基于80C196KB的遠(yuǎn)程測控終端的設(shè)計(jì)

1 引 言

　　RTU（Remote Terminal Unit）即遠(yuǎn)程測控終端，是監(jiān)測、監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)的終端測控單元。SCADA系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及信號報(bào)警等功能，可以廣泛應(yīng)用于電力、水利、石油、化工、市政等行業(yè)中，用于地理環(huán)境惡劣無人值守的環(huán)境下進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。整個(gè)SCADA系統(tǒng)由監(jiān)控中心、若干分散分布在各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)上的遠(yuǎn)程測控終端（RTU）和通信介質(zhì)三部分組成。RTU作為系統(tǒng)的獨(dú)立工作站點(diǎn)，完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與處理、現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制以及與監(jiān)控中心的遠(yuǎn)程通信，具有易擴(kuò)展性和易維護(hù)性的特點(diǎn)，而且自成體系，當(dāng)遠(yuǎn)程通信中斷時(shí)能獨(dú)立運(yùn)行，不影響對現(xiàn)場的監(jiān)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(shí)，RTU的所有工作參數(shù)都由監(jiān)控中心定時(shí)或隨時(shí)設(shè)置，現(xiàn)場只能查詢不能修改；手動方式時(shí)，RTU的所有工作參數(shù)都可以現(xiàn)場查詢和修改。一般來說，手動方式只是在現(xiàn)場調(diào)試、檢修和系統(tǒng)通信長時(shí)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(shù)一經(jīng)設(shè)置，RTU就會自動按照規(guī)定的流程和模式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理、現(xiàn)場控制以及通信響應(yīng)。

　　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(shè)備、電源、機(jī)箱等。CPU板一般采用單片機(jī)、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(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集及處理方法、控制模式及功能、故障處理方式、遠(yuǎn)程通信協(xié)議及其實(shí)現(xiàn)等，更新程序就可以使RTU滿足多種現(xiàn)場流程的要求。鍵盤顯示板用于實(shí)現(xiàn)RTU的人機(jī)對話功能，支持對RTU的現(xiàn)場操作控制，以保證RTU在系統(tǒng)通信中斷時(shí)能夠繼續(xù)監(jiān)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(yīng)不同的現(xiàn)場環(huán)境狀況，顯示器件可以選擇采用LED數(shù)碼管或LCD液晶顯示器模塊等實(shí)現(xiàn)，I/O板上的I/O通道是RTU與現(xiàn)場信號的接口，在符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，還應(yīng)該具有多種結(jié)構(gòu)形式，以適應(yīng)不同的現(xiàn)場信號類型，如開關(guān)量I/O通道、脈沖量I/O通道、模擬量I/O通道、數(shù)字量I/O通道等。RTU串行通信接口單元一般至少要有兩個(gè)通信端口，以支持RTU與監(jiān)控中心、RTU與下級設(shè)備或RTU之間的通信。RTU的通信介質(zhì)根據(jù)現(xiàn)場環(huán)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(wǎng)等，無線方式如VHF/UHF無線電臺、移動電話網(wǎng)等。RTU支持的通信方式有監(jiān)控中心觸發(fā)的通信和RTU觸發(fā)的通信，監(jiān)控中心觸發(fā)的通信包括：（1）站點(diǎn)查詢。監(jiān)控中心周期性的、以一定的時(shí)間間隔、在一定的時(shí)限內(nèi)，對所有的RTU依次下達(dá)查詢命令，收集各站點(diǎn)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)和信息。（2）站點(diǎn)控制。由監(jiān)控中心定時(shí)或隨機(jī)地向所有RTU（群控）或某個(gè)RTU（單控）下傳工作參數(shù)或控制命令，如RTU工作參數(shù)設(shè)置、現(xiàn)場設(shè)備的開/關(guān)控制等。（3）校對時(shí)間。監(jiān)控中心定期對所有RTU校對系統(tǒng)時(shí)間%以保證系統(tǒng)動作的一致性。監(jiān)控中心觸發(fā)的通信具有較高的優(yōu)先響應(yīng)權(quán)。RTU觸發(fā)的通信包括：（1）響應(yīng)監(jiān)控中心的命令。根據(jù)監(jiān)控中心的命令格式上傳現(xiàn)場參數(shù)和信息，或接收監(jiān)控中心下傳的工作參數(shù)和命令m并執(zhí)行相應(yīng)的控制操作。（2）故障報(bào)警。當(dāng)現(xiàn)場工作出現(xiàn)異?；蚬收蠒r(shí)，由RTU主動呼叫監(jiān)控中心，上傳現(xiàn)場狀態(tài)信息和故障信息。對于監(jiān)控中心來說，對RTU的故障報(bào)警應(yīng)優(yōu)先響應(yīng)。（3）響應(yīng)下級設(shè)備或RTU的呼叫，接收它們的上傳信息，并進(jìn)行處理。（4）對下級設(shè)備或RTU下傳參數(shù)或命令。在SCADA系統(tǒng)中，RTU站點(diǎn)比較分散、站點(diǎn)多，與監(jiān)控中心的距離較遠(yuǎn)，通信的可靠性對于整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行至關(guān)重要另外，RTU還應(yīng)具備一定的現(xiàn)場故障定位及其安全保護(hù)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(kuò)展。下面結(jié)合RTU在城市路燈自動監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，介紹它的硬件和軟件實(shí)現(xiàn)。

　　3 RTU的硬件電路設(shè)計(jì)

　　3.1 RTU在城市路燈自動監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　城市路燈自動監(jiān)控系統(tǒng)是微型計(jì)算機(jī)和單片機(jī)組成的主從式微機(jī)網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)中，以單片機(jī)為核心的測控終端（RTU）分布在各個(gè)街區(qū)的分控站點(diǎn)，直接對路燈進(jìn)行開、關(guān)控制，控制方法靈活多樣，有整夜燈、半夜燈、回開燈和自設(shè)燈等，既可以根據(jù)日出日落時(shí)間曲線自動控制路燈開/關(guān)，根據(jù)光照度和城市的特殊需要等隨時(shí)設(shè)置和修改任一支路的開/關(guān)燈時(shí)間，還可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制開/關(guān)燈控制，即不考慮各支路的開/關(guān)燈時(shí)間設(shè)置，由監(jiān)控中心直接下達(dá)命令強(qiáng)制打開或關(guān)閉全部站點(diǎn)或某一站點(diǎn)的全部或某一支路。同時(shí)，RTU還自動定時(shí)檢測各路燈支路的工作電壓、電流，并通過無線數(shù)傳模塊上報(bào)監(jiān)控中心，計(jì)算亮燈率，隨時(shí)掌握路燈的工作狀況，若路燈支路出現(xiàn)異?；蚬收希珉妷涸较?、電流越限、異常開燈、支路開關(guān)跳閘等，RTU不僅能及時(shí)檢測并向監(jiān)控中心報(bào)警，還可以根據(jù)故障類型自動采取相應(yīng)的保護(hù)措施，保證路燈支路安全、可靠地工作，監(jiān)控中心以工控計(jì)算機(jī)為系統(tǒng)主機(jī)，能夠根據(jù)城市所在的經(jīng)緯度自動生成每日的開/關(guān)燈時(shí)間曲線，定時(shí)（自動）或隨機(jī)（手動）對各路點(diǎn)的路燈控制方式、燈控時(shí)間等工作參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，提取各支路的電壓/電流值、故障、燈態(tài)等信息，并進(jìn)行存儲、匯總、計(jì)算、報(bào)警和打印等處理，城市路燈自動監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

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　　圖1 城市路燈自動監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖