Was ist eine Remote Terminal Unit (RTU)?

RTU steht für Remote Terminal Unit. Eine RTU ist ein Steuergerät, das normalerweise an einem entfernten Standort als Teil eines großen Systems installiert ist. Der Hauptzweck einer RTU besteht darin, Feldgeräte wie Ventile, Aktoren, Sensoren und mehr zu überwachen und zu steuern. RTUs sind wesentliche Komponenten von SCADA-Systemen (Supervisory Control and Data Acquisition) und bilden Schnittstellen zwischen der SCADA-Steuerung und physischen Prozessen.

Abbildung 1. Der ACE3600 ist eine beliebte RTU von Motorola. Bild mit freundlicher Genehmigung von EBIPAX

RTUs werden aufgrund ihrer Ähnlichkeiten und ihrer Dominanz im Bereich der industriellen Automatisierung manchmal fälschlicherweise als speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) klassifiziert. Es gibt jedoch einige technische Unterschiede zwischen ihnen sowie verschiedene Anwendungen, für die einer besser geeignet ist als der andere.

Die Geschichte der RTUs ist eng mit der Geschichte von SCADA verbunden. Die frühesten SCADA-Systeme entstanden in den 1950er Jahren in Kraftwerken. Die Herausforderung bestand damals darin, Daten aus miteinander verbundenen Umspannwerken zu sammeln und an den Hauptkontrollraum zu senden. Dies wurde dank der ersten Telemetrieanwendungen, im Wesentlichen der ersten RTUs, erreicht.

Später, in den 1960er und 1970er Jahren, wurde es mit den Fortschritten in der Informatik möglich, die ersten elektronikbasierten SCADA- und RTU-Systeme zu implementieren. Die Instrumentierung wurde über größere Entfernungen als zuvor installiert, und RTUs boten die Möglichkeit, größere Datenmengen zu erfassen und einige grundlegende Steuerungsfunktionen auszuführen.

Die moderne Version der RTU wurde in den 1980er Jahren eingeführt und in den 1990er Jahren weiterentwickelt. Die RTU war jetzt mikroprozessorbasiert und in der Lage, fortschrittlichere Logik auszuführen, ähnlich wie SPS. Neue Kommunikationsprotokolle wurden eingeführt, mit denen noch mehr Informationen zuverlässig ausgetauscht werden können. RS-232, RS-482 und später Ethernet sind einige der am häufigsten verwendeten Protokolle. Zeitgenössische RTUs bieten mehr Funktionen und Funktionen.

RTU-Komponenten

Eine RTU besteht aus einem Hardware-Panel, in dem ein oder mehrere E/A-Module (E/A) installiert sind. Die wichtigsten Komponenten einer RTU sind die zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), die Stromversorgung, der Kommunikationsport und die physikalische E/A. Wir werden diese Komponenten als nächstes genauer untersuchen.

Abbildung 2. Eine typische RTU-Hardwarestruktur. Bild mit freundlicher Genehmigung von ResearchGate

Zentraleinheit (CPU)

Die CPU kann aus einer oder mehreren komplexen Schaltungskarten bestehen, die eine zentrale Funktionsverarbeitung ausführen. Moderne RTUs verwenden 32-Bit-Mikroprozessoren. Die CPU verwendet einen Watchdog-Timer, um zu überprüfen, ob die Zyklusausführung korrekt ausgeführt wurde. Das CPU-Modul kann auch mit Ethernet-Kommunikationsports ausgestattet sein. Einige RTUs werden mit Dual-CPUs geliefert. In diesem Fall sind sie als primäre und als Backup konfiguriert und bieten dem Gerät Redundanz.

Viele RTUs können mit SPS-ähnlichen Sprachen und Syntax wie Kontaktplanlogik und strukturiertem Text programmiert werden. Andere erfordern möglicherweise eine komplexere Codierung mit C# oder anderen Sprachen. Andererseits können einige RTUs in einfachen Anwendungen über Webinterfaces programmiert werden.

Netzteil

RTUs werden normalerweise aus einer Hauptleitung mit Dauerstrom versorgt. Die entfernten Standorte, an denen RTUs installiert werden können, sind jedoch normalerweise auch mit Backup-Batteriemodulen ausgestattet. Dies kann dazu beitragen, einen unterbrechungsfreien Betrieb für einen bestimmten Zeitraum sicherzustellen. Der am häufigsten verwendete Batterietyp ist Blei-Säure, obwohl Lithiumbatterien in letzter Zeit an Popularität gewonnen haben.

Kommunikationsports

Jede RTU benötigt eine Möglichkeit, mit der Client- (oder Master-) SCADA-Station nach außen zu kommunizieren. Dazu sind sie mit mindestens einem Kommunikationsport ausgestattet. RTUs unterstützen viele Kommunikationsprotokolle, einschließlich Ethernet, RS-232 und Modbus. Einige der am häufigsten in RTU- und SCADA-Netzwerken unterstützten Topologien sind Ring, Reihe, Stern usw.

Physische E/A

RTUs unterstützen die vier gängigsten E/A-Module:Digitaleingang, Digitalausgang, Analogeingang und Analogausgang. Digitale Eingangsmodule erfassen Status- und Alarmsignale der Feldgeräte. Der digitale Ausgang ist notwendig, um Signale und Befehle an die Feldgeräte zu senden. Analoge Ein- und Ausgänge arbeiten mit variablem Strom oder Spannung, normalerweise im Bereich von 0-1 mA bzw. 0-10 V.

Nachdem wir nun verstanden haben, wie RTUs und ihre Komponenten funktionieren, wollen wir uns kurz ansehen, wie sie in SCADA-Systeme passen.

RTUs in SCADA-Systemen

Eine vollständige SCADA-Architektur umfasst verschiedene Arten von Feldgeräten. Diese Geräte können an eine oder mehrere RTUs im System angeschlossen werden und Daten über physikalische Ereignisse übertragen. Angesichts der Vielzahl unterschiedlicher SCADA-Systeme ist heute eine Vielzahl von Feldgeräten auf dem Markt erhältlich.

Abbildung 3 . Ein Beispiel für einen Durchflussmesser und einen drahtlosen Sensor, die an eine RTU angeschlossen sind. Bild mit freundlicher Genehmigung von Bentek-Systeme

Einige der gebräuchlichsten Geräte sind Näherungssensoren, Temperatursensoren, Durchflussmesser, Füllstandsmesser (für Flüssigkeiten), drahtlose Sensoren und mehr. Die Rolle einer RTU besteht darin, die von diesen Feldgeräten bereitgestellten Informationen zusammenzustellen und an die zentrale SCADA-Steuerung zu übermitteln.

RTUs sind wichtige Geräte in SCADA, insbesondere über lange Distanzen. Sie lassen sich leicht in Steuerungssysteme integrieren und sind beliebt für die Fernüberwachung von Zuständen, wie beispielsweise Flüssigkeitsständen. Im nächsten Artikel werden wir näher auf die Unterschiede zwischen RTUs und SPS eingehen.