Remote Terminal Units (RTU's): Sleutelcomponenten van SCADA-systemen

RTU staat voor remote terminal unit. Een RTU is een controle-apparaat dat typisch in een remote locatie geïnstalleerd wordt als onderdeel van een groot systeem. Het hoofddoel van een RTU is om veldapparaten te monitoren en te controleren, zoals kleppen, actuatoren, sensoren, en meer. RTU's zijn essentiële componenten van supervisory control and data acquisition (SCADA) systemen, vestigend interfaces tussen SCADA-controle en fysieke processen.

RTU's worden soms verkeerd geclassificeerd als programmeerbare logische controllers (PLC's) vanwege hun gelijkenissen en de dominantie van de laatste in het industriële automatiseringsveld. Er zijn echter verschillende technische verschillen tussen hen, alsook verschillende toepassingen waarvoor de een beter geschikt is dan de ander.

De geschiedenis van RTU's is nauw verbonden met de geschiedenis van SCADA. De vroegste SCADA-systemen oorsprongen in elektriciteitscentrales in de jaren 1950. De uitdaging op dat moment was het verzamelen van data van onderling verbonden sub-stations en het sturen ervan naar de hoofdbesturingskamer. Dit werd bereikt dankzij de eerste telemetrie-toepassingen, essentieel de eerste RTU's.

Later, in de jaren 1960 en 1970, met de vooruitgang in informatica, werd het mogelijk om de eerste elektronische SCADA- en RTU-systemen te implementeren. Instrumentatie werd op langere afstanden geïnstalleerd dan voorheen, en RTU's booden de mogelijkheid om grotere volumes data te verkrijgen en enkele basis controle-functies uit te voeren.

De moderne versie van de RTU werd geïntroduceerd in de jaren 1980 en ontwikkeld door de jaren 1990 heen. De RTU was nu microprocessor-gebaseerd en in staat om meer geavanceerde logica uit te voeren, vergelijkbaar met PLC's. Nieuwe communicatieprotocollen werden geïntroduceerd, wat nog meer informatie betrouwbaar kon laten uitwisselen. RS-232, RS-482, en later Ethernet zijn enkele van de meest gebruikte protocollen. Hedendaagse RTU's komen met meer functies en functionaliteiten.

RTU Componenten

Een RTU bestaat uit een hardwarepaneel waar een of meer input/output (I/O) modules geïnstalleerd zijn. De belangrijkste componenten van een RTU zijn de centrale verwerkingseenheid (CPU), voedingsvoorziening, communicatiepoort, en fysieke I/O. We zullen deze componenten in meer detail bekijken.

Centrale Verwerkingseenheid (CPU)

De CPU kan bestaan uit een of meer complexe printplaten die centrale functieverwerking uitvoeren. Moderne RTU's gebruiken 32-bits microprocessoren. De CPU maakt gebruik van een watchdog-timer om te valideren dat de cyclus-uitvoering correct gedaan wordt. De CPU-module kan ook uitgerust zijn met ethernet-communicatiepoorten. Sommige RTU's komen met duale CPU's, in welk geval ze geconfigureerd zijn als primaire en backup, wat redundantie aan het apparaat biedt.

Veel RTU's kunnen geprogrammeerd worden met talen en syntax vergelijkbaar met PLC's, zoals ladderlogica en gestructureerde tekst. Andere kunnen complexere codering vereisen met C# of andere talen. Aan de andere kant, kunnen sommige RTU's in eenvoudige applicaties geprogrammeerd worden met webinterfaces.

Voedingsvoorziening

RTU's worden normaal gevoed met continue stroom van een hoofdleiding. Echter, de remote locaties waar RTU's geïnstalleerd kunnen worden, zijn meestal ook voorzien van backup-batterijmodules. Dit kan helpen om ononderbroken werking voor een periode te waarborgen. Het meest voorkomende type batterij dat gebruikt wordt, is loodzuur, hoewel lithiumbatterijen recentelijk meer populariteit winnen.

Communicatiepoorten

Elke RTU heeft een manier nodig om naar buiten te communiceren met de client (of master) SCADA-station. Om dit te bereiken, worden ze uitgerust met ten minste één communicatiepoort. RTU's ondersteunen veel communicatieprotocollen, waaronder Ethernet, RS-232, en Modbus. Enkele van de meest voorkomende topologieën die ondersteund worden in RTU- en SCADA-netwerken zijn ring, serie, ster, etc.

Fysieke I/O

RTU's ondersteunen de vier meest voorkomende I/O-modules: digitale input, digitale output, analoge input, en analoge output. Digitale input-modules vangen status- en alarmsignalen op die van de veldapparaten komen. Digitale output is noodzakelijk om signalen en commando's naar de veldapparaten te sturen. Analog input en output werken met variabele stroom of spanning, normaal in de 0-1 mA of 0-10 V bereiken, respectievelijk.

Nu we begrijpen hoe RTU's werken en hun componenten, laten we kort kijken hoe ze in SCADA-systemen passen.

RTU's in SCADA-systemen

Een complete SCADA-architectuur omvat verschillende typen veldapparaten. Deze apparaten kunnen aan een of meer RTU's in het systeem verbonden zijn en data over fysieke gebeurtenissen transmitteren. Er is een grote verscheidenheid aan veldapparaten beschikbaar op de markt vandaag, gegeven het aantal verschillende SCADA-systemen.

Enkele van de meest voorkomende apparaten zijn nabijheidssensoren, temperatuursensoren, stroommeters, peilmeters (voor vloeistoffen), draadloze sensoren, en meer. De rol van een RTU is om de informatie die door deze veldapparaten wordt geleverd te compileren en te communiceren naar de centrale SCADA-controle.

RTU's zijn belangrijke apparaten in SCADA, vooral over lange afstanden. Ze integreren gemakkelijk in controlesystemen en zijn populair voor het remote monitoren van condities, zoals vloeistofniveaus. In het volgende artikel zullen we dieper ingaan op de verschillen tussen RTU's en PLC's.