Eine RTU überwacht die digitalen und analogen Parameter im Feld und überträgt Daten an eine SCADA Master Station. Sie führt Setup-Software aus, um Dateneingangsströme mit Datenausgangsströmen zu verbinden, Kommunikationsprotokolle zu definieren und Installationsprobleme im Feld zu beheben.
Eine RTU kann aus einer komplexen Schaltkreiskarte bestehen, die aus verschiedenen Abschnitten besteht, die für eine kundenspezifische Funktion benötigt werden, oder sie kann aus vielen Schaltkreiskarten bestehen, einschließlich einer CPU oder Verarbeitung mit Kommunikationsschnittstelle(n) und einer oder mehreren der folgenden Komponenten: (AI) Analogeingang, (DI) digitaler (Status-)Eingang, (DO/CO) digitaler (oder Steuerrelais-)Ausgang oder (AO) analoge Ausgangskarte(n).
Eine RTU kann sogar eine kleine Prozesssteuerungseinheit mit einer kleinen Datenbank für PID-, Alarm-, Filter-, Trend- und andere Funktionen sein, ergänzt durch einige BASIC-Aufgaben (Programmiersprache). Moderne RTUs unterstützen in der Regel den Programmierstandard IEC 61131-3 für speicherprogrammierbare Steuerungen. Da RTUs routinemäßig in Pipeline- und Netzüberwachungssystemen oder in anderen schwer zugänglichen oder extremen Umgebungen (z. B. im Biosphere-2-Projekt) eingesetzt werden, müssen sie unter rauen Bedingungen arbeiten und energiesparende Maßnahmen umsetzen (z. B. Abschalten von IO-Modulen bei Nichtgebrauch). Sie kommunizieren zum Beispiel über RS485 oder drahtlose Kommunikationsverbindungen in einer Multi-Drop-Konfiguration. Bei dieser Art von Konfiguration handelt es sich um eine dezentrale Einheit, die Daten sammelt und einfache Steuerungsaufgaben durchführt. Es hat keine beweglichen Teile und verbraucht extrem wenig Strom und wird oft mit Solarstrom betrieben.
StromversorgungBearbeiten
Eine Form der Stromversorgung wird für den Betrieb aus dem Wechselstromnetz für verschiedene CPU-, Statusbenetzungsspannungen und andere Schnittstellenkarten enthalten sein. Diese kann aus Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlern bestehen, wenn sie über ein Stationsbatteriesystem betrieben wird.
RTUs können eine Batterie und einen Ladeschaltkreis enthalten, um den Betrieb bei einem Wechselstromausfall für kritische Anwendungen, bei denen keine Stationsbatterie verfügbar ist, fortzusetzen.
Digitale (Status-)EingängeBearbeiten
Die meisten RTUs verfügen über einen Eingangsbereich oder Eingangsstatuskarten, um zwei Zustandsinformationen zu erfassen. Dazu wird in der Regel eine isolierte Spannungs- oder Stromquelle verwendet, um die Position eines entfernten Kontakts (offen oder geschlossen) am Standort der RTU zu erfassen. Diese Kontaktstellung kann viele verschiedene Geräte repräsentieren, einschließlich elektrischer Unterbrecher, Flüssigkeitsventilstellungen, Alarmzustände und mechanische Positionen von Geräten. Zählereingänge sind optional.
AnalogeingängeBearbeiten
Eine RTU kann analoge Eingänge verschiedener Typen überwachen, einschließlich 0-1 mA, 4-20 mA Stromschleife, 0-10 V, ±2,5 V, ±5,0 V usw. Viele RTU-Eingänge puffern größere Größen über Messwandler, um reale Größen umzuwandeln und von den empfindlichen RTU-Eingangspegeln zu isolieren.
Eine RTU kann auch analoge Daten über ein Kommunikationssystem von einem Master oder einem IED (intelligentes elektronisches Gerät) empfangen, das Datenwerte an sie sendet.
Die RTU oder das Host-System übersetzt und skaliert diese Rohdaten in die entsprechenden Einheiten, wie z. B. die verbleibende Wassermenge, Temperaturgrade oder Megawatt, bevor die Daten dem Benutzer über die Mensch-Maschine-Schnittstelle angezeigt werden.
Digitale (Steuerrelais-)AusgängeBearbeiten
RTUs können Relais mit hoher Stromkapazität an eine digitale Ausgangskarte (oder „DO“-Karte) ansteuern, um Geräte im Feld ein- und auszuschalten. Die DO-Platine schaltet Spannung auf die Spule im Relais, die die Hochstromkontakte schließt, wodurch der Stromkreis zum Gerät geschlossen wird.
RTU-Ausgänge können auch einen empfindlichen Logikeingang einer elektronischen SPS oder ein anderes elektronisches Gerät ansteuern, das einen empfindlichen 5-V-Eingang verwendet.
AnalogausgängeBearbeiten
Auch wenn sie nicht so häufig verwendet werden, können Analogausgänge zur Steuerung von Geräten eingesetzt werden, die unterschiedliche Mengen benötigen, wie z. B. grafische Aufzeichnungsgeräte (Streifendiagramme). Summierte oder verarbeitete Datenmengen können in einem übergeordneten SCADA-System generiert und zur Anzeige vor Ort oder aus der Ferne ausgegeben werden, wo immer dies erforderlich ist.
Software- und LogiksteuerungBearbeiten
Moderne RTUs sind in der Regel in der Lage, einfache Programme autonom auszuführen, ohne die Leitrechner des DCS- oder SCADA-Systems einzubeziehen, um den Einsatz zu vereinfachen und aus Sicherheitsgründen Redundanz zu bieten. Eine RTU in einem modernen Wassermanagementsystem verfügt in der Regel über einen Code zur Änderung ihres Verhaltens, wenn physische Übersteuerungsschalter an der RTU während der Wartung durch das Wartungspersonal umgeschaltet werden. Dies geschieht aus Sicherheitsgründen; eine Fehlkommunikation zwischen den Systembetreibern und dem Wartungspersonal könnte dazu führen, dass die Systembetreiber versehentlich die Stromversorgung einer Wasserpumpe aktivieren, wenn diese beispielsweise ausgetauscht wird.
Das Wartungspersonal sollte alle Geräte, an denen es arbeitet, von der Stromversorgung trennen und verriegeln, um Schäden und/oder Verletzungen zu vermeiden.
Kommunikation
Eine RTU kann mit mehreren Hauptstationen und IEDs (Intelligente Elektronische Geräte) mit verschiedenen Kommunikationsprotokollen (in der Regel seriell (RS232, RS485, RS422) oder Ethernet) verbunden werden. Eine RTU kann Standardprotokolle (Modbus, IEC 60870-5-101/103/104, DNP3, IEC 60870-6-ICCP, IEC 61850 usw.) unterstützen, um eine Schnittstelle für Software von Drittanbietern zu schaffen.
Die Datenübertragung kann von beiden Seiten mit verschiedenen Techniken eingeleitet werden, um die Synchronisierung mit minimalem Datenverkehr zu gewährleisten. Der Master kann seine untergeordnete Einheit (Master zu RTU oder RTU zu IED) in regelmäßigen Abständen nach Datenänderungen fragen. Analoge Wertänderungen werden in der Regel nur dann gemeldet, wenn sie außerhalb eines festgelegten Grenzwerts vom zuletzt übertragenen Wert liegen. Bei digitalen (Status-)Werten wird eine ähnliche Technik angewandt und es werden nur Gruppen (Bytes) übertragen, wenn sich ein enthaltener Punkt (Bit) ändert. Eine andere Methode besteht darin, dass eine untergeordnete Einheit eine Datenaktualisierung bei einer vorher festgelegten Änderung der analogen oder digitalen Daten veranlasst. Die vollständige Datenübertragung muss bei beiden Methoden regelmäßig erfolgen, um eine vollständige Synchronisierung zu gewährleisten und veraltete Daten zu vermeiden. Die meisten Kommunikationsprotokolle unterstützen beide Methoden, die vom Installateur programmiert werden können.
Mehrere RTUs oder IEDs können sich eine Kommunikationsleitung in einem Multi-Drop-Schema teilen, da die Einheiten eindeutig adressiert sind und nur auf ihre eigenen Abfragen und Befehle reagieren.
IED-Kommunikation
Die IED-Kommunikation überträgt Daten zwischen der RTU und einem IED. Dadurch können viele Hardware-Statuseingänge, Analogeingänge und Relaisausgänge in der RTU entfallen. Die Kommunikation erfolgt über Kupfer- oder Glasfaserleitungen.
MasterkommunikationBearbeiten
Masterkommunikation findet in der Regel zwischen einer RTU und einem größeren Steuerungssystem oder einem Datenerfassungssystem (das in ein größeres System integriert ist) statt. Die Daten können über ein Kupfer-, Glasfaser- oder Hochfrequenzkommunikationssystem übertragen werden.