基于80C196KB的遠程測控終端的設計

1 引言

　　RTU（Remote Terminal Unit）即遠程測控終端，是監測、監控及數據采集（SCADA）系統的終端測控單元。SCADA系統以計算機為基礎，能實現遠程數據采集、設備控制、測量、參數調節以及信號報警等功能，可以廣泛應用于電力、水利、石油、化工、市政等行業中，用于地理環境惡劣無人值守的環境下進行遠程監控。整個SCADA系統由監控中心、若干分散分布在各個監控點上的遠程測控終端（RTU）和通信介質三部分組成。RTU作為系統的獨立工作站點，完成現場數據的采集與處理、現場執行機構的控制以及與監控中心的遠程通信，具有易擴展性和易維護性的特點，而且自成體系，當遠程通信中斷時能獨立運行，不影響對現場的監控功能。

　　2 RTU的主要配置

　　RTU主要有兩種工作方式，自動方式和手動方式。自動方式時，RTU的所有工作參數都由監控中心定時或隨時設置，現場只能查詢不能修改；手動方式時，RTU的所有工作參數都可以現場查詢和修改。一般來說，手動方式只是在現場調試、檢修和系統通信長時間中斷的情況下采用。無論是工作在自動方式還是手動方式，工作參數一經設置，RTU就會自動按照規定的流程和模式進行數據采集和處理、現場控制以及通信響應。

　　RTU的主要配置有CPU板4鍵盤顯示板、I/O板、串行通信接口單元3以及通信設備、電源、機箱等。CPU板一般采用單片機、DSP等作為控制核心，CPU板所固化的程序決定了RTU的全部工作流程，包括現場的數據采集及處理方法、控制模式及功能、故障處理方式、遠程通信協議及其實現等，更新程序就可以使RTU滿足多種現場流程的要求。鍵盤顯示板用于實現RTU的人機對話功能，支持對RTU的現場操作控制，以保證RTU在系統通信中斷時能夠繼續監控工作。為防止誤操作，鍵盤須加鎖或密碼管理，限定操作員級別。為適應不同的現場環境狀況，顯示器件可以選擇采用LED數碼管或LCD液晶顯示器模塊等實現，I/O板上的I/O通道是RTU與現場信號的接口，在符合工業標準的基礎上，還應該具有多種結構形式，以適應不同的現場信號類型，如開關量I/O通道、脈沖量I/O通道、模擬量I/O通道、數字量I/O通道等。RTU串行通信接口單元一般至少要有兩個通信端口，以支持RTU與監控中心、RTU與下級設備或RTU之間的通信。RTU的通信介質根據現場環境及對象的要求，可以選擇為有線或無線。有線方式如電力線載波、RS-485總線、公共電話線網等，無線方式如VHF/UHF無線電臺、移動電話網等。RTU支持的通信方式有監控中心觸發的通信和RTU觸發的通信，監控中心觸發的通信包括：（1）站點查詢。監控中心周期性的、以一定的時間間隔、在一定的時限內，對所有的RTU依次下達查詢命令，收集各站點的現場數據和信息。（2）站點控制。由監控中心定時或隨機地向所有RTU（群控）或某個RTU（單控）下傳工作參數或控制命令，如RTU工作參數設置、現場設備的開/關控制等。（3）校對時間。監控中心定期對所有RTU校對系統時間%以保證系統動作的一致性。監控中心觸發的通信具有較高的優先響應權。RTU觸發的通信包括：（1）響應監控中心的命令。根據監控中心的命令格式上傳現場參數和信息，或接收監控中心下傳的工作參數和命令m并執行相應的控制操作。（2）故障報警。當現場工作出現異?；蚬收蠒r，由RTU主動呼叫監控中心，上傳現場狀態信息和故障信息。對于監控中心來說，對RTU的故障報警應優先響應。（3）響應下級設備或RTU的呼叫，接收它們的上傳信息，并進行處理。（4）對下級設備或RTU下傳參數或命令。在SCADA系統中，RTU站點比較分散、站點多，與監控中心的距離較遠，通信的可靠性對于整個系統的正常運行至關重要另外，RTU還應具備一定的現場故障定位及其安全保護功能。

　　RTU的CPU板與其它功能板之間的連接可以采用總線板槽或扁平線接插件等方式，這樣的連接方式易于各模板的維修-更換和擴展。下面結合RTU在城市路燈自動監控系統中的應用，介紹它的硬件和軟件實現。

　　3 RTU的硬件電路設計

　　3.1 RTU在城市路燈自動監控系統中的應用

　　城市路燈自動監控系統是微型計算機和單片機組成的主從式微機網絡。系統中，以單片機為核心的測控終端（RTU）分布在各個街區的分控站點，直接對路燈進行開、關控制，控制方法靈活多樣，有整夜燈、半夜燈、回開燈和自設燈等，既可以根據日出日落時間曲線自動控制路燈開/關，根據光照度和城市的特殊需要等隨時設置和修改任一支路的開/關燈時間，還可以實現強制開/關燈控制，即不考慮各支路的開/關燈時間設置，由監控中心直接下達命令強制打開或關閉全部站點或某一站點的全部或某一支路。同時，RTU還自動定時檢測各路燈支路的工作電壓、電流，并通過無線數傳模塊上報監控中心，計算亮燈率，隨時掌握路燈的工作狀況，若路燈支路出現異?；蚬收希珉妷涸较?、電流越限、異常開燈、支路開關跳閘等，RTU不僅能及時檢測并向監控中心報警，還可以根據故障類型自動采取相應的保護措施，保證路燈支路安全、可靠地工作，監控中心以工控計算機為系統主機，能夠根據城市所在的經緯度自動生成每日的開/關燈時間曲線，定時（自動）或隨機（手動）對各路點的路燈控制方式、燈控時間等工作參數進行設置，提取各支路的電壓/電流值、故障、燈態等信息，并進行存儲、匯總、計算、報警和打印等處理，城市路燈自動監控系統的整體結構框圖如圖1所示。