פרק 5-ב': יחידת מסוף מרוחקת RTU

פרק 5-ב': יחידת מסוף מרוחקת RTU 

RTU (Remote terminal unit) היא מכשיר אלקטרוני הנשלט על ידי מיקרו-מעבד, המממשק אובייקטים בעולם הפיזי למערכת בקרה מבוזרת או למערכת SCADA (בקרת פיקוח ורכישת נתונים) על ידי העברת נתוני טלמטריה למערכת אב, ועל ידי שימוש בהודעות מ- מערכת הפיקוח הראשית לשליטה באובייקטים מחוברים. מונחים נוספים שעשויים לשמש עבור RTU הם יחידת טלמטריה מרחוק ויחידת שליטה מרחוק.

RTU הוא גם "סוג" של PLC, אבל אין לו תצוגה משלו והוא מתקשר בעיקר דרך הפרוטוקול האלחוטי. כמו כן, הוא משמש במקומות מרוחקים במפעל שבו הסביבה מסוכנת והגישה אינה אפשרית. WAN מייצג רשת רחבה ו-LAN מייצג רשת מקומית. ניתן להבין בצורה הטובה ביותר את רשת ה-WAN באמצעות דוגמה לאינטרנט שאנו משתמשים בו. עלינו להשתמש בסוג כלשהו של רשת (Wired/Wireless) כדי לחבר את המערכות יחד כדי להעביר את הנתונים ביניהן בקלות.

ארכיטקטורה

RTU מנטר את הפרמטרים הדיגיטליים והאנלוגיים של השדה ומשדר נתונים לתחנת מאסטר SCADA. הוא מריץ תוכנת התקנה לחיבור זרמי קלט נתונים לזרמי פלט נתונים, הגדרת פרוטוקולי תקשורת ופתרון בעיות התקנה בשטח.

RTU עשוי להיות מורכב מכרטיס מעגל מורכב אחד המורכב מחלקים שונים הדרושים לביצוע פונקציה מותאמת אישית, או עשוי להיות מורכב מכרטיסי מעגלים רבים כולל מעבד או עיבוד עם ממשקי תקשורת, ואחד או יותר מהבאים: (AI) כניסה אנלוגית, (DI) כניסת דיגיטלית (סטטוס), פלט (DO/CO) דיגיטלי (או ממסר בקרה), או (AO) כרטיסי פלט אנלוגיים.

RTU יכול להיות אפילו יחידת בקרת תהליכים קטנה עם מסד נתונים קטן ל-PID, אזעקה, סינון, מגמה ופונקציות אחרות המשלימות עם כמה משימות BASIC (שפת תכנות). RTUs מודרניים תומכים בדרך כלל בתקן התכנות IEC 61131-3 עבור בקרי לוגיקה ניתנים לתכנות. מכיוון ש-RTUs עשויים להיות פרוסים במערכות שמירה על צינורות ורשתות, או בסביבות אחרות שקשה להגיע אליהן או קיצוניות (למשל בפרויקט Biosphere 2), הם נדרשים לפעול בתנאים קשים, וליישם אמצעים לחיסכון באנרגיה (כגון כיבוי מודולי IO כאשר אינם בשימוש). לדוגמה, הוא מתקשר באמצעות RS485 או קישורי תקשורת אלחוטיים בתצורת ריבוי טיפות. בתצורה מסוג זה מדובר ביחידה מרוחקת שאוספת נתונים ומבצעת משימות בקרה פשוטות. אין לו חלקים נעים והוא משתמש בהספק נמוך במיוחד ולעיתים קרובות מופעל באמצעות אנרגיה סולארית.

ספק כוח

ייכלל סוג של אספקת חשמל להפעלה מרשת ה-AC למעבדים שונים, מתחי הרטבת מצב וכרטיסי ממשק אחרים. זה עשוי להיות מורכב מממירי AC ל-DC כאשר הם מופעלים ממערכת סוללות תחנה.

RTUs עשויים לכלול סוללה ומעגל מטען כדי להמשיך לפעול במקרה של הפסקת חשמל AC עבור יישומים קריטיים שבהם סוללת תחנה אינה זמינה.

כניסות (סטטוס) דיגיטליות

רוב ה-RTUs משלבים קטע קלט או כרטיסי סטטוס קלט כדי להשיג מידע בעולם האמיתי של שני מצבים. בדרך כלל זה מושג על ידי שימוש במקור מתח מבודד או זרם כדי לחוש את המיקום של מגע מרוחק (פתוח או סגור) באתר RTU. מיקום מגע זה עשוי לייצג התקנים רבים ושונים, כולל מפסקים חשמליים, עמדות שסתומי נוזל, מצבי אזעקה ומצבים מכניים של התקנים. כניסות מונה הן אופציונליות.

כניסות אנלוגיות

RTU יכול לנטר כניסות אנלוגיות מסוגים שונים כולל 0-1 mA, 4-20 mA לולאת זרם, 0-10 V., ±2.5 V, ±5.0 V וכו'. כניסות RTU רבות מחסנות כמויות גדולות יותר באמצעות מתמרים כדי להמיר ולבודד אמיתי -כמויות בעולם מרמות קלט RTU רגישות. RTU יכול גם לקבל נתונים אנלוגיים באמצעות מערכת תקשורת ממאסטר או IED (מכשיר אלקטרוני חכם) השולח אליו ערכי נתונים.

ה-RTU או המערכת השרתת מתרגמים ומדרגים את הנתונים הגולמיים הללו ליחידות המתאימות כגון כמות המים שנותרה, מעלות טמפרטורה או מגה וואט, לפני הצגת הנתונים למשתמש באמצעות ממשק אדם-מכונה.

יציאות (ממסר בקרה) דיגיטליות

RTUs עשויים להניע ממסרי קיבולת זרם גבוהה ללוח פלט דיגיטלי (או "DO") כדי להפעיל ולכבות את המתח למכשירים בשטח. לוח ה-DO מעביר מתח לסליל בממסר, שסוגר את מגעי הזרם הגבוה, מה שמשלים את מעגל החשמל למכשיר.

יציאות RTU עשויות להיות מורכבות גם מהנעת קלט לוגי רגיש ב-PLC אלקטרוני, או מכשיר אלקטרוני אחר באמצעות כניסת 5 V רגישה.

יציאות אנלוגיות

למרות שאינן בשימוש נפוץ, יציאות אנלוגיות עשויות להיכלל לשליטה במכשירים הדורשים כמויות משתנות, כגון מכשירי הקלטה גרפיים (תרשימי רצועה). כמויות נתונים מסוכמים או מעובדים עשויות להיווצר במערכת מאסטר SCADA ופלט להצגה מקומית או מרחוק, היכן שצריך.

שליטה בתוכנה ובלוגיקה

RTUs מודרניים מסוגלים בדרך כלל להפעיל תוכניות פשוטות באופן אוטונומי מבלי לערב את המחשבים השרתים של מערכת DCS או SCADA כדי לפשט את הפריסה ולספק יתירות מטעמי בטיחות. ל-RTU במערכת ניהול מים מודרנית יהיה בדרך כלל קוד לשינוי ההתנהגות שלו כאשר מתגי עקיפה פיזיים ב-RTU מוחלפים במהלך תחזוקה על ידי צוות תחזוקה. זה נעשה מטעמי בטיחות; תקשורת שגויה בין מפעילי המערכת לצוות התחזוקה עלולה לגרום למפעילי המערכת להפעיל בטעות אספקת חשמל למשאבת מים בעת החלפתה, למשל.

לצוות התחזוקה צריך להיות כל ציוד שהם עובדים עליו מנותק מהחשמל ונעול כדי למנוע נזק ו/או פציעה.

תקשורת

ניתן לממשק RTU למספר תחנות מאסטר ו- IEDs (התקנים אלקטרוניים חכמים - Intelligent Electronic Devices) עם פרוטוקולי תקשורת שונים (בדרך כלל טוריים (RS-232, RS-485, RS-422) או Ethernet). RTU עשוי לתמוך בפרוטוקולים סטנדרטיים (Modbus, IEC 60870-5-101/103/104, DNP3, IEC 60870-6-ICCP, IEC 61850 וכו') כדי להתממשק לכל תוכנת צד שלישי.

העברת נתונים עשויה להתבצע משני קצוות באמצעות טכניקות שונות כדי להבטיח סנכרון עם תעבורת נתונים מינימלית. המאסטר רשאי לסקור את היחידה הכפופה לו (מאסטר ל-RTU או RTU ל-IED) לשינויים בנתונים על בסיס תקופתי. שינויים בערכים אנלוגיים ידווחו בדרך כלל רק על שינויים מחוץ לגבול מוגדר מהערך האחרון ששודר. ערכים דיגיטליים (סטטוס) צופים בטכניקה דומה ומשדרים רק קבוצות (בתים) כאשר נקודה (סיבית) אחת משתנה. שיטה נוספת בה נעשה שימוש היא כאשר יחידה כפופה יוזמת עדכון נתונים לאחר שינוי קבוע מראש בנתונים אנלוגיים או דיגיטליים. העברת נתונים מלאה חייבת להתבצע מעת לעת, בכל אחת מהשיטות, כדי להבטיח סנכרון מלא ולחסל נתונים מיושנים. רוב פרוטוקולי התקשורת תומכים בשתי השיטות, ניתנות לתכנות על ידי המתקין.

מספר RTUs או IEDs עשויים לחלוק קו תקשורת, בתכנית מרובת שחרורים, מכיוון שהיחידות מטופלות באופן ייחודי ומגיבות רק לסקרים ולפקודות שלהן.

תקשורת IED

תקשורת IED מעבירה נתונים בין ה-RTU לבין IED (התקנים אלקטרוניים חכמים). זה יכול לבטל את הצורך בכניסות מצב חומרה רבות, כניסות אנלוגיות ויציאות ממסר ב-RTU. התקשורת מתבצעת באמצעות קווי נחושת או סיבים אופטיים.

מאסטר תקשורת

תקשורת מאסטר מתרחשת בדרך כלל בין RTU לבין מערכת בקרה גדולה יותר או מערכת איסוף נתונים (המשולבת במערכת גדולה יותר). ניתן להעביר נתונים באמצעות מערכת תקשורת נחושת, סיבים אופטיים או תדר רדיו.

יישומים

ניטור מרחוק של פונקציות ומכשור עבור:

• נפט וגז (פלטפורמות ימיות, בארות נפט יבשתיות, תחנות שאיבה על צינורות)
• רשתות של תחנות שאיבה (איסוף שפכים, או לאספקת מים)
• מערכות ניטור סביבתיות (זיהום, איכות אוויר, ניטור פליטות)
• ציוד תעבורה אווירית כגון עזרי ניווט (DVOR, DME, ILS ו-GP)

ניטור ובקרה מרחוק של פונקציות ומכשור עבור:

• הידרו-גראפי (אספקת מים, מאגרים, מערכות ביוב)
• רשתות הולכת חשמל וציוד נלווה
• רשתות גז טבעי וציוד נלווה
• סירנות אזהרה חיצוניות
• פרויקט Biosphere II

מה ללמוד כדי להפעיל RTU?

הפעלת יחידת מסוף מרוחקת (RTU) בהקשר של מערכת בקרה תעשייתית או סביבת SCADA (בקרה פיקוח ורכישת נתונים) כרוכה בהבנת היבטי החומרה והתוכנה של המכשיר, כמו גם כיצד הוא משתלב במערכת הרחבה יותר. הנה מה שאתה צריך לדעת וללמוד:

ידע בסיסי:

• אלקטרוניקה בסיסית: הכר את עצמך עם רכיבים, מעגלים ועקרונות אלקטרוניים בסיסיים.
• מערכות בקרה: הבן את היסודות של מערכות בקרה וכיצד הן פועלות.

חומרת RTU:

• מודולי קלט/פלט (I/O): למד על הסוגים השונים של מודולי I/O (אנלוגי, דיגיטלי וכו') וכיצד הם מתממשקים עם חיישנים ומפעילים.
• אספקת חשמל: הבן את דרישות החשמל של ה-RTU וכל פתרונות כוח גיבוי (כמו סוללות).
• ממשקי תקשורת: הכר את יציאות התקשורת והשיטות בהן ה-RTU תומך (למשל, טורי, Ethernet, אלחוטי).

תוכנה ותצורה של RTU:

• תכנות: RTUs עשויים לדרוש תכנות כדי להגדיר את ההתנהגות שלהם. זה יכול להיות כרוך בהיגיון סולם, סקריפטים או שיטות אחרות.
• כלי תצורה: הבן את כלי התוכנה המסופקים על ידי יצרן ה-RTU עבור תצורה ואבחון.

פרוטוקולי תקשורת:

• פרוטוקולים תעשייתיים: למד על פרוטוקולי תקשורת תעשייתיים שבהם ה-RTU עשוי להשתמש, כגון Modbus, DNP3, IEC 60870-5 וכו'.
• אבטחת רשת: הבן כיצד לאבטח תקשורת RTU, במיוחד אם היא חלק מתשתית קריטית.

אינטגרציה עם SCADA:

• דע כיצד ה-RTU מתממשק עם המאסטר של SCADA או מערכות בקרה אחרות.
• הבן את זרימת הנתונים וכיצד ה-RTU מדווח נתונים ומקבל פקודות.

תחזוקה ופתרון בעיות:

• אבחון: למד כיצד לפרש נוריות אבחון, יומנים או מחוונים אחרים.
• עדכוני קושחה: הבן כיצד לעדכן בבטחה את הקושחה של ה-RTU כדי ליהנות מעדכונים או תיקונים.
• שיקולים סביבתיים: RTUs ממוקמים לעתים קרובות בסביבות קשות. דעו כיצד להגן עליהם מפני אבק, מים, טמפרטורות קיצוניות וכו'.

בטיחות ותאימות:

• בטיחות תעשייתית: הבן פרוטוקולי בטיחות בעת עבודה בסביבות תעשייתיות.
• תקנים רגולטוריים: הכר את כל התקנות או הסטנדרטים הספציפיים לתעשייה החלים על RTUs.

גיבוי ושחזור:

• ודא שיש לך תהליך לגיבוי התצורה והנתונים של ה-RTU.
• הכר את ההליך להחזרת ה-RTU למצבו התפעולי לאחר תקלה.

למעשה, הפעלת RTU דורשת שילוב של ידע טכני, ניסיון מעשי ומחויבות מתמשכת ללמידה והתאמה לאתגרים וטכנולוגיות חדשות.