的一些建议
通过对宽带电力线对无线广播通信频率干扰的分析，我们对宽带电力线干扰的机理和防治方法有了较深入的了解。
如何加强对辐射无线电波的非无线电发射设备的管理，特别是像宽带电力线通信这类辐射无线电波的非无线电发射设备的管理，是无线电管理部门需要考虑的问题。
在信息化社会里，无线电频谱作为一种重要的资源，它的作用日益重要。无线电业务已经普及到社会生活的方方面面，各行各业对无线频谱的依赖性越来越强。随着技术的不断发展，各类电子设备等非无线电通信设备广泛应用于社会生活当中，其产生的电磁辐射是无线电通信业务的潜在干扰源。由于这类干扰日益增多，对管理提出了新的挑战。目前对这类干扰查处的主要依据是《中华人民共和国无线电管理条例》第六章和第八章对非无线电设备的无线电波辐射的规定，但力度不够。
对于这些问题，建议在制度方面出台一些具体的规章制度，以便处理问题时有章可循，有法可依。在技术方面应逐步加强对该类设备检测监测技术的研究，在管理方面须加强与不同部门的沟通和协调，实现对这类产品生产、销售使用的有效监管。
结束语
宽带电力线通信的载波频段与其他无线电通信业务共用，电力线是一种非屏蔽的通信线路，宽带电力线通信在实际工作中不可避免地存在电磁干扰的问题。
随着通信技术的发展、新的调制方式和组网技术的出现，电磁干扰问题将会不断得到改善。基于这种情况，无线电管理者应该坚持科学??干扰，要为新技术的发展留出空间，使新旧技术在同一片天空下和谐发展。
随着IPTV，三重播放，VoIP等各种新型的电信业务的兴起，人们发现这些以IP为承载协议的业务已经迅速遍及电信业务的各个领域，业务网络的IP化和承载网络的分组化转型已经成为一个不可逆转的潮流。在这种趋势下，运营商的整个网络架构也在发生着转变，业务的融合期待着光层作为基础承载层的融合，使其成为更加适宜于承载IP/MPLS以及电信级以太网业务的分组传送网。这些新型的电信业务与传统的电信业务相比，具有更高的动态特性和不可预测性，需要传输承载网提供更高的灵活性。超长距密集波分系统的成熟，使得网络业务的真正瓶颈从带宽建设转移到带宽管理上，在核心的网络节点上，往往需要处理数十个甚至在某些节点上需要处理上百个波长，而超长距的传输能力，使得更多的节点需要具备更多的上下波长能力。作为基础承载网络，在更为激烈的市场竞争环境下，需要更快的业务提供以及各种层面的网络保护和恢复能力。作为传统物理层的光层组网，也要适应新一代承载网络的分组化、业务化、带宽大颗粒化、动态化的组网需求。
正在兴起的可重构光网络
密集波分复用系统是当前常见的光层组网技术，通过复用/解复用器可以实现数十波甚至上百波的传送能力，当前的波分复用系统，其本质上还是一个点到点的线路系统，大多数的光层组网只能通过终端站（TM）实现的光线路系统来构建。稍后出现的光分插复用器，逐渐迈出了从点到点组网向环网的演进。由于OADM有限的功能，通常只能上下固定数目和波长的光通道，并没有真正实现灵活的光层组网。从某种意义上说，早期的波分复用系统并没有实现真正意义上的光层组网，难以满足业务网络IP化和分组化的要求，例如网络的业务调度能力，可靠性，可维护性，可扩展性，可管理性等。这种境况直到ROADM的出现才得以改善。为了满足IP网络的需求，基础承载网的建设逐渐采用一种以可重构光分插复用设备（ROADM）为代表的光层重构技术，为基础承载网的建设提供了全新的思路。
ROADM是一种类似于SDHADM光层的网元，它可以在一个节点上完成光通道的上下路（Add/Drop），以及穿通光通道之间的波长级别的交叉调度。它可以通过软件，远程控制网元中的ROADM子系统实现上下路波长的配置和调整。目前，ROADM子系统常见的有三种技术：
路 波长阻断器： wavelength-blocker（WB）
路 平面光波电路：Planar lightwave circuits(PLCs)
路 波长选择开关：Wavelength-selective switch (WSS)ROADMs
波长阻断器常见的是采用液晶或MEMS技术，通过阻断下路波长通过实现功能，它可以支持较多的光通道数和较小的通道间隔，具有较低的色散，并可以实现多个器件的级联，易于实现光谱均衡，但波长阻断器需要额外的上下路模块来构建系统，上下路配合可调滤波器和可调激光器，也可以实现Colorless。从本质上讲，WB是一个二维器件，通常在构建系统中由多个分立器件构成，体积较大，但可以支持64波@100GHz和128波@50G，并且技术成熟，成本较低，广泛引用于LH和ULH系统中。
平面光波电路ROADM也是近年来广泛采用的ROADM子系统之一。它是一种基于硅工艺的集成电路，可以集成多种器件，例如,光栅，分路器以及光开关等。它通过集成的阵列光波导（AWG）实现波长复用和解复用，集成的光开关实现波长直通，或阻断并加入（block-and-add)，可变光衰耗器（VOA）实现每通道的光功率动态均衡。PLCROADM上下路的通道是彩色光，这意味着只有预定义的彩色波长可以在每个端口上下，也可以配合可调滤波器和可调激光器使用。由于PLC的集成特性，使其成为低成本的ROADM解决方案之一。广泛应用于城域和区域的WDM系统中。
波长选择交换器（WSS）是近年来发展迅速的ROADM子系统技术。WSS基于MEMS的光学平台，可以支持1x9 100GHz或 5 x 1 50GHz 器件，具有频带宽，色散低，并且支持10 /40Gbit/s光信号的特点和内在的基于端口的波长定义（Colorless）特性。采用自由空间光交换技术，上下路波数少，但可以支持更高的维度(e.g.Degree 8)，集成的部件较多，控制复杂。基于WSS的ROADM逐渐成为4度以上ROADM的技术。
三种ROADM子系统技术，各具特点，采用何种技术，主要视应用而定。HeavyReading对北美运营商的统计，超过70%的需求仍然为2-Degree的应用，而只有大约10%的ROADM节点，将会采用4-Degree或以上的节点。基于WB/PLC的ROADM，可以充分利用现有的成熟技术，对网络的影响小，易于实现从FOADM到2维ROADM的升级，具有极高的成本效益。而基于WSS的ROADM，可以在所有方向提供波长粒度的信道，远程可重配置所有直通端口和上下端口，适宜于实现多方向的环间互联和构建Mesh网络。三种技术各有所长，在不同的网络应用中都有相应的地位。
可重构光网络需要高效的监控和管理
可重构光网络的需要更高的网络监控和管理能力，需要能够对每条光通道进行独立的监控和故障定位。阿尔卡特-朗讯公司采用了一种新型的光通路检查技术（OpticalPathChecking）：一旦某个业务进入网络，将会被加上一个光层标记，从而可以实现对全网的任意一点的任意一个光通道进行实时监控。在网络中需要监控的地方，可以使用一个低成本的解码器来监控标记信息，来获取光功率等信息，而无需昂贵的光测试仪表和培训的工程人员。这些监控信息可以通过网管系统远程读取，并以可视化的图表方式显示在网管上，便于维护人员远程操作和全网范围的故障定位。
网管系统为网络和设计工具之间搭起了一座桥梁。设计工具被用来为每个网络定义工程实施时所需的配置光参数，在设计阶段就保证任意到任意点的业务能力，并且在网络开通和配置时，可以直接使用设计参数，自动下载至每个相关网元，减少了开通时的工作量和出错可能，大大节约了运维成本。而光通路检查技术以及网管系统和设计工具之间的内在联系，使得系统的扩容设计和验证就变得非常简单。
向睿智光网络演进
通过引入上述先进的技术，增进了光网络节点的灵活性，并且使其具备演进至新型的睿智光网络节点：
可调ROADM，通过波长上下路端口的可调能力，提升ROADM的灵活性，可以使得任意波长可以和任意客户端口通过简单的命令就可以互连，而上下路的端口就可以变成“无色”，并避免了可能的连接错误和冗长的时间检查。波长下上路的端口数只需要按照正真需要下路的波长数配置，而不是像早期的ROADM需要按照可能的下路波长数来进行预先配置。
N-Port睿智光节点，更多的光方向数使得可以构建网格状的光网络，突破了波分系统只能组建点到点和环网拓扑。这种N-port的光节点就像一台透明的光波路由器简化网络配置，或者是一台光层的交叉连接设备实现波长级别的保护和恢复。
ROADM的强大的节点波长调度能力和这种远程重构能力开启了高度自动化的睿智光网络建设的可能性。随着GMPLS/ASON控制平面的引入，采用ROADM技术的光层组网将体现出更多的智能光网络特性，例如，网络的自动发现能力，网络资源的自动管理能力，业务的自动配置，以及基于网格状组网的波长级的光通路保护和恢复能力。
基于ROADM的可重构光网络减少了运营商网络的运维成本，并提供了更加智能化的带宽提供能力。随着三重播放和电信级以太网业务的普及，可重构光网络必将成为运营商下一代传送网络的核心平台。