Wat is een Remote Terminal Unit (RTU)?

RTU staat voor remote terminal unit. Een RTU is een bedieningsapparaat dat doorgaans op een externe locatie wordt geïnstalleerd als onderdeel van een groot systeem. Het belangrijkste doel van een RTU is het bewaken en besturen van veldapparatuur, zoals kleppen, actuatoren, sensoren en meer. RTU's zijn essentiële componenten van toezichthoudende controle- en data-acquisitie (SCADA)-systemen, die interfaces tot stand brengen tussen SCADA-controle en fysieke processen.

Figuur 1. De ACE3600 is een populaire RTU van Motorola. Afbeelding gebruikt met dank aan EBIPAX

RTU's worden soms verkeerd geclassificeerd als programmeerbare logische controllers (PLC's) vanwege hun overeenkomsten en de dominantie van laatstgenoemde op het gebied van industriële automatisering. Er zijn echter verschillende technische verschillen tussen hen, evenals verschillende toepassingen waarvoor de ene beter geschikt is dan de andere.

De geschiedenis van RTU's is nauw verbonden met de geschiedenis van SCADA. De vroegste SCADA-systemen zijn ontstaan ​​in energiecentrales in de jaren vijftig. De uitdaging in die tijd was het verzamelen van gegevens van onderling verbonden onderstations en deze naar de hoofdcontrolekamer te sturen. Dit werd bereikt dankzij de eerste telemetrietoepassingen, in wezen de eerste RTU's.

Later, in de jaren zestig en zeventig, met de vooruitgang in de informatica, werd het mogelijk om de eerste op elektronica gebaseerde SCADA- en RTU-systemen te implementeren. Instrumentatie werd op grotere afstanden dan voorheen geïnstalleerd en RTU's boden de mogelijkheid om grotere hoeveelheden gegevens te verzamelen en enkele basisbesturingsfuncties uit te voeren.

De moderne versie van de RTU werd in de jaren tachtig geïntroduceerd en in de jaren negentig ontwikkeld. De RTU was nu gebaseerd op een microprocessor en kon meer geavanceerde logica uitvoeren, vergelijkbaar met PLC's. Er werden nieuwe communicatieprotocollen ingevoerd, waardoor nog meer informatie betrouwbaar kan worden uitgewisseld. RS-232, RS-482 en later Ethernet zijn enkele van de meest gebruikte protocollen. Hedendaagse RTU's hebben meer functies en functionaliteiten.

RTU-componenten

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

Figuur 2. Een typische RTU-hardwarestructuur. Afbeelding gebruikt met dank aan ResearchGate

Centrale verwerkingseenheid (CPU)

De CPU kan bestaan ​​uit een of meer complexe circuitkaarten die centrale functieverwerking uitvoeren. Moderne RTU's gebruiken 32-bits microprocessors. De CPU maakt gebruik van een watchdog-timer om te valideren dat de uitvoering van de cyclus correct is uitgevoerd. De CPU-module kan ook zijn uitgerust met ethernet-communicatiepoorten. Sommige RTU's worden geleverd met dubbele CPU's, in welk geval ze zijn geconfigureerd als primair en back-up, waardoor het apparaat redundantie krijgt.

Veel RTU's kunnen worden geprogrammeerd met talen en syntaxis die vergelijkbaar zijn met PLC's, zoals ladderlogica en gestructureerde tekst. Anderen vereisen mogelijk meer complexe codering met C# of andere talen. Aan de andere kant kunnen sommige RTU's in eenvoudige toepassingen worden geprogrammeerd met behulp van webinterfaces.

Voeding

RTU's worden normaal gesproken continu gevoed vanuit een hoofdlijn. De externe locaties waar RTU's kunnen worden geïnstalleerd, zijn echter meestal ook uitgerust met back-upbatterijmodules. Dit kan helpen om een ​​ononderbroken werking voor een bepaalde periode te garanderen. Het meest gebruikte type batterij is loodzuur, hoewel lithiumbatterijen de laatste tijd aan populariteit winnen.

Communicatiepoorten

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

Fysieke I/O

RTU's ondersteunen de vier meest voorkomende I/O-modules:digitale ingang, digitale uitgang, analoge ingang en analoge uitgang. Digitale ingangsmodules vangen status- en alarmsignalen op die afkomstig zijn van de veldapparatuur. Digitale output is nodig om signalen en commando's naar de veldapparatuur te sturen. Analoge in- en uitgangen werken met variabele stroom of spanning, normaal gesproken in het bereik van respectievelijk 0-1 mA of 0-10 V.

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

RTU's in SCADA-systemen

Een complete SCADA-architectuur omvat verschillende soorten veldapparatuur. Deze apparaten kunnen worden aangesloten op een of meer RTU's in het systeem en gegevens over fysieke gebeurtenissen verzenden. Er is tegenwoordig een grote verscheidenheid aan veldapparatuur op de markt, rekening houdend met het aantal verschillende SCADA-systemen.

Figuur 3 . Een voorbeeld van een flowmeter en een draadloze sensor aangesloten op een RTU. Afbeelding gebruikt met dank aan Bentek-systemen

Enkele van de meest voorkomende apparaten zijn naderingssensoren, temperatuursensoren, flowmeters, niveaumeters (voor vloeistoffen), draadloze sensoren en meer. De rol van een RTU is het verzamelen van de informatie die door deze veldapparatuur wordt geleverd en deze door te geven aan de centrale SCADA-besturing.

RTU's zijn belangrijke apparaten in SCADA, vooral over lange afstanden. Ze kunnen eenvoudig in besturingssystemen worden geïntegreerd en zijn populair voor het op afstand bewaken van omstandigheden, zoals vloeistofniveaus. In het volgende artikel gaan we dieper in op de verschillen tussen RTU's en PLC's.