第四章、遠(yuǎn)程終端單元（RTU）

2022-01-10 15:00:55| 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)| 次| 0次

2.9. 概述

按照國(guó)標(biāo)GB/T14429-93《遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)術(shù)語(yǔ)》中的定義，遠(yuǎn)動(dòng)(telecontrol)指應(yīng)用通信技術(shù)，完成遙測(cè)、遙信、遙控和遙調(diào)等功能的總稱。簡(jiǎn)稱“四遙”。

遠(yuǎn)程測(cè)量指應(yīng)用通信技術(shù)，傳輸被測(cè)變量的測(cè)量值，同義詞：遙測(cè)。

遠(yuǎn)程信號(hào)指應(yīng)用通信技術(shù)，完成對(duì)設(shè)備狀態(tài)信息的監(jiān)視，如告警狀態(tài)或開(kāi)關(guān)位置、閥門位置等;同義詞：遙信。

遠(yuǎn)程命令指應(yīng)用通信技術(shù)，完成改變運(yùn)行設(shè)備狀態(tài)的命令;同義詞：遙控。

遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)指應(yīng)用通信技術(shù)，完成對(duì)具有兩個(gè)以上狀態(tài)的運(yùn)行設(shè)備的控制;同義詞：遙調(diào)。

本章節(jié)只想對(duì)測(cè)量技術(shù)做一個(gè)粗略的介紹，讓讀者有一個(gè)概括性的了解，而不會(huì)深入到技術(shù)細(xì)節(jié)去討論某個(gè)功能怎么實(shí)現(xiàn)。

2.10.遠(yuǎn)程信號(hào)

本遠(yuǎn)程信號(hào)的實(shí)質(zhì)是開(kāi)關(guān)量狀態(tài)的采集和傳輸。開(kāi)關(guān)量的采集現(xiàn)在一般都采用光電耦合器進(jìn)行隔離，過(guò)去也有其它的方法。下圖是一個(gè)型號(hào)的遙信輸入電路：

型號(hào)的遙信輸入電路

其優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省光耦的數(shù)量，其缺點(diǎn)是掃描的速度和可靠性不好。

本這是另外一種型號(hào)的開(kāi)關(guān)量輸入電路這是大多數(shù)RTU和PLC以及DCS系統(tǒng)典型的開(kāi)關(guān)量輸入電路，但是其電阻值未必是典型的。其原理是當(dāng)開(kāi)關(guān)量輸入狀態(tài)接上電源后，光耦的發(fā)光二極管發(fā)光，被光敏三極管接收，光敏三極管導(dǎo)通;平常發(fā)光二極管不發(fā)光，光敏三極管截至。作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)掃描輸入的IO口，或者擴(kuò)展的數(shù)字輸入，就能得到開(kāi)關(guān)量的狀態(tài)。

開(kāi)關(guān)量輸入電路

本如果掃描速度夠快，就能發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量輸入狀態(tài)的變化，可以用于低頻的計(jì)數(shù)，有時(shí)稱為遙脈。一組開(kāi)關(guān)量輸入，如果每位的權(quán)重不一樣，組合起來(lái)，又稱之為數(shù)字量輸入，在水位編碼信息，變壓器分接頭位置上有著廣泛的應(yīng)用。有時(shí)為了研究事件發(fā)生的順序，需要記下開(kāi)關(guān)量狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)刻，這種信息稱為帶時(shí)標(biāo)的開(kāi)關(guān)量，稱為SOE。光耦的耐壓一般在3500V以下，也有特殊的型號(hào)耐壓可以超出這個(gè)數(shù)字，所以不能用光耦隔離共模電壓很高的場(chǎng)合。

現(xiàn)場(chǎng)接線可以參考下圖，但是最主要的是參考聚英電子廠家的使用說(shuō)明書

DTU現(xiàn)場(chǎng)接線

2.11.遠(yuǎn)程命令

遠(yuǎn)程命令的實(shí)質(zhì)是開(kāi)關(guān)量輸出，下圖是一個(gè)典型的繼電器輸出：

DTU遠(yuǎn)程命令

圖中采用了雙刀雙擲的繼電器，一組用于輸出，一組用于狀態(tài)的回饋。這種設(shè)計(jì)指應(yīng)用于要求非常高的場(chǎng)合，普通的應(yīng)用，一般不需要回饋。

圖中的電阻和電容，是用于火花吸收的，可以在感性負(fù)載下，可以降低觸點(diǎn)間的過(guò)電壓和火花，大大提高觸點(diǎn)

的壽命。

繼電器輸出形式在可靠性，抗負(fù)載復(fù)雜性上性能很好，但是其動(dòng)作速度慢，不能控制非常小的信號(hào)(如毫伏、微安級(jí)信號(hào))，壽命有限，并不能適合所有場(chǎng)合。開(kāi)關(guān)量輸出還有晶體管和固態(tài)繼電器的形式，其負(fù)載能力比較差，對(duì)于過(guò)電壓耐受能力比較差;可以快速動(dòng)作，可以控制非常微弱的信號(hào)。

2.12.遠(yuǎn)程測(cè)量

遠(yuǎn)程測(cè)量也就是模擬量輸入，一般通過(guò)AD轉(zhuǎn)換和多路模擬量開(kāi)關(guān)進(jìn)行多路切換測(cè)量?，F(xiàn)在的AD價(jià)格已經(jīng)很便宜了，有的AD甚至把多路模擬開(kāi)關(guān)直接做到了片內(nèi)。目前12位的AD已經(jīng)很普遍使用，16位的AD，甚至24位的AD也得到了廣泛的使用。

遠(yuǎn)程測(cè)量肯定離不開(kāi)變送器和傳感器，變送器是把物理信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)的設(shè)備。傳感器是把物理信號(hào)變?yōu)榭呻姕y(cè)量信號(hào)的設(shè)備。

最簡(jiǎn)單的例子就是溫度測(cè)量，傳感器采用PT100，PT100傳感器是一個(gè)熱敏電阻傳感器，其在0攝氏度的電阻值是100歐，每增加一攝氏度，其電阻增加0.3875歐姆。而溫度變送器是把這個(gè)電阻信號(hào)轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的二線制4～20mA信號(hào)。如果變送器的范圍是0～100攝氏度，在0攝氏度時(shí)，變送器輸出4mA電流，在100攝氏度，輸出20mA電流，如果電流是12mA,傳感器安裝環(huán)境的溫度就是50攝氏度。

模擬量輸入由于歷史原因，其信號(hào)非常復(fù)雜，一般包括如下的幾種信號(hào)0～10V,0～5V，0～20mA，4～20mA幾種量程。以4～20mA信號(hào)最為常用，一般的變送器都變送成4～20mA的信號(hào)輸出。

4～20mA信號(hào)又很多優(yōu)點(diǎn)，比如可以方便的判斷開(kāi)路，可以方便的采用2線制供電，傳輸距離長(zhǎng)(因?yàn)槭呛懔鞯?，不容易受到干擾等等。但是AD轉(zhuǎn)換一般都是電壓輸入的，需要通過(guò)電阻變成電壓信號(hào)才能采集，另外由于是2線制的，一個(gè)儀表給2個(gè)采集裝置非常困難，只有通過(guò)專門的設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)。

模擬開(kāi)關(guān)可以是電子開(kāi)關(guān)，最為簡(jiǎn)單的是CMOS的CD4066型號(hào)，價(jià)錢才幾塊錢，也有復(fù)雜的如ADG508，一片要幾十塊錢。為了提高通道間的隔離度，有人采用光電模擬開(kāi)關(guān)進(jìn)行多路的選擇，這樣的固態(tài)繼電器的耐壓可以到400V，而電子開(kāi)關(guān)的耐壓才幾伏，幾十伏。很多廠家宣稱其通道間耐壓能達(dá)到400V，具體怎么實(shí)現(xiàn)，卻作為技術(shù)秘密，從來(lái)不透露。實(shí)際上各家的電路設(shè)計(jì)都大同小異。

12位AD轉(zhuǎn)換在國(guó)內(nèi)應(yīng)用中典型的芯片是AD574，現(xiàn)在已經(jīng)停產(chǎn)了，換成了AD1674了。16位的SARAD非常昂貴，現(xiàn)在用的16位/24位的AD大多數(shù)是Delta-Sigma類型的AD，片內(nèi)集成PGA，性能非常優(yōu)越。對(duì)于一些典型的應(yīng)用，如電力遠(yuǎn)動(dòng)，已經(jīng)把電量變送器和RTU設(shè)備合為一體的，稱為交流采樣技術(shù)，這樣省去了誤差環(huán)節(jié)，提高了系統(tǒng)的精度、可靠性，降低了系統(tǒng)的成本和安裝復(fù)雜度。目前有一種把測(cè)量和變送器合在一起的趨勢(shì)，特別是對(duì)于典型的傳感器，如熱電阻、熱電偶、應(yīng)變片等。

二線制變送器接線

三線電流型變送器接線

2.13.遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)

遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)主要是模擬量輸出，但是也有開(kāi)關(guān)量輸出的。

模擬量輸出主要形式是通過(guò)DA轉(zhuǎn)換和相應(yīng)的電路把輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號(hào)，如4～20mA，0～10V等。比如把這個(gè)信號(hào)輸出給變頻器，使之輸出頻率改變而改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制壓力，控制轉(zhuǎn)速等。遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)的開(kāi)關(guān)量形式也有，比如，通過(guò)給閥門的電機(jī)通電，讓閥門轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)時(shí)間的控制來(lái)控制閥門的開(kāi)度。正方向開(kāi)關(guān)量給電時(shí)間越長(zhǎng)，閥門開(kāi)度就越大，反方向，開(kāi)關(guān)量給電時(shí)間越長(zhǎng)，閥門開(kāi)度就越小。這種控制一般不是線性的。

典型的模擬量輸出模塊框圖