基于公用電話網(wǎng)的RTU在城市燃氣中的應用

一概述
RTU（Remote Terminal Unit）是一種遠端測控單元裝置，它對現(xiàn)場變送器的物理信號（如溫度、壓力、差壓）及工業(yè)設備的運行狀態(tài)進行監(jiān)測和控制。以完成遠方維護、數(shù)據(jù)存儲、子站轉發(fā)、與調度室微機接口等功能,與常用的可編程控制器PLC相比，RTU作為遠端測控單元裝置，具有兩個突出功能：
1 簡單適用的通訊功能，適用于全天侯的惡劣工作環(huán)境。高可靠性、現(xiàn)場免維護、功能強、體積小、價格合理。
2遠程診斷功能：通過撥號連接，可實現(xiàn)遠程診斷、遠程維護和參數(shù)的遠方設置及修改。
同常規(guī)的數(shù)字控制設備一樣，RTU同樣具有多個A/D、D/A、I/O輸入、輸出通道、記錄數(shù)據(jù)的存儲介質及各種各樣的計算方法。由于RTU完善的功能，使得RTU在工業(yè)自動化集散控制系統(tǒng)和SCADA系統(tǒng)中得到了大量的應用。
嵌入式系統(tǒng)是計算機的一種應用形式，在嵌入式系統(tǒng)中，計算機的硬件和軟件為其宿主設備剪裁定制，使宿主設備的功能強大化、智能化。嵌入式Internet是隨著Intermet/Internet的迅猛發(fā)展而產生的新型技術，它將Internet應用于以單片機為核心各個領域，實現(xiàn)了基于Internet數(shù)據(jù)通信協(xié)議及其服務。
它具有性能可靠、功能全面、I/O點精簡、應用靈活、適應性強、性價比高等優(yōu)點，可廣泛應用于行業(yè)自動化控制及設備成套等領域。

二 應用需求
重慶燃氣集團供氣公司的輸配氣站地域分布極為分散，流量計量及場站工作狀況的監(jiān)測和控制也較為繁雜，特別是大量的無人值守站點和閥室、閥井的管理更是難以實現(xiàn)。一般由工作人員或維修工人定期巡回，隨著城市天然氣輸配管理水平的不斷提高，這種原始的工作方式將逐漸被淘汰。并將以RTU為基本單元的遠程自控無人值守站代替。并通過數(shù)據(jù)通訊形成計量管理監(jiān)控網(wǎng)。
由于城市天然氣輸配氣系統(tǒng)的特殊性，要在城市輸配氣系統(tǒng)的無人值守站點和閥室、閥井中大量應用的RTU，除了具備不停機連續(xù)工作、大容量的存儲介質、高精度的信號采樣、完備的計算方法和穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)通訊等特性外。還必須具有下列特點：
1結構緊驟、體積小易于安裝使用。
2運行費用低，
本文提出一種在通信載體基于公用電話交換網(wǎng)（PSTN），通信協(xié)議遵從Internet協(xié)議蔟的嵌入式Intenet RTU。
三 系統(tǒng)組成
3．1 通信載體
隨著我國公用有線電話網(wǎng)絡和無線移動通訊網(wǎng)絡的發(fā)展，特別是GPRS和CDMA的出現(xiàn)，為各種智能設備的遠程無線通訊提供了新的手段。這主要是由于無線移動通訊網(wǎng)絡把互聯(lián)網(wǎng)（Internet）的通訊方式引入到無線通訊領域，使得用戶可以采用熟悉的標準TCP/IP通訊模式與在互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)中心直接交換數(shù)據(jù)，而無須關心數(shù)據(jù)具體是如何傳送。
用有線和無線電話網(wǎng)構成的計量局域網(wǎng)，建網(wǎng)時不須鋪設通訊電纜，也不須申請無線通訊頻段。使用時也無維護費用。由于公用電話網(wǎng)覆蓋了我國城市和農村的各個地域，這種RTU可廣泛分布于天然氣的各個計量監(jiān)控點，使用者只須向電信局或移動通信公司申辦電話或購買SIM卡即可進行通訊。每次需要數(shù)據(jù)時即可向相應場站撥號通訊，完成數(shù)據(jù)傳輸。通訊成本非常低廉。


3．2 嵌入式Intenet RTU
基于TCP/IP協(xié)議的RTU具有Internet 模式，支持Internet/Intranet 訪問。Internet 模式是基于瀏覽器/服務器模式的一種新型的客戶/服務器體系結構，采用基于Web Server的三層結構?？蛻舳?如個人計算機)以通用的瀏覽器（IE）為基礎，服務器端(RTU)由Web 服務器及數(shù)據(jù)庫兩層結構組成。Internet 是以TCP/IP 協(xié)議為基礎，以Web 為核心的網(wǎng)絡，由于簡單易用的客戶瀏覽器以及客戶端操作界面的一致性，克服了兩層結構C/S 模式客戶端多種程序帶來的不一致性；服務器端的開放和基于標準的連接方案大大加強了管理監(jiān)控中心與外部計量站場的聯(lián)系，數(shù)據(jù)庫不是直接服務于單個客戶機，而與Web 服務器溝通，有利于實現(xiàn)對客戶信息服務的動態(tài)性、實時性和交互性。隨著計算機、計算機網(wǎng)絡在全世界范圍的發(fā)展，這種基于TCP/IP協(xié)議的開放式網(wǎng)絡技術正逐漸地應用于自動化系統(tǒng)內并逐漸地取代各其它行形式的工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)。同目前各大公司推出的各式各樣的RTU監(jiān)控網(wǎng)相比較，它更接近客戶，更接近應用，更有利于網(wǎng)絡的進一步擴展。是當今信息系統(tǒng)發(fā)展趨勢的主流。

由于RTU嵌入了HTTP（Hypertext Transfer Protocol）超文本傳輸協(xié)、FTP（File transfer Protocol）文件傳輸協(xié)等網(wǎng)絡基礎協(xié)議，它既是遠端測控單元，又是Web和文件服務器。使用者不須編寫專用軟件，可直接使用Web瀏覽器（如IE）讀取RTU采集和記錄的計量監(jiān)控點的現(xiàn)場信號，同時也可以用通用軟件（如 Excel）或第三方軟件處理這些數(shù)據(jù)文件。

二 硬件結構
2．1 嵌入式Internet RTU硬件構成如圖




2.2 CPU模塊
嵌入式Internet RTU采用Intel公司的高性能、32-bit、嵌入式微處理器作為CPU模塊。CPU模塊通過與PCBIOS、PCDOS兼容性的實現(xiàn)，為應用軟件的運行提供了與PC完全兼容的環(huán)境，同時也為各種應用軟件開發(fā)平臺和工具的使用提供了完善的目標環(huán)境
CPU模塊采用PC104的外形結構及安裝方式，其外形尺寸為96mm