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RTU产品技术发展与应用
发表日期:2012/11/5 作者: 中国工控网
1 RTU的发展过程
       RTU是Remote Terminal Unit(远程测控终端)的缩写,是SCADA系统的基本组成单元。SCADA是Supervisory Controland Data Acquisition 的缩写,是对分布距离远,生产单位分散的生产系统的一种数据采集与监视控制系统。一个RTU可以有几个、几十个或几百个I/O点组成,可以放置在测量点附近的现场。RTU至少具备以下两种功能:数据采集及处理、数据传输(网络通信),当然,许多RTU还具备PID控制功能或逻辑控制功能、流量累计功能等等。
      在生产过程自动化装置中,DCS控制系统、PLC控制器是两类应用最广泛的自动化控制产品,20世纪80年代之前,这些控制器的I/O卡件均集中在远离现场的控制室内,与现场装置仪表(其中包括AI/AO模拟量输入输出装置和DI/DO 开关量输入输出装置等)的连接线都是一对一直接接线,我们现在还可以在很多现场看到进出控制室的大量电缆和敷设电缆的大尺寸桥架。在80年代后期,PLC、DCS两类控制系统先后推出远离控制室安装的远程I/O卡件,它安装在现场,可就近与现场装置连线,而这些远程I/O 卡件与安装在控制室的控制器是通过单根电缆的通信实现信息交换。但也同时遇到了受制于安装地点的环境因素的影响,限制了其进行更大范围的应用。随着RTU的出现这方面的问题也随之得到了解决,RTU在远端数据采集转换及通信方面的优势明显。90年代后期通信技术不断发展带动了SCADA系统有了长足发展,RTU产品有了更广泛的应用领域,成为自动化行业产品应用的一个重要分支。
     随着中国的工业化水平和信息化水平不断提高,SCADA系统技术的应用领域也越来越广泛。低碳经济、绿色环保的需求,更加使得市场对RTU产品的需求呈持续增加态势,对产品性能的要求也越来越高,推动了行业的技术改造和产业升级。在油气行业生产方面,中国的三大石油生产集团已经进入国际市场,正在承受着日益加大的来自国际石油行业的竞争压力。以低劳务成本取胜不会是永远的优势。数字石油建设对提高油气开发与生产能力和管理决策水平、降低经营风险具有重大意义。另外,数字油田和数字石化也是石油石化企业全面升级与再造的需要。这些需求越来越迫切,越来越复杂,越来越苛刻,只有建设全面数字化的油田和企业才是最终的解决之道。而组成数字油田最基本单元就是RTU控制器。长输管线和城市管网以及市政供水领域是SCADA系统运用最为广泛的行业,是RTU应用最为密集的行业,也是应用最为成熟的行业。在其它众多行业中,RTU都是可以得到广泛应用的,因此,市场前景非常广阔。由此吸引了更多的国际知名自动化公司参与到RTU的研发制造中来。
2 RTU的技术特性和特征
1) 标准的编程语言,符合国际标准IEC61131-3的编程语言;
2) 工作环境温度:-40℃ ~70℃,环境湿度5~95%;
3) 电磁抗干扰符合IEC61000-4 和EN55011;
4) 具备多种标准通信协议,如MODBUS TCP/IP、MODBUS RTU、MODBUS ASCII、DNP3等;
5) 丰富的通信接口,支持多种通信方式,通信距离长;
6) 大容量存储;
7) 模块化结构,便于扩展;
8) 具备实时多任务操作系统;
9) 灵活互相兼容的开放式接口。
      虽然RTU和PLC在工程编程、数据采集和控制等方面很相似,但它们之间还是有很大区别的。PLC一般主要用于工厂车间流水线的控制,主要在室内环境应用,而RTU 不仅可以用于室内应用场合,更大的特点是具备用于室外控制装置中,环境条件非常恶劣的场合。由于PLC 的工作环境温度是0~50℃,因此在一些无人值守的野外站点,PLC不能做到可靠工作。
3 RTUPLC产品的对比
      两者共同点是均采用编程语言IEC61131-3,但在环境等方面差别较大。
(1)应用场合范围优势:
RTU主要应用于现场设备附近,所以RTU对工作的环境要求比较宽泛:
RTU对环境的要求:
工作温度:-40℃到75℃;
存储温度:-40℃到85℃;
相对湿度:5%到95%;
       RTU产品具有可靠的优质特性,极端的环境工作温度,适合各类场所应用,属于全天候不受环境和地域的限制。
PLC对环境的要求:
工作温度:0℃到55℃;
存储温度:-40℃到70℃;
相对湿度:5%到95%;
       PLC产品更适合室内环境应用,工作温度范围较窄。
(2)通信协议及灵活性
       RTU产品有较多的通信接口:RTU产品一般都具备3到5个通信接口或更多,如RS232、RS485,主要适应现场各类智能仪表及各类控制器的方便接入;
       RTU产品具备支持多种通信协议MODBUS、DNP3等多种协议;
       支持新增特殊协议的接口驱动功能。可以方便与其它不同种类设备相连,特别适合SCADA系统应用;
       PLC产品通信接口及通信协议较单一,只适合相对固定和统一的站内控制系统。
(3)功能方面
       RTU在应用方面除了一些和PLC的基本相似功能外更面向一些行业专有技术,具有一些行业专用功能,如天然气RTU具备AGA算法,井口RTU具备专用控制算法等。对于小型站点来说,两者的应用范围都差不多,RTU系列具有的存储空间,远大于PLC。此外,RTU采用内嵌式流量计算程序,可代替流量计算机,直接用于计量,存储历史记录等。在配置点数方面两者相当,在模拟量方面,RTU要略优于PLC;RTU主要针对于现场应用环境设置,对环境的要求要比
      PLC系列宽泛的多。从内存空间及附带功能来看,RTU要优于PLC。对于现场环境比较好的地方,采用PLC会更经济一些;对于现场环境比较恶劣的地方,如石油行业的灌区监控、天然气管道、油气井场的监控、市政管网等众多具有室外环境因素的则采用RTU产品更合适。综合来看,两类产品各有其特色和特点,且主要针对的应用范围也不尽相同。
4 RTU市场竞争状况
       在国际市场上,RTU产品市场的前景广阔。除几个大品牌RTU厂商外,还有一些一直从事DCS和PLC产品研发的厂商开始推出自己的RTU产品。目前的RTU产品市场虽然竞争日趋激烈,但由于其应用范围宽广,市场需求还是非常充足。
在国内市场上,随着工业企业SCADA系统的应用与发展,RTU产品也受到相应重视,但总的看来,还是采用国外品牌的RTU产品居多,国内RTU品牌的产品尚未形成应有的市场。
     随着国内高新技术产业的出现与发展,这种状况正在发生变化。但RTU的应用还处在起步阶段,虽然已经有了不少较好的实用案例,但个别场合还是有拿PLC来当RTU应用的情况,特别是在较为恶劣环境中,这种应用可靠性很难保证。国内低端控制器市场则竞争非常激烈,许多不具备RTU基本特性,单片机制作的产品,也自称RTU,多在一些项目和工程中应用。由于其不具备RTU基本特性,品质较低,应用范围受限,很难形成产业化。不利于RTU行业的规模化发展、产品推广应用和走国际化道路。不是RTU产品发展的道路。目前这样的公司较多,产品种类杂乱,没有形成规模,不成产品体系。
     在国内高端市场上,真正RTU产品公司的主要竞争对手是国外的RTU厂商和少数国内的RTU产品公司。高端产品的RTU由于受技术水平的限制,国内目前只有极少数公司在技术和标准上可以和国际自动化公司制造的RTU产品相比拟。
5 RTU产品在油气田行业中的应用
      由于RTU的特点更适合各类广域环境的SCADA数据采集控制系统,在国外石油天然气行业中RTU应用非常广,在油田井口方面开发出智能抽油机控制器,目前在石油天然气行业中具有抽油机控制器产品的厂家只有LUFKIN、EP公司等。