以101規約為基礎的電力自動化系統通常采用傳統的PCM設備來組網，并利用PCM設備的2/4線EM接口提供低速異步數據通道，RTU裝置的數據需要經過外置的調制解調器調制后才能進入2/4線EM接口，相應的在數據接收端還需要調制解調器來進行解調從而還原出數據。這樣的組網方法存在下面三個方面的問題：

第一，數據需要經過調制解調才能進行傳輸，由于音頻通道帶寬有限，在現有的調制方式下最大僅能提供2.4kb/s的數據傳輸率，并且由于外部干擾的因素數據誤碼率較高。

第二，PCM設備和自動化設備分別由不同的部門管理，并且安裝在各自的機房，通信機房與自動化機房之間需要鋪設大量的音頻線纜，過長的線路不僅帶來不可預見的干擾，也增加了日常的線路維護及故障查詢難度。

第三，調制解調器輸出的多路低速數據需要采用普通的多串口服務器來轉換成IP數據包以供SCADA系統處理，不僅需要大量的調制解調器，而且在調制解調器與多串口服務器之間需要進行大量的端口連接，成本高，且存在端口連接不良的故障隱患。

為了解決上述問題，本文提出一種新的自動化數據組網方案，并為該方案的實施開發了一種新型串口服務器。采用該方案，不僅可以節省PCM、調制解調器、IOLAN等設備，還由于省去了許多中間的轉換環節，能極大的提高通信的可靠性。

一、新組網方案的描述

在實現功能的基礎上，系統越簡單，系統的可靠性也就越高，并且二值化的全數字傳輸方式也較模擬系統更穩定，基于以上兩點原則，本文提出一種新的自動化數據組網方案，框圖如下：

圖中以1個中心站與2個變電站的組網為示例，中心站主站設備與變電站終端設備之間通過SDH網絡的E1電路互連。假定每個變電站需要接入4路低速數據，分別占據各自E1電路的1-4時隙，2路E1信號通過SDH網絡傳輸到中心站，為了能將2路E1信號中已使用的1-4時隙合并到1個E1電路里去，中心站需要配置一臺時隙調度裝置（DDN設備）。經過時隙合并的E1電路從通信機房直接連接到自動化機房的新型串口服務器。上行方向：

新型串口服務器把E1信號中的有效時隙提取出來后打包成標準的IP包送給前置機，IP包中包含有相應的時隙編號。下行方向：新型串口服務器接收前置機發送來的IP包，并按IP包中的時隙編號把IP包中的數據插入到相應的E1時隙中。變電站端需要增加一個低速數據插入E1信號64K時隙的轉換裝置，而且對于已有PCM安裝的變電站則可以利用原有的RS232/RS422插板即可。

以PCM設備為基礎的舊的組網方案如下圖所示：

舊方案中，變電站端RTU信息首先需要經過調制解調器，接入到PCM設備的2/4線EM接口，經過SDH網絡傳輸到中心站的PCM設備后還原為2/4EM接口，通過配線架后從通信機房延伸到自動化機房，并由調制解調器還原成低速數據，若干路的低速數據接入到IOLAN設備，由IOLAN設備轉換成IP包后送給前置機。

通過對新舊兩種方案的示意圖分析可以看出：在完成相同功能的情況下，新方案不僅節省了大量的設備投資（包括PCM設備、調制解調器、IOLAN裝置），還簡化了線路的配線管理，實現了數據的端對端全程數字化，有效提高了數據傳輸的質量及可靠性。

二、新型串口服務器的原理框圖

在新的組網方案中，應用到一種新型串口服務器。有別于以前的IOLAN設備，該服務器能夠直接完成E1信號中各時隙承載的數據與IP包之間的轉換。在上行方向：該設備能將E1時隙中承載的有效數據提取出來并轉換成相應的IP包送給前置機；而在下行方向：該設備能接收前置機發送來的IP包并將IP包中的數據插入到對應時隙的E1電路中去。

下圖是新型串口服務器的原理框圖：

上行方向：E1接口輸入的E1信號首先由HDB3解碼模塊完成HDB3解碼，解碼后的NRZ碼送到E1解幀電路，E1解幀電路按照G.704的幀結構將30個時隙的有效數據解出，每個時隙的有效數據被分別送到各自的IP打包電路轉換成符合IEEE802.3標準的以太網包，并發送給前置機。

下行方向：各IP收包電路接收從前置機傳送過來的符合自已時隙端口的IP包，解包后提取有效數據，并將數據插入到ST總線相應的時隙中，E1成幀電路則將包含各時隙數據的ST總線按照G.704建議轉換成標準的NRZ碼流，并經過HDB3編碼電路形成標準的HDB3信號。

三、E1接口的保護

電力系統應用環境特殊、可靠性要求高，在本文提出的組網方案中，E1接口電纜由于要從通信機房延伸到自動化機房，傳輸距離遠，且暴露在復雜的電磁環境下，容易受到浪涌沖擊甚至雷擊，為確保該接口的安全可靠，必須加強防雷防浪涌保護設計。

設計采用如下電路：

電路中的保護可分為三級：第一級采用三端B3D090L放電管，器件標稱擊穿電壓為90V，最大可承受5kA的過電流沖擊。

第二級采用兩只標稱電壓250V、保護啟動電流為120毫安的自恢復保險絲R。第三級采用導通電壓為6.5V的TVS瞬態電壓抑制器。電路保護動作的順序為：雷電電壓超過6.5V時，TVS管導通，將沖擊泄放到保護地網絡；隨著流過保險絲的電流增加，保險絲發熱會造成阻抗迅速變大，從而抑制了電流對后級芯片接口的沖擊；隨著雷電電壓的進一步升高，一旦達到B3D090L放電管的擊穿電壓90V，此時放電管將完全導通，將雷電能量引入到保護地。

四、結語

針對傳統的自動化數據組網方案存在的問題，本文從簡化設備提高通信可靠性和有效性角度出發，提出一種基于新型串口服務器的組網方案，該方案具有組網靈活、通信質量高、經濟性強等特點，能大幅降低自動化系統組網的成本，且具有很高的可靠性，值得在其他地區推廣應用。