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SCADA系统中RTU功能综述

2013-08-11

  

作为SCADA系统中的重要装置RTU,也是我们必须深入研究的问题,下面就RTU概念的形成与发展历程,以及它在SCADA中的地位和作用,作一些较为深入地描述。

(1) RTU
SCADA中的地位与作用

RTU(Remote Terminal Unit)
是构成企业综合自动化系统的核心装置,通常由信号输入/输出模块、微处理器、有线/无线通讯设备、电源及外壳等组成,由微处理器控制,并支持网络系统。它通过自身的软件(或智能软件)系统,可理想地实现企业中央监控与调度系统对生产现场一次仪表的遥测、遥控、遥信和遥调等功能。

RTU
是一种耐用的现场智能处理器,它支持SCADA控制中心与现场器件间的通讯。它是一个独立的数据获取与控制单元。它的作用是在远端控制控制现场设备,获得设备数据,并将数据传给SCADA系统的调度中心。

RTU
的发展历程,可以说是与三遥”(遥测、遥控、遥调)工程技术分不开的。三遥系统工程是多学科、多专业的高新技术系统工程,涉及计算机、机械、无线电、自动控制等技术,还涉及传感器技术、仪器仪表技术、非电量测量技术、软件工程、条码技术、无线电通讯技术、数据通讯技术、网络技术、信息处理技术等高新技术。因此,完全可以断言,RTU的发展将必然会随着三遥工程技术的发展而发展。

在我国,随着国内工业企业SCADA系统的应用与发展,RTU产品生产也受到了相应地重视,但总的看来,还是采用国外RTU产品居多,目前,在国内RTU产品尚未形成应有的市场。进入新世纪以来,由于一批新兴的高新技术产业的出现与发展,这种状况正日益得到改善。

(2) RTU
的基本类型

RTU
的基本类型,概括地说,主要有单板RTU” 模块RTU”两种。单板RTU”是指,在一块板子上集中了所有的I/O接口;“模块RTU”通常有一个单独的CPU模块,同时也可以有其他的附加模块,通常这些附加模块是通过加入一个通用的“backplane”来实现的(像在PC机的主板上插入附加板卡一样)

单板RTU”,通常I/O是固定的,如数字量输入、数字量输出、模拟量输入和模拟量输出。通常不能扩展它的功能。

模块RTU”,可以通过添加模块来进行扩展,标准模块可能包括有:模拟量输入/输出模块、数字量输入/输出模块、电源模块和通信模块等,也可能包括有一些特殊的模块,如GPS模块等。

(3) RTU
的硬件功能

RTU
通常是一种小型耐用的现场智能处理器,它具有如下的硬件特征:
CPU
和可变存储器;
不可变存储器保存程序和数据;
通过串口或modem通信的能力;
安全的电源(有预备电池);
看门狗功能(出现错误时,保证RTU重起);
“spikes”的电保护功能;
DI/DO/AI/AOI/O接口;
实时时钟。

(4) RTU
的软件功能

下面的软件功能,应该是所有RTU都必须具有的。
实时操作系统。它可能是一个特殊的RTOS,或是一段在对输入的循环扫描和对通讯端口循环监控开始时有效的代码。
连接到SCADA监控中心的通讯系统的驱动。
连接现场设备的I/O系统设备的驱动。
SCADA
的应用软件。如对输入、现场过程和储存数据的扫描;对从通讯网络传过来的SCADA监控中心命令的响应。
用户在RTU上对应用设定的一些方法。可能是一些简单的参数设置,启用或禁用特别的I/O口,或者提供一套完整的用户编程环境。
诊断系统。
一些RTU有文件系统支持文件下载。所支持的下载文件包括用户程序和设定文件。

(5) RTU
SCADA中的基本作用

在任何一个应用对象的SCADA中,RTU均能控制对系统输入的扫描,且通常是以很快的速度。它还可以对控制对象的控制过程进行一些处理,如改变过程的状态,存储等待SCADA监控中心查询的数据。一些RTU还能够主动向SCADA监控中心进行报告。但多数情况下,还是SCADA监控中心对RTU进行选择。RTU大多数具有报警功能。当RTU受到SCADA监控中心的选择时,它需要对如把所有数据上传这样的要求进行响应,来完成一个控制功能。其主要功能表现为:
监控中心使用远端地址进行数据的安全传输,对数据变化的异常报告,以及高效的通过一种媒介与多个远端进行通讯。
对数字状态输入进行监控并在受到轮询时向监控中心汇报状态的变化。
监控并计算从kWh计数器得到的累积脉冲。
检测、存储并迅速汇报某一状态点的突发状态变化。
监控模拟量输入,当其变化超过事先规定的比例时,向监控中心汇报。
在可编程的执行过程中对每个基点在选择核对执行的安全模式下进行执行控制。
模拟量设定点控制。
对状态变化作1ms事件序列的标定。
执行可编程的、孤立的自动控制算法。
能够仿效以byte和以bit为单位的协议。

(6) RTU
的中央处理器(CPU)

RTU
的中央处理器基于微处理器单元,执行存于FlashRAMEPROM中的程序。状态和模拟量数据存储于其中,以便从RAM中再度获取。附加的FlashRAM用于存储从检测设备或监控中心下载的用于某一应用的数据表,它包括:本地计算和控制算法,缺省装载的操作策略,分散的自动装置表决表。还包括一个可选算法处理部件(APU)提供对远端计算和控制算法执行的支持。

(7) RTU
的通讯和标准

由于RTU是专用器件,现在还没有统一的标准,尤其在通讯方面。通常情况下,一个产家的RTU是不能和另一个产家的RTU混用的,协议的转化和竞争已经形成了一个产业。市场通行的RTU通用标准,大致包括如下:
通信标准DNPsIEC870
RTU
编程标准IEC1131-3
中央处理器单元可以包含一个内置的或独立的modem。这些modems可以通过无条件租借的声音级电话线或类似的声道如:微波、无线电、光纤。也可以用异步串行数据端口来代替modem,来扩展通讯设备最大可达36.6Kbaud
中央处理器连续的选择输入通道将当前的状态或模拟量和以前的状态作对比。如果模拟量的改变超过了死区限,就会向监控中心通知发生状态改变;如果没有改变发生,一个简短的确认信号会返回到监控中心。所有其他信息都是在连续选取信息将交叉存取的,在忽略选取扫描时间冲突时,获得最优的响应时间。其它在监控中心和远端的通信包括:
RTU发出一个控制命令后,加速RTU表决的频率,直到预期的状态改变反馈到监控中心。
同时将所有站点冻结,接着取得所有远端站的累积kWh读数。
上传事件序列(SOE)数据。
定期从每个远端站取回所有数据,为最终安全检查。
表项的上传和下载来支持不同水平的远端功能:缺省装载的管理策略和独立的控制算法。


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