第四章、遠(yuǎn)程終端單元（RTU）

        2.9. 概述

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

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

        遠(yuǎn)程信號指應(yīng)用通信技術(shù)，完成對設(shè)備狀態(tài)信息的監(jiān)視，如告警狀態(tài)或開關(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)，完成對具有兩個以上狀態(tài)的運行設(shè)備的控制;同義詞：遙調(diào)。

        本章節(jié)只想對測量技術(shù)做一個粗略的介紹，讓讀者有一個概括性的了解，而不會深入到技術(shù)細(xì)節(jié)去討論某個功能怎么實現(xiàn)。

        2.10.遠(yuǎn)程信號

        本遠(yuǎn)程信號的實質(zhì)是開關(guān)量狀態(tài)的采集和傳輸。開關(guān)量的采集現(xiàn)在一般都采用光電耦合器進行隔離，過去也有其它的方法。下圖是一個型號的遙信輸入電路：

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

        本這是另外一種型號的開關(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。作為計算機系統(tǒng)掃描輸入的IO口，或者擴展的數(shù)字輸入，就能得到開關(guān)量的狀態(tài)。

        本如果掃描速度夠快，就能發(fā)現(xiàn)開關(guān)量輸入狀態(tài)的變化，可以用于低頻的計數(shù)，有時稱為遙脈。一組開關(guān)量輸入，如果每位的權(quán)重不一樣，組合起來，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。有時為了研究事件發(fā)生的順序，需要記下開關(guān)量狀態(tài)發(fā)生變化的時刻，這種信息稱為帶時標(biāo)的開關(guān)量，稱為SOE。光耦的耐壓一般在3500V以下，也有特殊的型號耐壓可以超出這個數(shù)字，所以不能用光耦隔離共模電壓很高的場合。

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

        2.11.遠(yuǎn)程命令

        遠(yuǎn)程命令的實質(zhì)是開關(guān)量輸出，下圖是一個典型的繼電器輸出：

        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)計指應(yīng)用于要求非常高的場合，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，可以降低觸點間的過電壓和火花，大大提高觸點

        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，但是其動作速度慢，不能控制非常小的信號(如毫伏、微安級信號)，壽命有限，并不能適合所有場合。開關(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，對于過電壓耐受能力比較差;可以快速動作，可以控制非常微弱的信號。

        2.12.遠(yuǎn)程測量

        遠(yuǎn)程測量也就是模擬量輸入，一般通過AD轉(zhuǎn)換和多路模擬量開關(guān)進行多路切換測量?，F(xiàn)在的AD價格已經(jīng)很便宜了，有的AD甚至把多路模擬開關(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)程測量肯定離不開變送器和傳感器，變送器是把物理信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號的設(shè)備。傳感器是把物理信號變?yōu)榭呻姕y量信號的設(shè)備。

        最簡單的例子就是溫度測量，傳感器采用PT100，PT100傳感器是一個熱敏電阻傳感器，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電阻信號轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的二線制4～20mA信號。如果變送器的范圍是0～100攝氏度，在0攝氏度時，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，其信號非常復(fù)雜，一般包括如下的幾種信號0～10V,0～5V，0～20mA，4～20mA幾種量程。以4～20mA信號最為常用，一般的變送器都變送成4～20mA的信號輸出。

        4～20mA信號又很多優(yōu)點，比如可以方便的判斷開路，可以方便的采用2線制供電，傳輸距離長(因為是恒流的)，不容易受到干擾等等。但是AD轉(zhuǎn)換一般都是電壓輸入的，需要通過電阻變成電壓信號才能采集，另外由于是2線制的，一個儀表給2個采集裝置非常困難，只有通過專門的設(shè)備才能實現(xiàn)。

        模擬開關(guān)可以是電子開關(guān)，最為簡單的是CMOS的CD4066型號，價錢才幾塊錢，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關(guān)進行多路的選擇，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到400V，具體怎么實現(xiàn)，卻作為技術(shù)秘密，從來不透露。實際上各家的電路設(shè)計都大同小異。

        12位AD轉(zhuǎn)換在國內(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。對于一些典型的應(yīng)用，如電力遠(yuǎn)動，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。目前有一種把測量和變送器合在一起的趨勢，特別是對于典型的傳感器，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，但是也有開關(guān)量輸出的。

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

        典型的模擬量輸出模塊框圖

        這個框圖同時給出了電壓輸出和電流輸出的兩種形式。該電路設(shè)計了不少的保護元件，提高系統(tǒng)的可靠性。