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（第二屆“安控杯”SCADA/RTU技術(shù)與應(yīng)用征文比賽三等獎(jiǎng)作品）

方原柏

1  概述

    隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和對(duì)生產(chǎn)過程自動(dòng)化要求的不斷提高，利用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)作為數(shù)據(jù)測(cè)量、采集處理和過程控制的基本手段，并與計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)相結(jié)合的分布式監(jiān)控系統(tǒng)，已取代集中式系統(tǒng)成為控制系統(tǒng)硬件發(fā)展的趨勢(shì)。遠(yuǎn)程測(cè)控終端（RTU）作為體現(xiàn)“測(cè)控分散、管理集中”思路的產(chǎn)品從上世紀(jì)八十年代起介紹到中國(guó)并迅速得到廣泛的應(yīng)用。

    在眾多的遠(yuǎn)程測(cè)控終端（RTU）產(chǎn)品中，英國(guó)施倫伯杰公司的IMP、解放軍南京工程兵學(xué)院的893-IDCB和北京安控科技發(fā)展有限公司的SuperE是國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多并具有代表性的遠(yuǎn)程測(cè)控終端。本文將對(duì)這三種產(chǎn)品作一簡(jiǎn)單介紹，并對(duì)其性能進(jìn)行綜合比較。

2  三種遠(yuǎn)程測(cè)控終端（RTU）產(chǎn)品介紹

2.1  IMP遠(yuǎn)程測(cè)控終端

    英國(guó)施倫伯杰（Schelumberger）公司上世紀(jì)八十年代初期開發(fā)的IMP遠(yuǎn)程測(cè)控終端是一個(gè)軟硬件齊全的微處理器，它的外形是一個(gè)密封的鑄鋁扁平盒體（尺寸為433mm?15mm?5mm），它可以適應(yīng)環(huán)境較為惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，有較高的測(cè)量精確度和在一定范圍內(nèi)可變的多種測(cè)量參數(shù)（如直流模擬量輸入遠(yuǎn)程測(cè)控終端可測(cè)量參數(shù)類型有直流電流、直流電壓、熱電偶輸入；直流電壓輸入量程可為20mV、200mV、2V、12V；直流電流0～20mA；熱電偶輸入可為分度號(hào)B、E、J、K、N、T、R、S的多個(gè)溫度測(cè)量范圍）。IMP遠(yuǎn)程測(cè)控終端所完成的工作可由軟件進(jìn)行設(shè)定，如設(shè)置各通道的測(cè)量參數(shù)類型（包括熱電偶的分度號(hào)）和測(cè)量范圍、設(shè)定熱電偶是否帶冷端溫度補(bǔ)償?shù)鹊取?/SPAN>IMP遠(yuǎn)程測(cè)控終端的品種有兩種型號(hào)的直流模擬量輸入、電阻量輸入、直流模擬量輸出及開關(guān)量輸入/輸出等等。

2.2  893-IDCB遠(yuǎn)程測(cè)控終端

    解放軍南京工程兵學(xué)院微機(jī)測(cè)控研究所在上世紀(jì)八十年代后期生產(chǎn)的893-IDCB遠(yuǎn)程測(cè)控終端，其結(jié)構(gòu)與IMP相似，但功能更強(qiáng)、價(jià)格更低。它采用了INTEL8031單片微機(jī)及進(jìn)口大規(guī)模集成電路，其外形尺寸為455mm?30mm?0mm，采用鋼殼密封，防塵防潮，較鋁殼抗干擾能力更強(qiáng)。其功能不僅有數(shù)據(jù)采集，還可以完成工程單位變換、越限報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、事件順序記錄、量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換、熱電偶冷端溫度補(bǔ)償、零點(diǎn)及增益校正、存貯濾波周期設(shè)定、硬件自檢、故障顯示、掉電保護(hù)和自復(fù)位等功能，從而大大減輕主機(jī)負(fù)擔(dān)，提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐率。

    893-IDCB遠(yuǎn)程測(cè)控終端的品種較多，如兩種型號(hào)的模擬量輸入、三種型號(hào)的電阻量輸入、三種型號(hào)的數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出、數(shù)字量輸入/輸出、直流模擬量輸出、工頻交流量輸入、智能調(diào)節(jié)器等等。

2.3  SuperE遠(yuǎn)程測(cè)控終端

    北京安控科技發(fā)展有限公司的SuperE遠(yuǎn)程測(cè)控終端是2001年10月推出的，它征求了諸多專家的意見，采用了在終端內(nèi)部由用戶選擇不同類型的輸入輸出信號(hào)通道的方式。其外形尺寸為447mm?50mm?31mm，通常面板上帶有液晶顯示器及鍵盤。

    多塊SuperE遠(yuǎn)程測(cè)控終端可通過多種通訊方式與計(jì)算機(jī)相連，由于有強(qiáng)大的軟件功能，支持梯級(jí)邏輯圖、PID算法等功能，因而可構(gòu)成帶邏輯控制、PID回路控制功能的監(jiān)控系統(tǒng)。

3  性能比較

3.1  外形

    三種遠(yuǎn)程測(cè)控終端外形尺寸相近。英國(guó)施倫伯杰公司的IMP、解放軍南京工程兵學(xué)院的893-IDCB（面板式安裝帶顯示面板的智能調(diào)節(jié)器除外）相當(dāng)于是一個(gè)黑匣子，沒有顯示器及操作鍵盤，操作及顯示都要在上位計(jì)算機(jī)上進(jìn)行。而北京安控科技發(fā)展有限公司的SuperE可按照用戶要求帶液晶顯示器及操作鍵盤，液晶顯示器為單色，顯示分辨率為240?28，顯示器的顯示對(duì)比度及背光可在線顯示及調(diào)節(jié)，在遠(yuǎn)程測(cè)控終端的液晶顯示器及操作鍵盤上還可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、現(xiàn)場(chǎng)操作、現(xiàn)場(chǎng)診斷、現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)、現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)。其最大組態(tài)畫面數(shù)為40頁，畫面動(dòng)態(tài)元素最大數(shù)量為40個(gè)，操作鍵盤有28個(gè)，可見其操作能力很強(qiáng)、顯示功能非常豐富。

3.2  品種

    IMP的品種比較少，只有直流模擬量輸入、電阻量輸入、直流模擬量輸出及開關(guān)量輸入/輸出等少數(shù)幾個(gè)品種，但每一個(gè)RTU的通用性較好，如模擬量輸入RTU可接受熱電偶、直流電流、直流電壓三種類型的輸入信號(hào)，每一類信號(hào)又有多個(gè)分度號(hào)或多個(gè)量程可供選擇；又如電阻量輸入RTU可接受電阻、直流電壓、Pt100、應(yīng)變量四種類型的輸入信號(hào)，每一類信號(hào)又有多種橋路類型或多個(gè)量程可供選擇；再如開關(guān)量輸入/輸出RTU可自由選擇各點(diǎn)是開關(guān)量輸入還是開關(guān)量輸出。這種靈活性是同時(shí)期其它儀表所不曾具有的，所以它的通用輸入特性受到普遍歡迎。

    893-IDCB繼承了IMP上述優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)它又根據(jù)用戶需要，開發(fā)了很多新品種RTU，如工頻交流量輸入、智能調(diào)節(jié)器等，以適應(yīng)國(guó)內(nèi)（特別是電廠）對(duì)電量信號(hào)的采集及PID調(diào)節(jié)回路的要求。

    SuperE則選擇了另一個(gè)思路，它在每一塊RTU內(nèi)部均可配置模擬量輸入、模擬量輸出、開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、脈沖量輸入五種類型的信號(hào)通道，最大通道數(shù)為35個(gè)。用戶選型時(shí)只要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集類型及數(shù)量的要求確定五類信號(hào)通道是否都需選用及每一類信號(hào)的通道數(shù)。而每一個(gè)特定的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)往往不是只有單一的信號(hào)類型，例如污水處理的曝氣沉淀池，它有溫度、液面、流量、pH值等模擬量輸入信號(hào)，也有控制調(diào)節(jié)閥動(dòng)作的模擬量輸出信號(hào)，還有泵、閘門開啟關(guān)閉的開關(guān)量輸入和輸出信號(hào)，甚至某些流量信號(hào)可能是脈沖量輸入信號(hào)。所以生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)要求的是可接受不同信號(hào)類型的混合型RTU。而且，不同的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各類信號(hào)類型的點(diǎn)數(shù)差別很大，它又要求各類信號(hào)的點(diǎn)數(shù)可以靈活選擇。在IMP、893-IDCB等RTU現(xiàn)場(chǎng)配線時(shí)，要將單一信號(hào)類型都接入同一個(gè)RTU，必定有部分信號(hào)的連接電纜加長(zhǎng)。所以像SuperE這樣混合型信號(hào)輸入輸出且點(diǎn)數(shù)可以適當(dāng)變動(dòng)的RTU，就可以靈活地適應(yīng)各類生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的要求，不僅方便用戶選型，還可節(jié)省RTU的數(shù)量及減少信號(hào)電纜的用量。

    SuperE小型化的產(chǎn)品SuperE-M，最多15路I/O，它集成了最新的GPRS（通用分組無線業(yè)務(wù)）技術(shù)。另一個(gè)產(chǎn)品是SuperE-S，它采用模塊化積木式結(jié)構(gòu)，I/O通道數(shù)可少到幾個(gè)，多到600個(gè)。增加了這些產(chǎn)品后，用戶選型時(shí)挑選的余地更大了。

3.3  電源

    S-網(wǎng)絡(luò)的IMP數(shù)量為5塊或5塊以下時(shí)，RTU可直接由主計(jì)算機(jī)供電；IMP數(shù)量超過5塊時(shí)，由外部供電，電源等級(jí)為12～50VDC。

    893-IDCB使用220VAC電源，也可按特殊要求，采用12～36VDC供電。

    SuperE使用220VAC電源、24VDC供電、12V太陽能電池供電，具有省電模式，并具備電池充電和后備功能。省電模式是指在軟件控制下RTU 進(jìn)入休眠狀態(tài)，電耗降低，而一旦有中斷輸入，系統(tǒng)就恢復(fù)供電，這特別適用于太陽能電池供電。SuperE另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可向現(xiàn)場(chǎng)儀表（如變送器）提供隔離的24V電源輸出，從而大大減少了配電用的專用電源、連接導(dǎo)線及接線工作量。

3.4  通訊

    IMP遠(yuǎn)程測(cè)控終端通過S-網(wǎng)絡(luò)相連，S-網(wǎng)絡(luò)是一根總長(zhǎng)可達(dá)1000m的專用雙芯雙絞屏蔽電纜，其通訊波特率為163Kbps，每秒可完成1000個(gè)通道的掃描。與主計(jì)算機(jī)的連接是通過S-網(wǎng)絡(luò)適配器，主機(jī)數(shù)只能是一臺(tái)。

    893-IDCB遠(yuǎn)程測(cè)控終端通過893-網(wǎng)絡(luò)相連，893-網(wǎng)絡(luò)是一根總長(zhǎng)可達(dá)1200m的普通雙芯雙絞屏蔽電纜，其通訊波特率為187.5Kbps, 每秒可完成1600個(gè)通道的掃描。與計(jì)算機(jī)的連接是通過893-網(wǎng)絡(luò)適配器，為多主機(jī)系統(tǒng)，主機(jī)數(shù)最多為31臺(tái)。

    SuperE在通訊方面則靈活得多，它采用標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議和多種通訊方式進(jìn)行通訊，可提供兩路對(duì)外通訊接口。例如可采用以下通訊方式：RS232、RS485、無線電臺(tái)、遠(yuǎn)程撥號(hào)通訊、衛(wèi)星通訊、專線通訊，通訊距離RS232為16m、RS485為1200m、無線電臺(tái)為數(shù)十千米，專線通訊也超過10km。用戶可根據(jù)使用環(huán)境從多種通訊方式種中進(jìn)行選擇或組合。它還支持標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS RTU/ASCII通訊協(xié)議，也可以自定義通訊協(xié)議。在2003年4月安控公司昆明新產(chǎn)品發(fā)布會(huì)上還介紹了SuperE 加GPRS模塊后的SMS（短信息業(yè)務(wù)）無線傳輸方式，這是一種與手機(jī)發(fā)短信息相似的傳輸方式，與上述傳輸方式相比，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資省、傳輸可靠等優(yōu)點(diǎn)。

3.5  系統(tǒng)功能

    IMP只能構(gòu)成單一功能的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，不能進(jìn)行PID回路控制和邏輯控制。

    893-IDCB因其品種中有智能調(diào)節(jié)器，所以它可以構(gòu)成帶PID回路控制的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，但這種PID回路控制較復(fù)雜。

    SuperE的軟件中包括邏輯梯級(jí)圖程序和C程序，邏輯梯級(jí)圖程序可完成一般的計(jì)算、邏輯控制、PID回路控制等功能；C程序可完成復(fù)雜的計(jì)算、邏輯控制、PID回路控制等功能，所以它可以構(gòu)成帶邏輯控制、PID回路控制的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)通常也可以稱之為PLC或DCS系統(tǒng)。

3.6  軟件

    IMP僅提供驅(qū)動(dòng)程序、基于Windows的組態(tài)軟件包等少數(shù)軟件。

    893-IDCB僅提供網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序、網(wǎng)絡(luò)演示調(diào)試程序及與多種工控軟件的接口程序等軟件。

    SuperE采用的是多任務(wù)系統(tǒng)，其內(nèi)部程序包括：監(jiān)控程序、邏輯梯級(jí)圖程序、C程序、屏幕組態(tài)程序等四部分。監(jiān)控程序控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，完成數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、通訊等工作；邏輯梯級(jí)圖程序可完成一般的計(jì)算、邏輯控制、PID調(diào)節(jié)等功能；C程序可完成復(fù)雜的計(jì)算、邏輯控制、PID調(diào)節(jié)等功能，也可實(shí)現(xiàn)自定義的通訊協(xié)議；屏幕組態(tài)程序完成屏幕畫面的組態(tài)顯示。SuperE還可提供多種氣體流量算法和專用監(jiān)測(cè)、控制軟件包，如污水處理、水源井控制、抽油機(jī)控制、油氣計(jì)量專用軟件包，用戶也可以進(jìn)行二次開發(fā)。