Definition und grundlegende Konzepte von Fernbedienungseinheiten

Eine Remote Terminal Unit (RTU) ist ein mikroprozessorgesteuertes elektronisches Gerät, das als Geräteschnittstelle dient und Daten in verteilte Kontrollsysteme oder SCADA-Systeme (Supervisory Control and Data Acquisition) einspeist. RTUs übermitteln Telemetriedaten an das Hauptsystem und verwenden Daten aus dem Hauptüberwachungssystem zur Steuerung angeschlossener Geräte. In der industriellen Automatisierung und Fernüberwachung spielen RTUs eine entscheidende Rolle, insbesondere bei Anwendungen, die eine Ferndatenerfassung und -steuerung erfordern.

RTUs können auch als Fernmess- oder Fernwirkeinheiten bezeichnet werden. Ihre Hauptfunktion besteht darin, Feldgeräte mit zentralen Steuerungssystemen zu verbinden und so eine bidirektionale Datenübertragung und die Ausführung von Steuerbefehlen zu ermöglichen.

RTU-Architektur

Abgesetzte Endgeräte können analoge und digitale Daten im Feld überwachen und diese Daten an die zentrale Überwachungsstation zurücksenden. Ein typisches RTU-System umfasst die folgenden Hauptkomponenten:

Hardware-Komponenten

• Karte mit zentraler Verarbeitungseinheit: Verantwortlich für Datenverarbeitung und Befehlsausführung
• Kommunikationsschnittstellenkarte: Ermöglicht die Kommunikation mit zentralen Kontrollsystemen
• Analogeingangskarte (AI): Erfasst kontinuierlich wechselnde physikalische Größen wie Temperatur, Druck und Durchfluss
• Digitale Eingangskarte (DI): Überwacht Schaltzustände wie Ventilstellungen und Leistungsschalterstatus
• Digital- oder Steuerausgangskarte (DO/CO): Führt Steuerbefehle aus, wie z. B. das Schalten von Geräten
• Analogausgangskarte (AO): Liefert variable Steuersignale

Stromversorgung

RTUs sind mit Netzteilen ausgestattet, die die Wechselstromversorgung in verschiedene Spannungen umwandeln, die von CPUs und Schnittstellenkarten benötigt werden. Bei kritischen Anwendungen verfügen RTUs in der Regel über Pufferbatterien und Ladeschaltungen, um den normalen Betrieb bei Netzstromunterbrechungen zu gewährleisten.

Hauptfunktionen von RTUs

Möglichkeiten der Datenerfassung

• Digitale Eingänge: Erhalten Sie Informationen aus der realen Welt, die durch zwei Zustände dargestellt werden können, z. B. den Ein-/Aus-Status von Geräten und Alarmzustände.
• Analoge Eingänge: Überwachen Sie verschiedene analoge Signale, z. B. 4-20 mA Stromschleifen und 0-10 V Spannung, und wandeln Sie physikalische Größen in entsprechende Einheiten um.

Steuerung der Ausgangsfunktionen

• Digitale Ausgänge: Steuerung von Feldgeräten, die über Relais geschaltet werden
• Analoge Ausgänge: Variable Eingänge zur Steuerung von Geräten, die eine kontinuierliche Einstellung erfordern

System- und Logiksteuerung

Moderne RTUs können einfache Programme ausführen, ohne dass ein Eingreifen des Hauptsystems erforderlich ist, was nicht nur den Systemeinsatz vereinfacht, sondern auch Redundanz für die Sicherheit bietet. So kann beispielsweise eine RTU in einem Managementsystem für eine Wasseraufbereitungsanlage die automatische Steuerung im Wartungsmodus aussetzen, um Schäden an der Anlage oder Verletzungen des Personals durch versehentliche Eingriffe zu vermeiden.

Kommunikationsfähigkeiten

RTUs müssen mit mehreren Systemen kommunizieren, einschließlich Hauptarbeitsplätzen und intelligenten elektronischen Geräten (IEDs). Die Kommunikation kann über verschiedene Netzwerke erfolgen:

• Serielle Kommunikation: Wie RS232, RS485, RS422
• Ethernet-Kommunikation: Geeignet für Szenarien, die eine höhere Bandbreite erfordern
• Drahtlose Kommunikation: Geeignet für große Entfernungen oder Situationen, in denen eine kabelgebundene Installation schwierig ist

RTUs unterstützen mehrere Kommunikationsprotokolle wie Modbus, Protokolle der IEC 60870-Serie, DNP3 und IEC 61850, um die Interoperabilität mit Geräten anderer Hersteller zu gewährleisten.

Kommunikationsmodi

• Abfrage-Modus: Die Master-Station fragt in regelmäßigen Abständen Daten von den Slave-Geräten ab.
• Aktive Berichterstattung: Wenn Datenänderungen voreingestellte Schwellenwerte überschreiten, melden Slave-Geräte proaktiv
• Regelmäßige Synchronisierung: Vollständiger Datenaustausch in regelmäßigen Abständen, um die Synchronisierung der Informationen zu gewährleisten

SeRTU200 Telemetrie-Terminal Produktmerkmale

Die Übernahme des Key-IoT-Unternehmens SeRTU200 Serie handelt es sich um ein multifunktionales Telemetrieterminal, das die Datenerfassung mit verschiedenen Kommunikationsfunktionen verbindet:

Produktübersicht

Die SeRTU200-Serie ist ein multifunktionales Telemetrie-Terminal, das 4G/NB-IoT-, LoRa- und GPS-Kommunikationsfunktionen integriert und mit umfangreichen Erfassungssteuerungsschnittstellen wie RS232, RS485, Ethernet, Analogeingang, Digitaleingang und Relaisfunktionen ausgestattet ist. Das Produkt zeichnet sich durch ein benutzerfreundliches Design und eine umfangreiche Funktionalität aus, die eine langfristige, kontinuierliche und automatische Datenerfassung in verschiedenen Umgebungen mit automatischer Berichterstattung in Echtzeit ermöglicht.

Wesentliche Merkmale

• Kabellose Installation, flexible Netzwerkkonfiguration, Plug-and-Play
• Mehrkanalige Bildaufnahmefähigkeit
• Unterstützung für die Fernabfrage von lokalen Daten
• Unterstützung für lokale Konfiguration und Upgrades der seriellen Schnittstelle
• Fernabfrage der aktuellen Niederschlagsmenge, des Wasserstands, des Wasserdurchflusses, der Wasserqualität und anderer Daten
• Unterstützung von drei Funktionen in einem: Bildüberwachung + Wasserschutzdatenerfassung + drahtlose Kommunikationsübertragung
• Unterstützung für Niederschlagssammlung, Warnauslöser, lokale Speicherung, geplante Berichterstattung und andere Funktionen
• Unterstützung für Fernverwaltung, Upgrades und Konfiguration über Cloud-Plattformen

Hardware-Spezifikationen

• SPI-Flash: 16MB
• Industrielle serielle Ports: 2 RS232, 2 RS485-Anschlüsse
• Unterstützung für RTC- und Hardware-Watchdog-Funktionen
• Erdungsschutz: M4-Schraub-Erdungsschutzklemme
• Gigabit-Ethernet: 1 Gigabit-Ethernet-Anschluss
• 4G-Modul: PCIE-Schnittstelle, USB2.0-Signal

Konfiguration der Schnittstelle

• 4-Kanal-Analogeingangsschnittstelle (12-Bit-AD, unterstützt 4-20mA-Stromsignaleingang, optional 0-5V-Spannungssignaleingang)
• 2-Kanal-Digitaleingangsschnittstelle (opto-isoliert)
• 2-Kanal-Relaisausgangsschnittstelle
  • Maximale Schaltspannung: 30VDC/220VAC
  • Maximaler Schaltstrom: 4A
  • Maximale Schaltleistung: 120W/880VA

Vergleich zwischen RTUs und anderen Kontrollsystemen

Die Funktionalität von RTUs überschneidet sich zunehmend mit der von speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) und verteilten Steuerungssystemen (DCS), aber es gibt weiterhin einige Unterschiede:

• Anwendungsbereich: RTUs eignen sich eher für Systeme mit großen Entfernungen, insbesondere für Szenarien, die eine drahtlose Kommunikation erfordern; PLCs sind eher für Systeme mit kürzeren Entfernungen geeignet, z. B. in Fabriken und Produktionslinien
• Programmierwerkzeuge: SPS verwenden in erster Linie Programmiertools, die auf der Norm IEC 61131 basieren, während RTUs oft proprietäre Programmiertools verwenden.
• Kommunikationsfähigkeiten: RTUs verfügen in der Regel über stärkere Fernkommunikationsfähigkeiten und Protokollunterstützung

Es ist erwähnenswert, dass aufgrund der technologischen Entwicklung viele Hersteller jetzt RTUs mit einfachen grafischen Benutzeroberflächen anbieten, die es den Benutzern ermöglichen, ihre Installationen leicht zu planen, während einige Anwendungen auch Datenloggerfunktionen integriert haben.

RTU-Anwendungsszenarien

Remote Terminal Units finden in vielen Bereichen Anwendung:

• Wasserbewirtschaftung und hydrologische Überwachung: Niederschlags-, Wasserstands- und Wasserflussüberwachung sowie Frühwarnung
• Umweltüberwachung: Überwachung von Luftqualität, Lärm, Strahlung und anderen Umweltparametern
• Stromversorgungssysteme: Automatisierung von Umspannwerken und Überwachung von Verteilungsnetzen
• Öl- und Gaspipelines: Druck- und Durchflussüberwachung, Lecksuche für Langstrecken-Pipelines
• Landwirtschaftliche Bewässerung: Fernüberwachung und -steuerung von automatischen Bewässerungssystemen
• Städtische Einrichtungen: Steuerung von Straßenbeleuchtungen, Überwachung von Abwasserpumpstationen und anderes Management städtischer Infrastrukturen

Das SeRTU200 eignet sich besonders für die Überwachung der Umwelt und von Schadstoffquellen und bietet umfassende Funktionen wie Datenerfassung, Speicherung, Anzeige, Steuerung, Alarm und Übertragung.