Определение и основные понятия удаленных терминальных блоков

Удаленный терминал (Remote Terminal Unit, RTU) - это электронное устройство с микропроцессорным управлением, которое служит интерфейсом для оборудования, передавая данные в распределенные системы управления или системы диспетчерского контроля и сбора данных (SCADA). RTU передают телеметрические данные в главную систему и используют данные из главной системы мониторинга для управления подключенными устройствами. В области промышленной автоматизации и удаленного мониторинга RTU играют важнейшую роль, особенно в приложениях, требующих удаленного сбора данных и управления.

RTU также можно назвать устройствами удаленной телеметрии или удаленного телеуправления. Их основная функция - соединение полевых устройств с центральными системами управления, обеспечивающее двунаправленную передачу данных и выполнение команд управления.

Архитектура RTU

Удаленные терминальные устройства могут отслеживать аналоговые и цифровые данные в полевых условиях и передавать их на центральную станцию мониторинга. Типичная система RTU включает в себя следующие ключевые компоненты:

Аппаратные компоненты

• Плата центрального процессора: Отвечает за обработку данных и выполнение команд
• Плата коммуникационного интерфейса: Обеспечивает связь с центральными системами управления
• Плата аналогового входа (AI): Собирает непрерывно изменяющиеся физические величины, такие как температура, давление и расход.
• Плата цифрового входа (DI): Контролирует состояние переключателей, например, положение клапанов и состояние автоматического выключателя
• Плата цифрового или управляющего выхода (DO/CO): Выполняет команды управления, например, переключение оборудования
• Плата аналогового выхода (AO): Обеспечивает переменные сигналы управления

Источник питания

RTU оснащены блоками питания, которые преобразуют энергию сети переменного тока в различные напряжения, необходимые для процессоров и интерфейсных плат. В критически важных приложениях RTU обычно оснащаются резервными батареями и схемами зарядки для обеспечения нормальной работы во время перебоев в электросети.

Основные функции RTU

Возможности сбора данных

• Цифровые входы: Получение информации о реальном мире, которая может быть представлена двумя состояниями, такими как состояние включения/выключения оборудования и состояние тревоги
• Аналоговые входы: Контролируйте различные аналоговые сигналы, такие как токовые петли 4-20 мА и напряжение 0-10 В, преобразуя физические величины в соответствующие единицы измерения

Функции управляющего выхода

• Цифровые выходы: Управление переключением полевого оборудования через реле
• Аналоговые выходы: Обеспечивают переменные входы для управления устройствами, требующими непрерывной регулировки

Системное и логическое управление

Современные RTU могут выполнять простые программы, не требуя вмешательства основной системы, что не только упрощает развертывание системы, но и обеспечивает резервирование для обеспечения безопасности. Например, RTU в системе управления водоочистной станцией может приостановить автоматическое управление в режиме технического обслуживания, чтобы избежать повреждения оборудования или травмирования персонала в результате случайных операций.

Коммуникационные возможности

RTU должны взаимодействовать с несколькими системами, включая мастер-станции и интеллектуальные электронные устройства (IED). Связь может осуществляться через различные сети:

• Последовательная связь: Такие как RS232, RS485, RS422
• Связь по Ethernet: Подходит для сценариев, требующих более высокой пропускной способности
• Беспроводная связь: Подходит для больших расстояний или ситуаций, когда проводная установка затруднена

RTU поддерживают множество коммуникационных протоколов, таких как Modbus, протоколы серии IEC 60870, DNP3 и IEC 61850, что позволяет добиться совместимости с устройствами сторонних производителей.

Режимы связи

• Режим опроса: Ведущая станция периодически запрашивает данные у ведомых устройств
• Активное информирование: Когда изменения данных превышают заданные пороговые значения, ведомые устройства сообщают об этом в активном режиме
• Периодическая синхронизация: Полный обмен данными через регулярные промежутки времени для обеспечения синхронизации информации

Характеристики продукта SeRTU200 Telemetry Terminal

Взятие компании Key-IoT SeRTU200 В качестве примера можно привести многофункциональный телеметрический терминал, объединяющий в себе сбор данных и различные коммуникационные возможности:

Обзор продукции

Серия SeRTU200 - это многофункциональный телеметрический терминал, интегрирующий функции связи 4G/NB-IoT, LoRa и GPS, оснащенный богатыми интерфейсами управления сбором данных, включая RS232, RS485, Ethernet, аналоговый вход, цифровой вход и функции реле. Продукт отличается удобным дизайном и богатыми функциональными возможностями, способными обеспечить долгосрочный непрерывный автоматический сбор данных в различных условиях с автоматическим составлением отчетов в режиме реального времени.

Основные характеристики

• Беспроводная установка, гибкая настройка сети, plug-and-play
• Возможность многоканального получения изображений
• Поддержка удаленных запросов к локальным данным
• Поддержка локальной настройки и обновления последовательного порта
• Удаленный запрос текущих данных о количестве осадков, уровне воды, расходе воды, качестве воды и других данных
• Поддержка функциональности "три в одном": мониторинг изображений + сбор данных о сохранении воды + передача данных по беспроводной связи
• Поддержка сбора осадков, триггеров предупреждений, локального хранения, создания отчетов по расписанию и других функций.
• Поддержка удаленного управления, обновления и настройки с помощью облачных платформ

Технические характеристики оборудования

• SPI Flash: 16 МБ
• Промышленные последовательные порты: 2 порта RS232, 2 порта RS485
• Поддержка функций RTC и аппаратного сторожевого таймера
• Защита от заземления: Винтовая защитная клемма заземления M4
• Gigabit Ethernet: 1 гигабитный порт Ethernet
• Модуль 4G: Интерфейс PCIE, сигнал USB2.0

Конфигурация интерфейса

• 4-канальный интерфейс аналогового ввода (12-битный AD, поддерживает ввод токового сигнала 4-20 мА, опционально - ввод сигнала напряжения 0-5 В)
• 2-канальный интерфейс цифрового входа (оптоизолированный)
• Интерфейс 2-канального релейного выхода
  • Максимальное напряжение переключения: 30 В постоянного тока/220 В переменного тока
  • Максимальный ток переключения: 4A
  • Максимальная коммутируемая мощность: 120 Вт/880 ВА

Сравнение между RTU и другими системами управления

Функциональность RTU все больше пересекается с программируемыми логическими контроллерами (PLC) и распределенными системами управления (DCS), однако некоторые различия все же остаются:

• Область применения: RTU больше подходят для систем большой протяженности, особенно для сценариев, требующих беспроводной связи; ПЛК больше применимы для систем малой протяженности, таких как заводы и производственные линии
• Средства программирования: ПЛК в основном используют средства программирования, основанные на стандарте IEC 61131, в то время как RTU часто используют собственные средства программирования
• Коммуникационные возможности: RTU, как правило, обладают более широкими возможностями удаленной связи и поддержки протоколов

Стоит отметить, что с развитием технологий многие производители предлагают RTU с простым графическим интерфейсом, позволяющим пользователям легко планировать свои установки, а в некоторые приложения также интегрированы функции регистратора данных.

Сценарии применения RTU

Удаленные терминальные блоки находят широкое применение в различных областях:

• Сохранение водных ресурсов и гидрологический мониторинг: Мониторинг осадков, уровня воды, водных потоков и раннее предупреждение
• Мониторинг окружающей среды: Мониторинг качества воздуха, шума, радиации и других параметров окружающей среды
• Энергетические системы: Автоматизация подстанций и мониторинг распределительных сетей
• Нефте- и газопроводы: Мониторинг давления и расхода, обнаружение утечек в трубопроводах большой протяженности
• Сельскохозяйственная ирригация: Дистанционный мониторинг и управление автоматизированными ирригационными системами
• Муниципальные объекты: Управление уличным освещением, мониторинг дренажных насосных станций и управление другими объектами городской инфраструктуры

Если взять в качестве примера SeRTU200, то он особенно подходит для сценариев экологического мониторинга окружающей среды и мониторинга источников загрязнения, выполняя такие комплексные функции, как сбор, хранение, отображение, управление, сигнализация и передача данных.