Введение
Компьютерная периферия для сбора телеметрических данных
Удаленный терминальный блок (RTU) – это электронное устройство с микропроцессорным управлением, предназначенное для взаимодействия с объектами реального мира и распределенной системой управления или системой SCADA (системы диспетчерского управления и сбора данных) посредством передачи телеметрических данных в центральную систему и использования сообщений от центральной системы диспетчерского управления для управления подключенными объектами. К другим терминам, используемым для обозначения RTU, относятся устройство удаленной телеметрии и устройство удаленного телеконтроля.
Архитектура
RTU контролирует цифровые и аналоговые параметры в полевых условиях и передает данные на главную станцию SCADA. Он использует программное обеспечение для настройки, чтобы соединять потоки входных данных с потоками выходных данных, определять протоколы связи и устранять проблемы с установкой в полевых условиях. RTU может состоять из одной сложной платы, включающей различные секции, необходимые для выполнения специализированной функции, или из множества плат, включая центральный процессор или процессор с интерфейсами связи, а также один или несколько из следующих модулей: (AI) аналоговый вход, (DI) цифровой (статусный) вход, (DO/CO) цифровой (или релейный) выход или (AO) аналоговый выход. RTU может быть даже небольшим контроллером технологического процесса с небольшой базой данных для ПИД-регулирования, сигнализации, фильтрации, трендов и других функций, дополненных задачами на языке BASIC. Современные RTU обычно поддерживают стандарт программирования IEC 61131-3 для программируемых логических контроллеров. Поскольку RTU часто используются в системах защиты трубопроводов и электросетей, а также в других труднодоступных или экстремальных условиях (например, в проекте Biosphere 2), они должны работать в жестких условиях и реализовывать меры по энергосбережению (например, отключать модули ввода/вывода, когда они не используются). Например, они могут взаимодействовать через RS485 или беспроводные каналы связи в многоточечной конфигурации. В такой конфигурации это удаленное устройство, которое собирает данные и выполняет простые задачи управления. Оно не имеет движущихся частей, потребляет крайне мало энергии и часто питается от солнечных батарей.
Электроснабжение
Будет предусмотрен источник питания для работы от сети переменного тока для различных процессоров, напряжений контроля состояния и других интерфейсных карт. Он может состоять из преобразователей переменного тока в постоянный, особенно при работе от системы станционных аккумуляторов. RTU могут включать аккумулятор и схему зарядного устройства для обеспечения непрерывной работы в случае отключения электропитания переменного тока в критически важных приложениях, где станционные аккумуляторы недоступны.
Цифровые входы (статус)
Большинство RTU оснащены входной секцией или картами входного статуса для сбора информации о дискретном состоянии реальных объектов. Обычно это реализуется с помощью изолированного источника напряжения или тока для определения состояния удаленного контакта (замкнутого или разомкнутого) в месте установки RTU. Состояние этого контакта может отражать состояние различных устройств, таких как электрические выключатели, положение запорной арматуры, сигналы тревоги и механическое положение оборудования. Счетные входы являются опциональными.
Аналоговые входы
RTU может контролировать аналоговые входы различных типов, включая 0–1 мА, токовую петлю 4–20 мА, 0–10 В, ±2,5 В, ±5,0 В и т. д. Многие входы RTU используют буферы для обработки больших объемов данных через преобразователи, которые преобразуют и изолируют реальные физические величины от чувствительных уровней входа RTU. RTU также может принимать аналоговые данные по каналу связи от главного устройства или IED (интеллектуального электронного устройства), передающего ему значения данных. RTU или хост-система преобразует и масштабирует эти исходные данные в соответствующие единицы измерения, такие как объем оставшейся воды, градусы температуры или мегаватты, прежде чем предоставить данные пользователю через человеко-машинный интерфейс.
Цифровые выходы (реле управления)
RTU могут управлять реле большой мощности для включения и выключения питания устройств в поле через цифровую выходную (или "DO") плату. DO-плата подает напряжение на катушку реле, которое замыкает контакты большой мощности, завершая тем самым цепь питания устройства. Выходы RTU также могут обеспечивать управление чувствительным логическим входом электронного ПЛК или другого электронного устройства, использующего чувствительный 5 В вход.
Аналоговые выходы
Хотя аналоговые выходы используются не так часто, они могут присутствовать для управления устройствами, требующими переменных величин, например, самописцами (ленточными диаграммами). Суммированные или обработанные данные могут генерироваться в главной системе SCADA и выводиться для локального или удаленного отображения, где это потребуется.
Программное обеспечение и логическое управление
Современные RTU обычно способны автономно выполнять простые программы, не задействуя хост-компьютеры DCS или SCADA системы, для упрощения развертывания и обеспечения резервирования в целях безопасности. RTU в современной системе управления водоснабжением, как правило, содержит код для изменения своего поведения при переключении физических переключателей на RTU во время технического обслуживания персоналом. Это делается из соображений безопасности: например, из-за недопонимания между операторами системы и обслуживающим персоналом операторы могут ошибочно включить питание водяного насоса во время его замены. Обслуживающий персонал должен отключать от питания и блокировать любое оборудование, с которым он работает, чтобы предотвратить повреждения и/или травмы.
Сообщения
RTU может быть подключен к нескольким главным станциям и IED (интеллектуальным электронным устройствам) с использованием различных протоколов связи (обычно последовательных (RS 232, RS 485, RS 422) или Ethernet). RTU может поддерживать стандартные протоколы (Modbus, IEC 60870 5 101/103/104, DNP3, IEC 60870 6 ICCP, IEC 61850 и т.д.) для взаимодействия с любым сторонним программным обеспечением. Передача данных может инициироваться с любой стороны с использованием различных методов для обеспечения синхронизации при минимальном объеме трафика. Главная станция может периодически опрашивать подчиненное устройство (главная станция – RTU или RTU – IED) об изменениях данных. Изменения аналоговых значений обычно передаются только при отклонении от последнего переданного значения на величину, превышающую заданный предел. Цифровые (статусные) значения используют аналогичный подход и передают группы (байты) только при изменении одного из включенных элементов (битов). Другой метод заключается в том, что подчиненное устройство инициирует обновление данных при заранее определенном изменении аналогового или цифрового значения. Полная передача данных должна выполняться периодически, любым из этих методов, для обеспечения полной синхронизации и исключения устаревших данных. Большинство протоколов связи поддерживают оба метода, которые программируются установщиком. Несколько RTU или IED могут совместно использовать одну линию связи в многоточечной схеме, поскольку каждое устройство имеет уникальный адрес и отвечает только на свои опросы и команды.
Коммуникации с МЭУ
Связь между интеллектуальными электронными устройствами (IED) обеспечивает передачу данных между RTU и IED. Это может исключить необходимость во многих аппаратных входах состояния, аналоговых входах и релейных выходах в RTU. Передача данных осуществляется по медным или оптоволоконным линиям связи.
Главные коммуникации
Основная связь обычно осуществляется между RTU и более крупной системой управления или системой сбора данных (входящей в состав более крупной системы). Данные могут передаваться с использованием медной, оптоволоконной или радиочастотной системы связи.