基于公用電話(huà)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，它對現場(chǎng)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(jìn)行監測和控制。以完成遠方維護、數據存儲、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(gè)突出功能：
1 簡(jiǎn)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、現場(chǎng)免維護、功能強、體積小、價(jià)格合理。
2遠程診斷功能：通過(guò)撥號連接，可實(shí)現遠程診斷、遠程維護和參數的遠方設置及修改。
同常規的數字控制設備一樣，RTU同樣具有多個(gè)A/D、D/A、I/O輸入、輸出通道、記錄數據的存儲介質(zhì)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(dòng)化集散控制系統和SCADA系統中得到了大量的應用。
嵌入式系統是計算機的一種應用形式，在嵌入式系統中，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(zhù)Intermet/Internet的迅猛發(fā)展而產(chǎn)生的新型技術(shù)，它將Internet應用于以單片機為核心各個(gè)領(lǐng)域，實(shí)現了基于Internet數據通信協(xié)議及其服務(wù)。
它具有性能可靠、功能全面、I/O點(diǎn)精簡(jiǎn)、應用靈活、適應性強、性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應用于行業(yè)自動(dòng)化控制及設備成套等領(lǐng)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(chǎng)站工作狀況的監測和控制也較為繁雜，特別是大量的無(wú)人值守站點(diǎn)和閥室、閥井的管理更是難以實(shí)現。一般由工作人員或維修工人定期巡回，隨著(zhù)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(wú)人值守站代替。并通過(guò)數據通訊形成計量管理監控網(wǎng)。
由于城市天然氣輸配氣系統的特殊性，要在城市輸配氣系統的無(wú)人值守站點(diǎn)和閥室、閥井中大量應用的RTU，除了具備不停機連續工作、大容量的存儲介質(zhì)、高精度的信號采樣、完備的計算方法和穩定可靠的數據通訊等特性外。還必須具有下列特點(diǎn)：
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(huà)交換網(wǎng)（PSTN），通信協(xié)議遵從Internet協(xié)議蔟的嵌入式Intenet RTU。
三 系統組成
3．1 通信載體
隨著(zhù)我國公用有線(xiàn)電話(huà)網(wǎng)絡(luò )和無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展，特別是GPRS和CDMA的出現，為各種智能設備的遠程無(wú)線(xiàn)通訊提供了新的手段。這主要是由于無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò )把互聯(lián)網(wǎng)（Internet）的通訊方式引入到無(wú)線(xiàn)通訊領(lǐng)域，使得用戶(hù)可以采用熟悉的標準TCP/IP通訊模式與在互聯(lián)網(wǎng)上的數據中心直接交換數據，而無(wú)須關(guān)心數據具體是如何傳送。
用有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)電話(huà)網(wǎng)構成的計量局域網(wǎng)，建網(wǎng)時(shí)不須鋪設通訊電纜，也不須申請無(wú)線(xiàn)通訊頻段。使用時(shí)也無(wú)維護費用。由于公用電話(huà)網(wǎng)覆蓋了我國城市和農村的各個(gè)地域，這種RTU可廣泛分布于天然氣的各個(gè)計量監控點(diǎn)，使用者只須向電信局或移動(dòng)通信公司申辦電話(huà)或購買(mǎi)SIM卡即可進(jìn)行通訊。每次需要數據時(shí)即可向相應場(chǎng)站撥號通訊，完成數據傳輸。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(fǎng)問(wèn)。Internet 模式是基于瀏覽器/服務(wù)器模式的一種新型的客戶(hù)/服務(wù)器體系結構，采用基于Web Server的三層結構?？蛻?hù)端(如個(gè)人計算機)以通用的瀏覽器（IE）為基礎，服務(wù)器端(RTU)由Web 服務(wù)器及數據庫兩層結構組成。Internet 是以TCP/IP 協(xié)議為基礎，以Web 為核心的網(wǎng)絡(luò )，由于簡(jiǎn)單易用的客戶(hù)瀏覽器以及客戶(hù)端操作界面的一致性，克服了兩層結構C/S 模式客戶(hù)端多種程序帶來(lái)的不一致性；服務(wù)器端的開(kāi)放和基于標準的連接方案大大加強了管理監控中心與外部計量站場(chǎng)的聯(lián)系，數據庫不是直接服務(wù)于單個(gè)客戶(hù)機，而與Web 服務(wù)器溝通，有利于實(shí)現對客戶(hù)信息服務(wù)的動(dòng)態(tài)性、實(shí)時(shí)性和交互性。隨著(zhù)計算機、計算機網(wǎng)絡(luò )在全世界范圍的發(fā)展，這種基于TCP/IP協(xié)議的開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò )技術(shù)正逐漸地應用于自動(dòng)化系統內并逐漸地取代各其它行形式的工業(yè)監控網(wǎng)。同目前各大公司推出的各式各樣的RTU監控網(wǎng)相比較，它更接近客戶(hù)，更接近應用，更有利于網(wǎng)絡(luò )的進(jìn)一步擴展。是當今信息系統發(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(luò )基礎協(xié)議，它既是遠端測控單元，又是Web和文件服務(wù)器。使用者不須編寫(xiě)專(zhuān)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控點(diǎn)的現場(chǎng)信號，同時(shí)也可以用通用軟件（如 Excel）或第三方軟件處理這些數據文件。

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(guò)與PCBIOS、PCDOS兼容性的實(shí)現，為應用軟件的運行提供了與PC完全兼容的環(huán)境，同時(shí)也為各種應用軟件開(kāi)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