التعريف والمفاهيم الأساسية للوحدات الطرفية عن بُعد

وحدة المحطة الطرفية عن بُعد (RTU) هي جهاز إلكتروني يتم التحكم فيه بمعالج دقيق يعمل كواجهة للمعدات، حيث يقوم بإدخال البيانات إلى أنظمة التحكم الموزعة أو أنظمة التحكم الإشرافي والحصول على البيانات (SCADA). تنقل وحدات التحكم عن بُعد بيانات القياس عن بُعد إلى النظام الرئيسي وتستخدم البيانات من نظام المراقبة الرئيسي للتحكم في الأجهزة المتصلة. في مجالات الأتمتة الصناعية والمراقبة عن بُعد، تلعب وحدات إعادة الإرسال عن بُعد دورًا حاسمًا، خاصةً في التطبيقات التي تتطلب الحصول على البيانات والتحكم عن بُعد.

يمكن أيضًا وصف وحدات إعادة الإرسال عن بُعد بوحدات القياس عن بُعد أو وحدات التحكم عن بُعد، حيث تتمثل وظيفتها الأساسية في ربط الأجهزة الميدانية بأنظمة التحكم المركزية، مما يتيح نقل البيانات ثنائية الاتجاه وتنفيذ أوامر التحكم.

هيكلية وحدة إعادة التدوير

يمكن للوحدات الطرفية عن بُعد مراقبة البيانات التناظرية والرقمية في الحقل وإرسال هذه البيانات إلى محطة المراقبة المركزية. ويتضمن النظام النموذجي لوحدات التحكم عن بعد المكونات الرئيسية التالية:

مكونات الأجهزة

• بطاقة وحدة المعالجة المركزية: مسؤولة عن معالجة البيانات وتنفيذ الأوامر
• بطاقة واجهة الاتصال: تتيح الاتصال بأنظمة التحكم المركزية
• بطاقة الإدخال التناظري (AI): تجمع الكميات الفيزيائية المتغيرة باستمرار مثل درجة الحرارة والضغط والتدفق
• بطاقة الإدخال الرقمي (DI): تراقب حالات التبديل مثل مواضع الصمامات وحالة قاطع الدائرة الكهربائية
• بطاقة الإخراج الرقمي أو بطاقة التحكم (DO/CO): تنفذ أوامر التحكم، مثل تبديل المعدات
• بطاقة الإخراج التناظري (AO): توفر إشارات تحكم متغيرة

مزود الطاقة

وحدات الإمداد بالطاقة مزودة بوحدات إمداد بالطاقة تقوم بتحويل طاقة التيار المتردد الرئيسية إلى فولتية مختلفة تتطلبها وحدات المعالجة المركزية وبطاقات الواجهة. في التطبيقات الحرجة، تشتمل وحدات الإمداد بالطاقة عادةً على بطاريات احتياطية ودوائر شحن لضمان التشغيل العادي أثناء انقطاع التيار الكهربائي.

الوظائف الرئيسية لوحدات إعادة الإرسال والاستقبال

قدرات الحصول على البيانات

• المدخلات الرقمية: الحصول على معلومات واقعية يمكن تمثيلها بحالتين، مثل حالة تشغيل/إيقاف تشغيل المعدات وحالات الإنذار
• المدخلات التناظرية: مراقبة الإشارات التناظرية المختلفة، مثل حلقات التيار 4-20mA وحلقات التيار 4-20mA والجهد 0-10V، وتحويل الكميات المادية إلى وحدات مناسبة

وظائف مخرجات التحكم في الإخراج

• مخرجات رقمية: التحكم في تبديل المعدات الميدانية من خلال المرحلات
• المخرجات التناظرية: توفير مدخلات متغيرة للتحكم في الأجهزة التي تتطلب ضبطًا مستمرًا

النظام والتحكم المنطقي

يمكن لوحدات التحكم الآلي الحديثة تنفيذ برامج بسيطة دون الحاجة إلى تدخل من النظام الرئيسي، الأمر الذي لا يبسط نشر النظام فحسب، بل يوفر أيضًا التكرار من أجل السلامة. على سبيل المثال، يمكن لوحدة التحكم الآلي في نظام إدارة محطة معالجة المياه تعليق التحكم الآلي في وضع الصيانة لتجنب تلف المعدات أو إصابة الأفراد الناجمة عن عمليات عرضية.

قدرات الاتصال

تحتاج وحدات إعادة الإرسال إلى التواصل مع أنظمة متعددة، بما في ذلك محطات العمل الرئيسية والأجهزة الإلكترونية الذكية (IEDs). ويمكن أن يتم الاتصال من خلال شبكات مختلفة:

• اتصال تسلسلي: مثل RS232، RS485، RS422، RS232
• اتصال إيثرنت: مناسب للسيناريوهات التي تتطلب عرض نطاق ترددي أعلى
• الاتصال اللاسلكي: مناسب للمسافات الطويلة أو الحالات التي يصعب فيها التركيب السلكي

تدعم وحدات إعادة الإرسال والإرسال بروتوكولات اتصال متعددة، مثل بروتوكولات سلسلة Modbus وسلسلة IEC 60870 وDNP3 وIEC 61850، لتحقيق قابلية التشغيل البيني مع أجهزة الطرف الثالث.

أنماط الاتصال

• وضع الاستقصاء: تقوم المحطة الرئيسية بالاستعلام عن البيانات من الأجهزة التابعة بشكل دوري
• الإبلاغ النشط: عندما تتجاوز تغييرات البيانات العتبات المحددة مسبقًا، تقوم الأجهزة التابعة بالإبلاغ بشكل استباقي
• المزامنة الدورية: تبادل كامل للبيانات على فترات منتظمة لضمان مزامنة المعلومات

ميزات منتج محطة القياس عن بُعد SeRTU200

أخذ شركة Key-IoT سرتو 200 على سبيل المثال، هذه السلسلة عبارة عن محطة طرفية متعددة الوظائف للقياس عن بُعد تدمج جمع البيانات مع إمكانيات الاتصال المختلفة:

نظرة عامة على المنتج

إن سلسلة SeRTU200 عبارة عن محطة قياس عن بُعد متعددة الوظائف تدمج وظائف اتصالات 4G/NB-IoT و LoRa ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، وهي مزودة بواجهات تحكم غنية في الاستحواذ بما في ذلك RS232 و RS485 و Ethernet والمدخلات التناظرية والمدخلات الرقمية ووظائف الترحيل. ويتميز المنتج بتصميم سهل الاستخدام ووظائف غنية قادرة على تحقيق جمع البيانات التلقائي المستمر طويل الأجل في بيئات مختلفة مع إعداد تقارير تلقائية في الوقت الفعلي.

الميزات الأساسية

• تركيب بدون أسلاك، وتهيئة مرنة للشبكة، والتوصيل والتشغيل
• إمكانية الحصول على صور متعددة القنوات
• دعم الاستعلام عن بعد للبيانات المحلية
• دعم تكوين المنفذ التسلسلي المحلي وترقياته
• الاستعلام عن بُعد عن هطول الأمطار الحالي، ومنسوب المياه، وتدفق المياه، وجودة المياه، وغيرها من البيانات
• دعم وظيفة ثلاثة في واحد: مراقبة الصور + جمع بيانات حفظ المياه + نقل الاتصالات اللاسلكية
• دعم تجميع الأمطار، ومحفزات التحذير، والتخزين المحلي، وإعداد التقارير المجدولة، ووظائف أخرى
• دعم الإدارة عن بُعد، والترقيات، والتكوين من خلال المنصات السحابية

مواصفات الأجهزة

• فلاش SPI: 16 ميغابايت
• منافذ تسلسلية صناعية: 2 منفذين RS232، 2 منفذ RS485
• دعم وظائف RTC ووظائف مراقبة الأجهزة
• حماية التأريض: طرف حماية التأريض اللولبي M4
• جيجابت إيثرنت 1 منفذ إيثرنت جيجابت 1 جيجابت
• وحدة 4G: واجهة PCIE، إشارة USB2.0

تكوين الواجهة

• واجهة إدخال تناظرية رباعية القنوات (12 بت AD، تدعم إدخال إشارة تيار 4-20mA، ومدخل إشارة جهد 0-5V اختياري)
• واجهة إدخال رقمية ثنائية القناة (معزولة بصرياً)
• واجهة إخراج مرحل ثنائي القناة
  • الحد الأقصى لجهد التحويل الأقصى: 30 فولت تيار مستمر/ 220 فولت تيار متردد
  • الحد الأقصى لتيار التحويل: 4 أمبير
  • طاقة التحويل القصوى: 120 واط/880 فولت أمبير

مقارنة بين وحدات الإرسال والاستقبال الآلي وأنظمة التحكم الأخرى

تتداخل وظائف وحدات إعادة الإرسال والاستقبال بشكل متزايد مع وحدات التحكم المنطقي القابلة للبرمجة (PLCs) وأنظمة التحكم الموزعة (DCS)، ولكن لا تزال هناك بعض الفروق:

• نطاق التطبيق: تعد وحدات إعادة الإرسال والاستقبال أكثر ملاءمة للأنظمة ذات المسافات الطويلة، وخاصة السيناريوهات التي تتطلب اتصالاً لاسلكيًا؛ بينما تعد وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة أكثر قابلية للتطبيق على الأنظمة ذات المسافات الأقصر مثل المصانع وخطوط الإنتاج
• أدوات البرمجة: تستخدم وحدات التحكم المنطقي القابلة للبرمجة القابلة للبرمجة (PLCs) في المقام الأول أدوات برمجة تستند إلى معيار IEC 61131، بينما تستخدم وحدات إعادة الإرسال والاستقبال (RTUs) غالبًا أدوات برمجة خاصة
• قدرات الاتصال: تمتلك وحدات إعادة الإرسال عن بُعد عادةً قدرات اتصال عن بُعد أقوى ودعم بروتوكول أقوى

تجدر الإشارة إلى أنه مع التطورات التكنولوجية، تقدم العديد من الشركات المصنعة الآن وحدات إعادة الإرسال مع واجهات مستخدم رسومية بسيطة، مما يسمح للمستخدمين بتخطيط عمليات التثبيت الخاصة بهم بسهولة، في حين أن بعض التطبيقات قد دمجت أيضًا وظائف مسجل البيانات.

سيناريوهات تطبيق RTU

للوحدات الطرفية عن بُعد تطبيقات واسعة في مجالات متعددة:

• حفظ المياه والمراقبة الهيدرولوجية: مثل هطول الأمطار ومنسوب المياه ومراقبة تدفق المياه والإنذار المبكر
• الرصد البيئي: جودة الهواء، والضوضاء، والإشعاع، ورصد البارامترات البيئية الأخرى
• أنظمة الطاقة: أتمتة المحطات الفرعية ومراقبة شبكة التوزيع
• خطوط أنابيب النفط والغاز: مراقبة الضغط والتدفق، واكتشاف التسرب في خطوط الأنابيب لمسافات طويلة
• الري الزراعي: المراقبة والتحكم عن بُعد في أنظمة الري الآلي عن بُعد
• المرافق البلدية: التحكم في إنارة الشوارع، ومراقبة محطات ضخ الصرف الصحي، وإدارة البنية التحتية الحضرية الأخرى

إذا أخذنا جهاز SeRTU200 كمثال، فهو مناسب بشكل خاص لسيناريوهات مراقبة البيئة البيئية ومراقبة مصادر التلوث، ويحقق وظائف شاملة مثل الحصول على البيانات وتخزينها وعرضها والتحكم فيها وإنذارها ونقلها.