Что такое rtu устройство
Просто о NModbus (RTU)
Теория
Modbus — коммуникационный протокол, основанный на архитектуре ведущий-ведомый (master-slave). Использует для передачи данных интерфейсы RS-485, RS-422, RS-232, а также Ethernet сети TCP/IP.
NModbus – большая библиотека на C#, включающая в себя реализацию всех режимов работы с протоколом. Модель реализации классов этой библиотеки позволяет работать с любым Modbus-устройством, но только с одним, поскольку классы библиотеки инкапсулируют в себе порт, не позволяя реализовать синхронизацию между несколькими Modbus-объектами. Данный протокол достаточно популярен при разработке разной периферии для умного дома, а так же интернета вещей.
Итак: для того, чтобы управлять чем-либо, нам необходимо знать, что и куда отправлять. Значит нам нужна карта регистров.
Уточню, что ячейки регистра бывают:
1. Только для чтения
2. Для чтения и записи
3. Только для записи(подтверждение записи допустимо выдавать кодом ошибки)
Самая простая карта, выглядит примерно таким образом:
Практика
В Modbus Tools нам необходимо задать параметры соединения.
Параметры открываются на F3, либо по вкладке «Connection».
Для демонстрации я использую следующие настройки Slave устройства:
После того, как устройства подключились друг к другу можно идти дальше.
В случае если Вам не удается подключить устройства: проверьте настройки, убедитесь в том, что драйвера для COM портов установлены и настроены верно.
Что такое Modbus и RS-485 — максимально просто
Изучая оборудование систем Умный Дом мы постоянно сталкиваемся с упоминанием протокола Modbus и порта RS-485.
Например, у контроллера EasyHomePLC есть два порта RS-485 и два порта RS-232, у контроллера Wiren Board есть два порта RS-485, у контроллера Beckhoff CX-8080 есть порт RS-485 и порт RS-232. У различного оборудования есть возможность управления по протоколу Modbus: кондиционеры, вентустановки, модули ввода-вывода. А ещё программное обеспечение EasyHome связывается с контроллером по протоколу Modbus TCP. Что всё это означает? Значит ли это, что если у контроллера есть интерфейс Modbus, и у устройства есть такой интерфейс, они сразу заработают вместе? Многие так считают, но это неверно. Объясню максимально просто и понятно.
Что такое RS-485
RS-485 — это стандарт физического уровня. Что это означает? Он определяет следующие параметры общения устройств:
То есть, стандарт подразумевает, что на 2-проводную шину (одну витую пару) можно подключить множество устройств. Он не описывает никакой язык общения оборудования.
Что такое RS-232
Другой стандарт, тоже по кабелю «витая пара». Не буду перечислять все параметры стандарта, он используется достаточно мало сейчас. В частности, все помнят мышки, которые подключались к компьютеру через широкий COM-порт, вот это как раз была связь по RS-232. К контроллерам EasyHomePLC и Beckhoff подключается GSM модем для приёма и отправки смс как раз через порт RS-232. Длина кабеля совсем небольшая.
Существуют переходники с RS-232 на RS-485 и обратно. Мы получаем возможность подключить на порт RS-232 что-то, что подключается по RS-485 или сделать длинную линию связи для устройств RS-232, поставив в начале линии переходник на 485, а в конце обратно.
Что такое Modbus
Переходим к более интересной вещи. Modbus — это уже протокол. Он определяет правила общения устройств. Например, он говорит, что одно устройство должно быть ведущим (master), а остальные ведомыми (slave). Ведущее посылает в шину связи сообщение определённого формата, в котором либо указан адрес нужного slave устройства, либо сообщение предназначено для всех устройств. Устройство slave, на которое отправлено сообщение, может ответить мастеру. Протокол регламентирует формат сообщения, его длину, возможные значения элементов сообщения. Есть также контрольная сумма, которая нужна для проверки того, что сообщение дошло неискажённым.
Но протокол Modbus не регламентирует, какими могут быть сами команды и какая среда передачи данных используется. Есть Modbus serial — это работа по RS-485 или RS-232, то есть, по одной перевитой паре кабелей. Есть Modbus TCP — это работа в компьютерной сети TCP/IP, где у каждого устройства есть IP адрес и порт.
Можно привести аналогию с человеческим общением. Среда передачи данных — это обычно звук. Стандарт подразумевает, что есть минимальная громкость и максимальная громкость, и громкость речи находится в этом диапазоне. Можно говорить по очереди, а можно одновременно. Есть некий диапазон скоростей передачи звуков, который может использоваться. Есть также диапазон частот звуков. Есть максимальное расстояние, на которое можно передавать звук. А можно общаться не звуком, а световыми вспышками, текстом, хлопками в ладоши или жестами. На каждый способ общения есть некий набор правил. Вот что определяет стандарт.
Протокол общения — это ещё не язык, нет. Протокол даёт нам такие понятия как то, что сообщение состоит из слов, разделяемых тишиной. Слова состоят из слогов. А ещё то, что в начале общения надо здороваться, а в конце прощаться. Говорить может только один в один момент времени. Как-то так.
И вот мы подошли к главному вопросу. У нас контроллер имеет порт (он же разъём, он же шлюз) RS-485 и в него программно заложена возможность общения по Modbus. Также у нас есть кондиционер, у которого также есть физический разъём RS-485 и в паспорте указана возможность работы по Modbus. Что это для нас значит? Это значит, что устройства теоретически могут работать совместно.
Как люди, имеющие возможность говорить, теоретически могут общаться. Для нас такая возможность подразумевает полноценное управление и контроль обратной связи. Но заставить их работать вместе не так просто. Нужно в контроллере написать драйвер для работы именно с этим устройством. Для этого в инструкции к устройству надо найти карту регистров, то есть, описание возможных команд устройства. Вот пример некоторых регистров для вентмашины:
[Request0]
Direction=read
Type=bit
Baudrate=115200
Address=1
Period=100
var0=3800#bool#SCo_Зима/
Мест
var2=3802#bool#SCo_Таймер
var3=3803#bool#SCo_Блокировка
var4=3804#bool#SCo_Пуск/
Пуск/Стоп var6=3806#bool#SCoРежимR2 var7=3807#bool#SCoРежимR3 var8=3808#bool#SCoРежимR4 var9=3809#bool#SCoРежимR5 var10=380a#bool#SCoРежим_R6
Чем сложнее устройство, тем вариантов команд больше. В вентмашине или кондиционере их может быть до сотни. Также по протоколу RS-485 мы можем общаться с инфракрасными приёмопередатчиками, генераторами, конвекторами, электрокарнизами, кондиционерами, термостатами, датчиками и различными элементами расширения контроллера на DIN рейку: модулями входов и выходов, диммерами.
Написать драйвер связи теоретически несложно, но это большая работа. Нужно предусмотреть нюансы работы техники, придумать удобный интерфейс управления и получения обратной связи, прописать в драйвере возможные коды ошибок. После подключения реального устройства может потребоваться доналадка, если не всё было учтено в инструкции или в драйвере. Стоимость этой работы может быть достаточно высокой, поэтому стоит обращать внимание на то, какие драйверы уже присутствуют в программном обеспечении, прилагаемом к контроллеру.
Например, в программном обеспечении EasyHome есть поддержка ИК-передатчиков ICPDas и Insyte, модулей связи с кондиционерами Mitsubishi и Daikin, конвекторов Varmann, счётчиков электричества Delta, блоков расширения Овен, Razumdom, Bolid, вентмашин Komfovent и ещё много чего. Нужно смотреть конкретные поддерживаемые модели, у разных моделей разные спецификации команд.
Есть устройства с поддержкой Modbus TCP, там нужно, чтобы оно было включено в локальную сеть, отдельный порт RS-485 контроллера не нужен.
К системам на Z-Wave напрямую ничего по Modbus не подключить, там нет такой возможности. Только используя промежуточный контроллер, который поддерживает и Modbus, и Z-Wave, например, Wiren Board.
Есть важная особенность работы устройств по Modbus. У Modbus есть устройство-мастер (это контроллер) и устройство-слейв (то, что к нему подключается). Слейв не может сам инициировать передачу данных, поэтому мастер постоянно опрашивает все подключенные к нему слейвы на предмет их состояния. Если у нас датчик подключен к дискретному входу устройства Овен МВ, то при изменении состояния датчика меняется состояние входа, но модуль не может сразу же сообщить об этом контроллеру, так как не может сам инициировать связь. Нужно дождаться, пока контроллер опросит этот модуль, тогда модуль отправит ему в ответ своё состояние и контроллер поймёт, что датчик изменил состояние и что-то сделает.
Что произойдёт, если на вход Овен МВ пришёл сигнал о сработке датчика, а потом датчик изменил состояние на первоначальное, а контроллер не успел его опросить? В программе модуля МВ есть счётчики количества сработок каждого входа, вот их-то контроллер и считывает, и видит, что было изменение.
Скорость опроса модулей контроллером ограничена, поэтому контроллер не мгновенно узнаёт о событии, это зависит от того, какая скорость опроса, насколько она оптимизирована, и сколько модулей расширения подключено к контроллеру. Если у нас очень много модулей, которых контроллер по очереди опрашивает, то весь цикл опроса занимает некоторое время, пока очередь нужного нам модуля не подойдёт, об изменении состояния мы не узнаем. А потом контроллер должен будет отправить нужную команду соответствующему модулю реле для изменения его состояния. У EasyHomePLC при количестве модулей расширения не более 5 максимальная задержка отрабатывания события не превышает 1.5 секунды, что достаточно быстро. Зависит от того, что опрашивалось в момент изменения состояния входа. У контроллеров Beckhoff связь между модулями расширения происходит по собственному протоколу связи, там независимо от количества модулей всё отрабатывает мгновенно.
Версии Modbus — TCP и RTU
Ещё раз обозначим разницу между версиями связи по ModBus.
Modbus RTU, он же Modbus Serial — работа по RS-485 или RS-232. Подключение устройств по витой паре, где контроллер мастер, а остальные устройства — слейвы, которые не могут сами инициировать связь. Самый распространённый вариант связи.
Modbus TCP или Modbus TCP/IP — общение устройств происходит по обычной компьютерной сети TCP/IP, включающей работу через интернет и через Wi-Fi. То есть, возможна связь между устройствами на любом расстоянии, когда оба подключены к интернет.
Есть ещё несколько разновидностей: Modbus RTU/IP (отличается от TCP наличием контрольной суммы), Modbus over UDP, Modbus Plus (собственный протокол фирмы Schneider Electric, в сети могут быть несколько мастеров).
Ещё небольшая статья про работу устройств по протоколу Modbus в системах Умный Дом: RS-485 Modbus в системах Умного Дома.
306,897 просмотров всего, 64 просмотров сегодня
Удаленный терминал
СОДЕРЖАНИЕ
Архитектура [ править ]
RTU контролирует цифровые и аналоговые параметры поля и передает данные на мастер-станцию SCADA. Он запускает программу настройки для подключения потоков ввода данных к потокам вывода данных, определения протоколов связи и устранения неполадок при установке в полевых условиях.
RTU может состоять из одной сложной схемной платы, состоящей из различных секций, необходимых для выполнения настраиваемой функции, или может состоять из многих схемных плат, включая ЦП или обработку с интерфейсами связи, и одно или несколько из следующего: ( AI) аналоговый вход, (DI) цифровой (статусный) вход, (DO / CO) цифровой (или управляющий релейный) выход или (AO) аналоговые выходные карты.
RTU может даже быть небольшим блоком управления процессом с небольшой базой данных для PID, сигналов тревоги, фильтрации, анализа тенденций и других функций, дополненных некоторыми задачами BASIC (язык программирования). Современные RTU обычно поддерживают стандарт программирования IEC 61131-3 для программируемых логических контроллеров. Поскольку RTU могут регулярно развертываться в системах защиты трубопроводов и сетей, а также в других труднодоступных или экстремальных условиях (например, в Биосфере 2).проект), они должны работать в суровых условиях и реализовывать меры по энергосбережению (например, отключать модули ввода-вывода, когда они не используются). Например, он обменивается данными через RS485 или беспроводные каналы связи в многоточечной конфигурации. В этом типе конфигурации это удаленное устройство, которое собирает данные и выполняет простые задачи управления. У него нет движущихся частей, он потребляет очень мало энергии и часто работает от солнечной энергии.
Источник питания [ править ]
Будет включен источник питания для работы от сети переменного тока для различных ЦП, напряжений смачивания состояния и других интерфейсных карт. Он может состоять из преобразователей переменного тока в постоянный, работающих от аккумуляторной системы станции.
RTU могут включать в себя батарею и схему зарядного устройства для продолжения работы в случае сбоя питания переменного тока для критических приложений, где аккумулятор станции недоступен.
Цифровые (статусные) входы [ править ]
Большинство RTU включают в себя секцию ввода или карты состояния ввода для сбора реальной информации о двух состояниях. Обычно это достигается за счет использования изолированного источника напряжения или тока для определения положения удаленного контакта (открытого или закрытого) на участке RTU. Это положение контакта может представлять множество различных устройств, включая электрические выключатели, положения жидкостных клапанов, аварийные состояния и механические положения устройств. Входы счетчиков необязательны.
Аналоговые входы [ править ]
Цифровые (управляющие релейные) выходы [ править ]
RTU могут управлять реле с высокой токовой нагрузкой на плату цифрового вывода (или «DO») для включения и выключения питания устройств в полевых условиях. Плата DO подает напряжение на катушку в реле, которая замыкает сильноточные контакты, замыкая цепь питания устройства.
Выходы RTU могут также состоять из управления чувствительным логическим входом электронного ПЛК или другого электронного устройства, использующего чувствительный вход 5 В.
Аналоговые выходы [ править ]
Хотя аналоговые выходы используются не так широко, они могут быть включены для устройств управления, требующих различных количеств, таких как графические записывающие инструменты (ленточные диаграммы). Суммированные или обработанные количества данных могут быть сгенерированы в главной системе SCADA и выведены для отображения локально или удаленно, где это необходимо.
Программное и логическое управление [ править ]
У обслуживающего персонала должно быть отключено все оборудование, над которым они работают, и заблокировано его для предотвращения повреждений и / или травм.
Связь [ править ]
Связь с СВУ [ править ]
Мастер связи [ править ]
Главный обмен данными обычно происходит между RTU и более крупной системой управления или системой сбора данных (включенной в более крупную систему). Данные могут передаваться с использованием медной, оптоволоконной или радиочастотной системы связи.
iRTU в эпоху «Интернета вещей»
Повышение возможностей технологии «Интернета вещей» может быть достигнуто посредством имплементации интеллектуальных электронных устройств и датчиков, с их установкой в сетях связи, с обменом данными в режиме реального времени и функциями управления между удаленными устройствами низшего уровня и центром управления. Это позволяет коммунальным предприятиям, используя передовые автоматизированные приложения, лучше понимать состояние системы в любом ее месте и в любое время, что повышает ее надежность и эффективность, а также качество обслуживания клиентов.
Среди прочего, такие интеллектуальные электронные устройства включают различные удаленные оконечные устройства — RTU (от англ. RTU — Remote Terminal Unit). Обычно они позиционируются как некое управляемое микропроцессором электронное устройство, которое в физическом мире связывает посредством передачи телеметрических данных объекты с распределенной системой управления или системой SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition — диспетчерское управление и сбор данных). Для того чтобы вписаться в самые разнообразные пользовательские приложения, многие производители средств автоматизации, включая и компанию Advantech, предлагают RTU различных размеров и возможностей. Вычислительные мощности RTU-устройств варьируются от небольших 8-битовых процессоров с минимальной памятью до крупных и чрезвычайно сложных удаленных оконечных устройств, способных управлять сотнями точек ввода/вывода (I/O).
Тенденция перекрытия функций
В настоящее время наблюдается явно прослеживаемая тенденция, заключающаяся в том, что RTU, PLC и DCS все чаще начинают перекрывать свои функции и области применения. Так, производители предлагают RTU с функциями, типичными для PLC, и наоборот. Тем не менее RTU, учитывая их типовую особенность, выраженную в том, что они разработаны в основном для сбора и передачи данных телеметрии на больших географических площадях, обычно используют технологию беспроводной связи. В отличие от них PLC, как уже отмечалось, обычно применяются в локальных системах управления, таких как сборочные линии, и выполняют задачи заводской автоматизации и мониторинга предприятий. Кроме того, RTU обычно имеют более локализованную вычислительную мощность, предназначенную для работы с собранными данными перед непосредственной отправкой информации или предупреждения в центральную систему.
Однако, хотя возможности для создания программ для работы RTU и PLC в промышленности достаточно широко стандартизированы по IEC 61131-3, производители также предлагают фирменные альтернативы и связанные с ними среды разработки (см. раздел, касающийся интеллектуального RTU, — ADAM-3600).
SCADA принимает технологию «Интернета вещей»
Технология SCADA в первую очередь предпочтительна для мониторинга процессов и событий, которые рассредоточены в крупных географических областях. Это связано в основном с тем ее ключевым отличием, что SCADA имеет распределенный интеллект. Таким образом, можно продолжать работу, осуществляя мониторинг и контроль, даже в том случае, если связь с центральным оборудованием потеряна. В то же время традиционная система DCS не сможет функционировать в географически распределенных сценариях, как это делает SCADA, поскольку слишком сильно акцентирована на локальных событиях и не имеет возможности игнорировать периодические отключения в линиях связи.
Функциональность между технологиями SCADA и DCS начинает перекрываться, и в настоящее время эти две разнородные технологии конкурируют в подобных областях применения. Но остаются определенные преимущества в использовании SCADA в качестве своеобразного зонтика поверх DCS. Преимущество DCS заключается в установке одной базы данных с низкой сложностью. С другой стороны, технология SCADA превратилась из простого инструмента визуализации в некоторую точку, где она может обеспечить объектно ориентированный подход, сохраняя жесткие теги ввода/вывода (I/O) от многочисленных устройств в своих базах данных. Одновременно SCADA — это более гибкая технология, способная хранить теги эксплуатации, имеющая «мягкую» логику и предназначенная для создания человеко-машинного интерфейса на основе мимических диаграмм и диагностических данных наряду с поиском и устранением неисправностей, логистикой и графиками технического обслуживания. Достижения в области мощных вычислительных средств также сократили сложность множественной установки базы данных SCADA и свели к минимуму риск избыточности данных. Это означает, что теперь приложения могут принимать аналитическую информацию большого объема, а также интерпретировать эти данные более интуитивными способами. По существу, системы DCS иногда продаются под торговой маркой SCADA, а системы SCADA иногда предлагаются как DCS.
Место RTU во всем многообразии средств автоматизации
В настоящее время на рынке автоматизации ведется дискуссия о различиях между DCS (от англ. DCS — Distributed Control Systems, распределенные системы управления), PLC (от англ. PLC — Programmable Logic Controller, программируемый логический контроллер), SCADA, RTU и PAC (от англ. PAC — Programmable Automation Controller, программируемый контроллер автоматизации). Как минимум одно основное различие можно увидеть непосредственно из их аббревиатур. Так, SCADA предусматривает сбор данных в дополнение к контролю, в то время как DCS и PLC содержат только управление, а RTU включает и удаленное управление. Только PAC — это уже совсем другая история.
Позиционирование RTU как «удаленного оконечного устройства» четко указывает на то, что ключевая функция этого оборудования состоит в передаче данных к системам автоматизации (в большинстве случаев это система SCADA) в широких географических масштабах. В то время как PLC являются более подходящими для местного, локального применения на предприятиях или производственных линиях и т. д., то есть там, где обычно в системе используется для управления проводная связь.
Технология DCS в большей степени является «внутренним» решением и предназначена для непрерывного, пропорционально-интегрально-дифференциального интенсивного управления локализованными приложениями. В отличие от DCS технология SCADA может рассматриваться как «внешнее» решение, она лучше всего подходит для географически распределенных сред с использованием приобретаемых готовых технических средств.
Технология RTU и ее применение
Удаленное оконечное устройство (RTU) представляет собой электронное устройство на базе микропроцессора и используется для удаленного мониторинга решений нижнего уровня, распределенных на большой площади, путем сбора данных и передачи их в центральную систему. Эти устройства обычно устанавливаются в индустриальной среде или в инженерных сетях городского хозяйства. Устройство типа RTU считается самодостаточным компьютером, так как оно имеет все основные характерные элементы — процессор, оперативную память и устройство хранения. RTU являются сложными и в достаточной степени интеллектуальными устройствами, способными управлять несколькими процессами без вмешательства пользователя или ввода команд с более «умного» устройства. В связи с этим основной задачей RTU является взаимодействие с распределенными системами управления (DCS) и системами диспетчерского управления и сбора данных (SCADA), а также отправление телеметрических данных от устройств нижнего уровня к этим системам. Удаленные оконечные устройства также известны как удаленные устройства телеуправления.
В зависимости от производителя, модели и конечной цели, оборудование типа RTU может быть расширено и дополнено пользователем различными схемными картами, включая интерфейсы связи, добавленные устройства хранения информации, блоки резервного питания, а также различные аналоговые и цифровые интерфейсы ввода/вывода. Оборудование RTU может применяться в самых различных областях, поскольку выполняется в самых разных аппаратных и программных конфигурациях.
В SCADA-системах RTU — это устройство, установленное в удаленном месте, которое собирает данные от подключенных к нему приборов и систем. Это обычно такие переменные данные, как температура, давление или скорости потоков. RTU кодирует полученную информацию в формат, пригодный для передачи, и после этого отправляет сведения на центральную станцию. RTU также собирает информацию от ведущего устройства и реализует процессы, например, с помощью регулирования клапанов. RTU оснащены входными каналами для датчиков или выполнения непосредственных измерений, выходными каналами для управления, индикации или сигнализации, а также коммуникационным портом. RTU содержит программные средства начальной установки, которые соединяют входные и выходные потоки данных. Программное обеспечение может определить протоколы и даже устранить проблемы, возникающие при инсталляции.
Устройство типа RTU, как правило, состоит из следующих компонентов:
Источник питания и/или аккумулятор (батарея), необходимые для обеспечения функционирования устройства.
Многочисленные аналоговые входы AI (от англ. AI — Analog Input) различных типов.
Цифровые входы или входы сигналов состояния DI (от англ. DI — Digital Input).
Цифровой или управляющий выход DO/CO (от англ. DO — Digital Output, CO — Control Output).
Аналоговый выход AO (от англ. AO — Analog Output).
Процессор с программным обеспечением и управляющей логикой для автономного выполнения простых программ без участия главного компьютера системы SCADA.
Современные RTU посылают к главной станции только данные, относящиеся к значительным изменениям в контролируемых переменных. Таким образом, центральный компьютер освобождается от необходимости обработки избыточных данных, благодаря чему может быстрее реагировать на события и выполнять дополнительные задачи.
Снижение расходов на обслуживание оборудования является еще одним преимуществом при использовании технологии RTU. Специалисты подразделения по техническому обслуживанию, расположенному в центре города, исходя из данных от RTU могут определить, что нужно сделать для того, чтобы исправить возникшую проблему наиболее эффективным способом. Таким образом, модернизируя SCADA современными удаленными оконечными устройствами, мы придем к повышению эффективности предприятия или системы мониторинга эксплуатации городских инженерных сетей.
Интеллектуальное удаленное оконечное устройство (iRTU) эры «Интернета вещей» и облачные технологии
Используя мощную встраиваемую технологию, RTU могут быть все больше интегрированы, иметь все больше функциональных возможностей и превратиться в новое интеллектуальное RTU (iRTU), пригодное для применения в приложениях в эру «Интернета вещей». iRTU может не только заменить собой PLC и завершать локальные задачи не менее добросовестно, но и общаться с мастер-центром через доступные каналы связи с заранее заданным поведением. Что касается применений в области больших данных, то такой интеллектуальный iRTU способен выполнять предварительную обработку данных, тем самым не только уменьшая загрузку облака, но и сокращая загруженность каналов передачи данных. Самоанализ также является очень важным усовершенствованием для интеллектуального удаленного оконечного устройства. В качестве ключевого элемента решения в технологии «Интернета вещей», для того чтобы определить все условия в точке подключения оборудования нижнего уровня, iRTU обычно использует подключение к мастеру — устройству более высокого уровня. Тем не менее весьма важным является состояние «здоровья» самого iRTU, и этот фактор напрямую связан со стабильностью системы.
В настоящее время, с развитием эры больших данных, все шире применяется технология «Интернета вещей», а его архитектура включает облачные вычисления и интеллектуальные оконечные устройства, которые рассредоточены географически в широкой региональной области. Примерами могут служить сети мониторинга трафика, системы индустриального применения в нефтяной, газовой промышленности и городском водном хозяйстве. Во всех случаях интеллектуальные RTU рассредоточены по большой площади (нефтяные скважины, насосные станции, газопроводы). Их основная задача состоит в том, чтобы обеспечить постоянный процесс доставки (воды, нефти или газа), а также создать условия для безопасной и экономически эффективной работы предприятий. Для этого необходимо оптимизировать и контролировать выполнение всех задачи для чего соответствующие (большие) данные должны быть собраны, а в некоторых случаях и предварительно обработаны терминалами и RTU соответственно. Затем эта информация отправляется в облако с помощью беспроводной связи с использованием технологии Wi-Fi, 3G или ZigBee. Итак, отметим основные преимущества:
Эффективность функционирования предприятия. Быстрая интеграция информации в облаке позволяет удаленно контролировать производственный процесс, представление данных, онлайн-планирование, осуществлять диагностику оборудования и т. п., все это повышает эффективность и приводит к снижению затрат.
Надежность системы. Интеллектуальные RTU отвечают за сбор и анализ локальных данных, снижая нагрузку по обработке данных на центральном оборудовании, работая с другими устройствами, они берут на себя инициативу в формировании необходимых отчетов, данных о состоянии оборудования и обеспечении необходимой сигнализации. Для того чтобы уменьшить потери, iRTU могут обмениваться информацией, быстро обрабатывать данные портов ввода/вывода с должной корреляцией и осуществлять взаимодействие друг с другом в чрезвычайных ситуациях. Все это способствует общему повышению надежности и операционной готовности системы.
Быстрое и малозатратное обслуживание. В отдаленных местах и на больших площадях размещения нефтегазового оборудования и систем водоснабжения обслуживание объектов и процедуры обновления на них программного обеспечения являются чрезвычайно дорогостоящими. Интеллектуальный RTU может осуществлять дистанционный контроль, эксплуатацию, техническое обслуживание и соответствующее обновление непосредственно через Интернет. iRTU могут выполнять обновление, комплектно передавать задачи на объекты, а также загружать данные в облако. Облачный сервер здесь используется для того, чтобы накопить большие объемы данных и реализовать высокоскоростные параллельные вычисления для генерации необходимых для функционирования оборудования команд, а если понадобится, то и выработку превентивных стратегий и решений. Все это может включать в себя меры, направленные на повышение эффективности производства, контроль за функционированием машин и оборудования, состоянием распределения потоков или локализацией утечек трубопроводов. В прошлом для осуществления подобных операций и контроля за работой установки требовалось привлекать рабочий персонал. Использование интеллектуальных оконечных устройств может помочь установить без постоянного присутствия оперативного персонала надзор и контроль за состоянием оборудования и систем, а также значительно сократить затраты. Основными областями применения, которые наиболее подходят для использования технологии «Интернета вещей», являются:
Использование «Интернета вещей»/iRTU. Пример: цифровое нефтяное месторождение
С развитием эры больших данных все более широко используется технология «Интернета вещей», а его архитектура включает облачные вычисления и интеллектуальные оконечные устройства.
Главной особенностью функционирования нефтегазовых месторождений является то, что в их архитектуре интеллектуальные оконечные устройства рассредоточены по нефтяным скважинам и трубопроводам. Для решения проблем по доставке задач на устройства автоматизации начальных уровней оконечные устройства могут собирать соответствующие данные, а также передавать информацию обратно на облачный сервер через проводной или беспроводной канал связи. Облако может быть использовано для того, чтобы накопить большее количество данных и проводить высокоскоростные параллельные вычисления, для выработки важных превентивных стратегий и решений.
На сегодня такие процессы в нефтяной и газовой промышленности, как добыча, транспортировка, переработка, хранение, распределение и конечное использование, уже в целом автоматизированы. Тем не менее архитектура «Интернета вещей» поможет нефтяной и газовой промышленности войти в следующую интеллектуальную фазу, описанную далее.
Всеобъемлющий мониторинг машин и инструментов позволит сократить время работы неэффективного оборудования, а также приведет к повышению эффективности производства.
Поскольку и магистральные, и распределительные трубопроводы расположены вдали от цивилизации, их обслуживание гораздо сложнее. Поэтому в случае возникновения утечки на трубопроводе интеллектуальное оконечное устройство iRTU может контролировать состояние труб, мгновенно обеспечить обратную связь в центр мониторинга, собрать и передать всю информацию о трубопроводе (рис. 1).
Рис. 1. Использование ADAM-3600 в условиях цифрового нефтяного месторождения
В прошлом рабочие должны были регулярно контролировать большие площади нефтяного месторождения. Использование интеллектуального оконечного устройства может эффективно определить состояние оборудования, а также значительно снизить расходы на оплату рабочей силы. Для того чтобы обеспечить основу для развертывания необходимых ресурсов, интеллектуальное оконечное устройство будет собирать информацию о функционировании производства в реальном масштабе времени.
Интеллектуальное RTU — ADAM-3600-C2G
iRTU ADAM-3600 от компании Advantech представляет собой интеллектуальное устройство, которое применяется в основном в нефтяной, газовой промышленности и в системе водоснабжения (рис. 2). Для выполнения задач по доставке, передаче данных к устройствам более высоких уровней, что обычно осуществляется по проводной или беспроводной сети, интеллектуальные сетевые узлы в «Интернете вещей» могут контролировать решения более низкого уровня. Это представляет собой ключевую задачу для подключения устройств к архитектуре IoT. Устройство ADAM-3600 имеет высокую производительность, хотя и выполнено на процессоре с низким собственным потреблением мощности. Оно может обслуживать 20 локальных точек ввода/вывода и обеспечивает передачу информации по проводной и беспроводной связи. С его помощью пользователи могут собирать, обрабатывать и распространять информацию от локальных точек. ADAM-3600 имеет встроенную, работающую в режиме реального времени операционную систему и базу данных реального времени, предоставляя ее клиентам через открытый интерфейс, и поддерживает различные языки программирования. Устройство предназначено для наружных шкафов управления и, следовательно, в состоянии выдержать высокую температуру летом и низкую зимой.
ADAM-3600 имеет диапазон рабочих температур в пределах от –40 до +70 °C. Все его составные части выполнены на специально отобранных компонентах исключительно индустриального исполнения. Все они самым строгим образом протестированы на работу в заданных условиях окружающей среды. Это сделано для того, чтобы полностью гарантировать длительный срок эксплуатации изделия и его стабильную работу в жестких условиях окружающей среды. ADAM-3600 содержит целый ряд портов ввода/вывода, а различные их типы обеспечивают разнообразные функции локального ввода/вывода. Это оконечное устройство имеет четыре слота расширения для многоточечных приложений ввода/вывода и позволяет реализовывать в части ввода/вывода более быстрые и гибкие решения.
Наиболее важные функциональные особенности:
Рис. 2. iRTU ADAM-3600
Заключение
Подключение к Интернету быстро расширяется и позволяет оставаться в режиме общения не только людям, но и вещам и машинам. Каждый объект связывается и обменивается информацией с другими объектами, которые распознаются и реагируют уже без вмешательства человека. Машины, работающие локально или удаленно, все чаще имеют возможность принимать решения, основанные на встроенных правилах, что позволяет получать данные, осуществлять их децентрализованный анализ, принятие решений и выполнение соответствующих действий. Это требует как облачных приложений, так и интеллектуальных оконечных устройств, которые могут быть реализованы с помощью iRTU в составе систем SCADA и в большинстве случаев функционировать в жестких условиях окружающей среды.
По данным рынка, в 2015 году свыше 5 млрд человек по всему миру использовали мобильные телефоны, которые действуют как интеллектуальные узлы в быстро развивающейся сфере деловых отношений между людьми. Параллельно с этим устройства типа iRTU будут выступать в качестве интеллектуальных узлов в SCADA-сетях для того, чтобы машины могли общаться друг с другом по всему миру. Учитывая темпы роста использования смартфонов, это приводит к перспективным прогнозам и для развития дальнейших возможностей для бизнеса уже в эпоху коммуникаций между машинами и, следовательно, использования iRTU.