遠(yuǎn)程終端單元（RTU）的使用出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代的美國(guó)石油天然氣行業(yè)，今天已經(jīng)發(fā)展到了基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境保護(hù)、供熱網(wǎng)管、水力工程和長(zhǎng)距離管道應(yīng)用中。
        RTU被引入主要用于幫助工業(yè)企業(yè)有效地應(yīng)對(duì)大型分散作業(yè)。它們與監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA）緊密地結(jié)合在一起，通過有效地實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)控、診斷和資產(chǎn)管理，為分散的資產(chǎn)提供數(shù)據(jù)采集和分析。

圖1 很多工業(yè)應(yīng)用中要求實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控，包括石油天然氣、電力、污水處理和環(huán)境監(jiān)控。圖片來源：Honeywell Process Solutions

                本文的討論將會(huì)聚焦于RTU技術(shù)的近期發(fā)展，介紹其如何在廣泛的工業(yè)應(yīng)用中對(duì)數(shù)據(jù)采集和控制進(jìn)行優(yōu)化。
        為什么選擇RTU？
        很多工業(yè)應(yīng)用中要求實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控，包括石油天然氣、電力、污水處理和環(huán)境監(jiān)控。其共性部分在于需要對(duì)分散于廣闊的地理區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控。大量遠(yuǎn)程安裝的RTU和安裝在危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的RTU需要使用來自于傳感和測(cè)量設(shè)備的數(shù)據(jù)和警報(bào)，然后將這些信息發(fā)送給位于控制室的SCADA系統(tǒng)。RTU也有可能接收來自于站點(diǎn)的數(shù)據(jù)用于完成過程任務(wù)。
        SCADA通常指用來監(jiān)控和控制整個(gè)設(shè)施的系統(tǒng)或者指分布于廣泛的地理范圍內(nèi)的綜合系統(tǒng)。通常來說，SCADA在工廠范疇之外操控事務(wù)，而DCS（分布式控制系統(tǒng)）的控制更多地聚焦于工廠和過程單元更加密集的項(xiàng)目。
        RTU通過對(duì)其輸入進(jìn)行掃描來工作，通常掃描速率很快。它還會(huì)執(zhí)行某些處理任務(wù)，例如狀態(tài)轉(zhuǎn)變處理、為變化添加時(shí)間標(biāo)簽以及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)等待SCADA主站輪詢。某些RTU具有向SCADA主站進(jìn)行初始報(bào)告的功能，而其他RTU依賴于SCADA系統(tǒng)對(duì)RTU發(fā)出指令并作出變更響應(yīng)。RTU還能夠完成警報(bào)處理，特別是針對(duì)一些受損網(wǎng)絡(luò)或者窄帶網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)的更新速率較低，僅僅依靠SCADA管理警報(bào)很有可能忽略重大事件。
        SCADA系統(tǒng)中的RTU所具備的的數(shù)據(jù)采集功能差異很大。RTU的設(shè)計(jì)使其既能夠讀取模擬測(cè)量數(shù)據(jù)也能夠讀取數(shù)字狀態(tài)數(shù)據(jù)。它使用配置軟件將輸入數(shù)據(jù)流與輸出數(shù)據(jù)流連接起來，定義通訊協(xié)議，然后對(duì)安裝故障進(jìn)行排查。
        在很多工業(yè)應(yīng)用中，數(shù)據(jù)采集始于RTU層級(jí)，包括測(cè)量讀數(shù)和設(shè)備狀態(tài)報(bào)告，然后按需發(fā)送給SCADA系統(tǒng)。數(shù)據(jù)隨后被編譯并格式化處理，確?？刂剖也僮魅藛T或者使用HMI的管線控制器能夠?qū)ψ兓瘓?zhí)行監(jiān)督?jīng)Q策。由于執(zhí)行類似監(jiān)控和控制功能的RTU的數(shù)量十分龐大，所以通常使用表格進(jìn)行整理。這與DCS面向過程的顯示方式不同。而且，數(shù)據(jù)可以提供給歷史數(shù)據(jù)應(yīng)用程序，用于實(shí)現(xiàn)趨勢(shì)分析和其他分析。
        市場(chǎng)上有兩種基本的RTU類型，一種是單板RTU，其結(jié)構(gòu)緊湊將所有I/O集成在一塊母版上。另一種是模塊化RTU，具有獨(dú)立的CPU模塊，通常只需要插在底板上就可以添加其他的模塊。
        技術(shù)發(fā)展
        今天的RTU具有更強(qiáng)的可編程能力，支持更多的通訊方式和協(xié)議。它們?yōu)檫h(yuǎn)程控制應(yīng)用增加了更大的靈活性。處于這個(gè)原因，RTU現(xiàn)在被廣泛地應(yīng)用在關(guān)鍵的工業(yè)自動(dòng)化環(huán)境中，例如快速發(fā)展的“綠色”工業(yè)，太陽(yáng)能發(fā)電站、風(fēng)力發(fā)電廠和智能樓宇等都是RTU的新應(yīng)用領(lǐng)域。
        由于多種原因，RTU正在被廣泛地接納：
        ■ 在競(jìng)爭(zhēng)激烈的商業(yè)環(huán)境中，企業(yè)對(duì)于信息的需求迫切。以前，一些測(cè)量作業(yè)不得不被放棄，因?yàn)樗鼈冞^于分散，而數(shù)據(jù)采集的成本過于高昂?，F(xiàn)在進(jìn)入了“大數(shù)據(jù)”時(shí)代，數(shù)據(jù)采集的重要性不言而喻。
        ■ 由于商業(yè)和生產(chǎn)的地域越來越廣，它們遍布于廣泛的地理區(qū)域內(nèi)，本地支持將是一種非常昂貴的方式。管理要求使用遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集方案，即使在分散的企業(yè)也是如此。
        ■ 那些需要不連續(xù)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集的企業(yè)對(duì)于投資成本有一定考慮，它們會(huì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)今較為廉價(jià)的RTU系統(tǒng)不失為一個(gè)好的選擇。
        ■ 新興的3G和4G網(wǎng)絡(luò)加上新型無線設(shè)備，都導(dǎo)致RTU信號(hào)傳輸方法更加可靠和劃算。
        ■ 經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的光伏技術(shù)和改進(jìn)后的電池，加上新型的低功耗RTU，一掃以前RTU不經(jīng)濟(jì)的陰霾。
        性能提升
        最近幾年，RTU在硬件和軟件技術(shù)上獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。這些進(jìn)步確保更多的儀器儀表可以被置于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)可以被成功地發(fā)送回控制室。傳統(tǒng)RTU根植于專用操作系統(tǒng)和架構(gòu)，新型的儀器儀表采用嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，使其具有更高的性價(jià)比，應(yīng)用也更為靈活。
        RTU的設(shè)計(jì)也愈發(fā)進(jìn)步，提供更優(yōu)的通訊、數(shù)據(jù)庫(kù)和信號(hào)傳輸能力。設(shè)備具有低功耗特性，可以作為傳感器網(wǎng)絡(luò)的中繼站點(diǎn)，也可以作為現(xiàn)場(chǎng)用戶的登錄點(diǎn)。它們還能夠響應(yīng)用戶的需求從特定傳感器收集數(shù)據(jù)。
        現(xiàn)代RTU更進(jìn)一步，將來自于自動(dòng)化、監(jiān)控和遙感的特性集成一體。它們通常配備有以太網(wǎng)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)能力，允許用戶在手機(jī)、平板電腦或者筆記本電腦上，借助網(wǎng)頁(yè)從以太網(wǎng)或者內(nèi)網(wǎng)、電子郵件和文本消息讀取現(xiàn)場(chǎng)信息（見圖2）。

圖2  現(xiàn)代RTU將的自動(dòng)化能力、監(jiān)控功能和遙感功能集于一身。

                新型RTU的設(shè)計(jì)能夠幫助工業(yè)企業(yè)監(jiān)督和維護(hù)大型分散設(shè)施，覆蓋上百甚至上千個(gè)遠(yuǎn)程生產(chǎn)設(shè)備。這需要借助負(fù)載的遠(yuǎn)程自動(dòng)化和控制應(yīng)用的幫助。
        RTU和SCADA系統(tǒng)的聯(lián)手允許用戶通過高效的遠(yuǎn)程監(jiān)控、診斷和資產(chǎn)管理挖掘分散設(shè)備的生產(chǎn)潛力。有些產(chǎn)品的設(shè)計(jì)能夠通過內(nèi)置的板載智能I/O優(yōu)化這一過程，將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理功能集成，例如提取設(shè)備數(shù)據(jù)和診斷以及運(yùn)營(yíng)手段等功能全部依靠RTU 來實(shí)現(xiàn)。
        供應(yīng)商還在提升RTU的整體用戶體驗(yàn)上做足了功課。例如引入可移除的插接式端子塊，簡(jiǎn)化了接線，縮短了機(jī)柜裝配所需的工時(shí)。其他的改進(jìn)包括便于未來擴(kuò)展的模塊化設(shè)計(jì)以及整體復(fù)制能力。強(qiáng)大的批量配置工具幫助用戶將配置文件從模板中復(fù)制到多個(gè)RTU中，一次設(shè)置多個(gè)RTU，不同的RUT參數(shù)可以隨后在每一個(gè)副本上獨(dú)立更新。
        派遣人員趕赴遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)的時(shí)代已經(jīng)一去不復(fù)返了。這不僅僅成本高昂，也并不安全——而且這僅僅是到現(xiàn)場(chǎng)走一趟而已。保留了傳統(tǒng)RTU數(shù)據(jù)登陸和子系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間良好的通訊能力，加上帶有HART功能的新穎的智能設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了RTU和站點(diǎn)更好地故障建模。這意味著可以根據(jù)遠(yuǎn)程資產(chǎn)的實(shí)際健康水平做出更好的決策，推遲現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)服務(wù)的時(shí)間。
        與SCADA系統(tǒng)集成
        SCADA系統(tǒng)最近幾年發(fā)展迅速，采用了更多智能傳感器和控制器、更強(qiáng)大的計(jì)算架構(gòu)和更復(fù)雜的應(yīng)用程序。它們能夠更好地分析數(shù)據(jù)，為作業(yè)人員提供更好的監(jiān)控和管理能力。
        現(xiàn)代SCADA系統(tǒng)能夠在上千個(gè)分散設(shè)施上簡(jiǎn)化工程復(fù)雜度，提供優(yōu)化的HMI功能。借助模板對(duì)大量類似資產(chǎn)的信息進(jìn)行表格化管理，加上基于任務(wù)的作業(yè)板，告知操作人員和管線控制器需要關(guān)注的事項(xiàng)。一度非常耗時(shí)的監(jiān)控任務(wù)現(xiàn)在只需幾秒就可以完成，而且使用了輔助工具后，每一個(gè)操作人員的狀態(tài)都能達(dá)到，因?yàn)镽TU能夠確保升級(jí)至狀態(tài)。如果管線與過程工廠連接，今天的SCADA系統(tǒng)還能夠作為集成的通用HMI使用，與DCS類似。不再需要各種不同的作業(yè)平臺(tái)了。
        然而，當(dāng)今市場(chǎng)上的RTU和PLC種類繁多，SCADA系統(tǒng)工程師和決策者也面臨著一些挑戰(zhàn)。對(duì)于某一給定SCADA應(yīng)用，哪一等級(jí)的設(shè)備能夠提供的功能、擴(kuò)展性和性價(jià)比？
        籠統(tǒng)地說，PLC的設(shè)計(jì)更適合于工廠車間，和配有大量本地I/O的可編程自動(dòng)化應(yīng)用。分布于遠(yuǎn)程站點(diǎn)的廣域SCADA系統(tǒng)則是RTU的核心競(jìng)爭(zhēng)力。它們能夠在本地子系統(tǒng)和遠(yuǎn)程上行網(wǎng)絡(luò)的通訊網(wǎng)絡(luò)接口、通訊協(xié)議、廣域網(wǎng)智能作業(yè)、數(shù)據(jù)采集能力和低功耗設(shè)計(jì)方面滿足用戶的需求。RTU還能夠在石油天然氣、電力和基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用中的危險(xiǎn)場(chǎng)所和嚴(yán)酷的條件下作業(yè)。
        通過通信外設(shè)、存儲(chǔ)和處理功能，RTU控制器就能夠完成復(fù)雜的通訊作業(yè)（例如編碼），或者大量的前端數(shù)據(jù)處理，包括時(shí)間戳協(xié)議、歷史數(shù)據(jù)的時(shí)間戳和歷史數(shù)據(jù)檢索功能等。SCADA系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員還能夠采用分布式RTU，以降低整體架構(gòu)的部署成本。
        RTU技術(shù)在不停發(fā)展，在功能特性上也越來越完備。使其從基本的數(shù)據(jù)采集和本地控制應(yīng)用向智能數(shù)據(jù)管理方向發(fā)展，極大地提升了作業(yè)效率和可靠性，降低了維護(hù)成本，并減少了作業(yè)人員赴現(xiàn)場(chǎng)的次數(shù)。