وحدة طرفية عن بعد
وحدة طرفية عن بُعد ( RTU ) هي جهاز إلكتروني مُتحكم به بواسطة معالج دقيق ، يربط بين الأشياء في العالم المادي ونظام تحكم موزع أو نظام تحكم إشرافي واكتساب بيانات (SCADA) عن طريق إرسال بيانات القياس عن بُعد إلى نظام رئيسي، واستخدام الرسائل الواردة من النظام الإشرافي الرئيسي للتحكم في الأشياء المتصلة. [ 1 ] من المصطلحات الأخرى التي قد تُستخدم لوصف وحدة RTU: وحدة القياس عن بُعد عن بُعد ووحدة التحكم عن بُعد عن بُعد .
بنيان
تقوم وحدة التحكم عن بعد (RTU) بمراقبة المعايير الرقمية والتناظرية الميدانية، وترسل البيانات إلى محطة التحكم الرئيسية لنظام SCADA. كما تقوم بتشغيل برنامج الإعداد لربط تدفقات إدخال البيانات بتدفقات إخراج البيانات، وتحديد بروتوكولات الاتصال، واستكشاف أخطاء التركيب وإصلاحها في الموقع.
قد تتكون وحدة التحكم عن بعد (RTU) من لوحة دائرة معقدة واحدة تتكون من أقسام مختلفة مطلوبة لأداء وظيفة مخصصة، أو قد تتكون من العديد من لوحات الدوائر بما في ذلك وحدة المعالجة المركزية أو المعالجة مع واجهة (واجهات) الاتصالات، وواحد أو أكثر مما يلي: (AI) إدخال تناظري، (DI) إدخال رقمي (حالة)، (DO/CO) إخراج رقمي (أو مرحل تحكم)، أو (AO) بطاقة (بطاقات) إخراج تناظري.
قد تكون وحدة التحكم عن بُعد (RTU) وحدة تحكم صغيرة مزودة بقاعدة بيانات صغيرة لوظائف PID، والإنذار، والترشيح، وتحليل الاتجاهات، وغيرها، بالإضافة إلى بعض مهام لغة البرمجة BASIC . تدعم وحدات التحكم عن بُعد الحديثة عادةً معيار البرمجة IEC 61131-3 لوحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة. ونظرًا لإمكانية نشر وحدات التحكم عن بُعد بشكل روتيني في أنظمة حماية خطوط الأنابيب والشبكات الكهربائية، أو في بيئات أخرى يصعب الوصول إليها أو ذات ظروف قاسية (كما هو الحال في مشروع Biosphere 2 )، فإنه يُشترط أن تعمل في ظروف قاسية، وأن تُطبّق إجراءات لتوفير الطاقة (مثل إيقاف تشغيل وحدات الإدخال/الإخراج عند عدم استخدامها). على سبيل المثال، تتواصل هذه الوحدات عبر RS485 أو روابط اتصال لاسلكية في تكوين متعدد النقاط. في هذا النوع من التكوين، تُعدّ وحدة تحكم عن بُعد تجمع البيانات وتُنفّذ مهام تحكم بسيطة. وهي لا تحتوي على أجزاء متحركة، وتستهلك طاقة منخفضة للغاية، وغالبًا ما تعمل بالطاقة الشمسية.
مزود الطاقة
سيتم تضمين نوع من مصادر الطاقة لتشغيل النظام من التيار المتردد الرئيسي لمختلف وحدات المعالجة المركزية، وفولتيات عرض الحالة، وبطاقات الواجهة الأخرى. وقد يتكون هذا من محولات من التيار المتردد إلى التيار المستمر عند التشغيل من نظام بطاريات المحطة.
قد تتضمن وحدات التحكم عن بعد (RTUs) بطارية ودائرة شحن لمواصلة التشغيل في حالة انقطاع التيار المتردد للتطبيقات الحرجة حيث لا تتوفر بطارية للمحطة.
المدخلات الرقمية (الحالة)
تحتوي معظم وحدات التحكم عن بُعد (RTUs) على قسم يُسمى بطاقات حالة الإدخال لقراءة معلومات التشغيل/الإيقاف من الميدان. ويتم ذلك عن طريق التحقق مما إذا كانت نقطة التلامس (مثل المفتاح) مفتوحة أو مغلقة في موقع وحدة التحكم. وقد تنتمي نقطة التلامس هذه إلى أجهزة مختلفة، مثل:
- قواطع كهربائية (مفتوحة أو مغلقة)
- الصمامات (مفتوحة أو مغلقة)
- أجهزة الإنذار (نشطة أو غير نشطة)
- الآلات (سواء كانت في مكانها أم لا)
يمكن لبعض وحدات التحكم عن بعد (RTUs) أيضًا حساب الأحداث (مثل عدد مرات فتح/إغلاق جهة الاتصال)، ولكن هذا اختياري.
المدخلات التناظرية
تستطيع وحدة التحكم عن بُعد (RTU) مراقبة المدخلات التناظرية من أنواع مختلفة، بما في ذلك تيارات 0-1 مللي أمبير، و4-20 مللي أمبير ، و0-10 فولت، و±2.5 فولت، و±5.0 فولت، وغيرها. وتقوم العديد من مدخلات وحدة التحكم عن بُعد بتخزين كميات أكبر مؤقتًا عبر محولات الطاقة لتحويل وعزل القيم الفعلية عن مستويات الإدخال الحساسة لوحدة التحكم عن بُعد. كما يمكن لوحدة التحكم عن بُعد استقبال البيانات التناظرية عبر نظام اتصال من جهاز رئيسي أو جهاز إلكتروني ذكي (IED) يرسل إليها قيم البيانات.
يقوم نظام RTU أو النظام المضيف بترجمة هذه البيانات الأولية وتوسيع نطاقها إلى الوحدات المناسبة مثل كمية المياه المتبقية أو درجات الحرارة أو الميغاواط، قبل عرض البيانات على المستخدم عبر واجهة الإنسان والآلة .
مخرجات رقمية (مرحل تحكم)
قد تقوم وحدات التحكم عن بُعد (RTUs) بتشغيل مرحلات ذات سعة تيار عالية إلى لوحة إخراج رقمية (DO) لتشغيل وإيقاف الطاقة للأجهزة في الميدان. تقوم لوحة الإخراج الرقمية بتحويل الجهد إلى ملف المرحل، مما يؤدي إلى إغلاق نقاط التلامس ذات التيار العالي، وبالتالي إكمال دائرة الطاقة للجهاز.
قد تتضمن مخرجات RTU أيضًا تشغيل مدخل منطقي حساس على وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC) إلكترونية ، أو جهاز إلكتروني آخر باستخدام مدخل حساس بجهد 5 فولت.
المخارج التناظرية
على الرغم من أنها ليست شائعة الاستخدام، إلا أنه يمكن تضمين مخارج تناظرية للتحكم في الأجهزة التي تتطلب كميات متغيرة، مثل أجهزة التسجيل البياني (المخططات الشريطية). ويمكن توليد كميات البيانات المجمعة أو المعالجة في نظام SCADA رئيسي وإخراجها للعرض محليًا أو عن بُعد، حسب الحاجة.
البرمجيات والتحكم المنطقي
تتميز وحدات التحكم عن بُعد الحديثة (RTUs) بقدرتها على تنفيذ برامج بسيطة بشكل مستقل دون الحاجة إلى أجهزة الكمبيوتر الرئيسية لأنظمة التحكم الموزعة (DCS) أو أنظمة التحكم الإشرافي وجمع البيانات (SCADA) ، وذلك لتبسيط عملية النشر وتوفير نظام احتياطي لأسباب تتعلق بالسلامة. تحتوي وحدة التحكم عن بُعد في نظام إدارة المياه الحديث عادةً على رمز برمجي لتعديل سلوكها عند تشغيل مفاتيح التجاوز المادية الموجودة عليها أثناء الصيانة. يُجرى ذلك لأسباب تتعلق بالسلامة؛ إذ قد يؤدي سوء التواصل بين مشغلي النظام وفنيي الصيانة إلى قيام مشغلي النظام، على سبيل المثال، بتشغيل مضخة مياه عن طريق الخطأ أثناء استبدالها.
يجب على موظفي الصيانة فصل أي معدات يعملون عليها عن مصدر الطاقة وقفلها لمنع التلف و/أو الإصابة.
الاتصالات
يمكن ربط وحدة التحكم عن بُعد (RTU) بمحطات رئيسية متعددة وأجهزة إلكترونية ذكية (IEDs) باستخدام بروتوكولات اتصال مختلفة (عادةً ما تكون تسلسلية ( RS-232 ، RS-485 ، RS-422 ) أو إيثرنت ). كما يمكن لوحدة التحكم عن بُعد دعم بروتوكولات قياسية ( مثل Modbus ، وIEC 60870-5-101 /103/104، و DNP3 ، و IEC 60870-6 -ICCP، و IEC 61850 ، إلخ) للربط مع أي برامج خارجية.
يمكن بدء نقل البيانات من أي من الطرفين باستخدام تقنيات متنوعة لضمان التزامن بأقل قدر من حركة البيانات. قد يقوم الجهاز الرئيسي باستطلاع وحدته التابعة (من الجهاز الرئيسي إلى وحدة التحكم عن بُعد أو من وحدة التحكم عن بُعد إلى جهاز الإدخال/الإخراج الذكي) بشكل دوري للتحقق من تغييرات البيانات. عادةً ما يتم الإبلاغ عن تغييرات القيم التناظرية فقط عند تجاوزها حدًا معينًا عن آخر قيمة مُرسلة. تتبع القيم الرقمية (الحالة) تقنية مماثلة، حيث يتم إرسال مجموعات (بايتات) فقط عند تغيير نقطة واحدة (بت) مُضمنة فيها. هناك طريقة أخرى مُستخدمة، وهي أن تبدأ الوحدة التابعة بتحديث البيانات عند حدوث تغيير مُحدد مُسبقًا في البيانات التناظرية أو الرقمية. يجب إجراء نقل البيانات بالكامل بشكل دوري، باستخدام أي من الطريقتين، لضمان التزامن الكامل والتخلص من البيانات القديمة. تدعم معظم بروتوكولات الاتصال كلتا الطريقتين، ويمكن للمُثبِّت برمجتهما.
قد تشترك وحدات التحكم عن بعد أو أجهزة IED المتعددة في خط اتصال واحد، في مخطط متعدد النقاط ، حيث يتم مخاطبة الوحدات بشكل فريد ولا تستجيب إلا لاستطلاعاتها وأوامرها الخاصة.
اتصالات العبوات الناسفة
تنقل اتصالات الأجهزة الإلكترونية الذكية البيانات بين وحدة التحكم عن بُعد (RTU) وجهاز إلكتروني ذكي. وهذا يُغني عن الحاجة إلى العديد من مداخل حالة الأجهزة، والمداخل التناظرية، ومخارج المرحلات في وحدة التحكم عن بُعد. وتتم الاتصالات عبر خطوط نحاسية أو ألياف ضوئية .
الاتصالات الرئيسية
تتم الاتصالات الرئيسية عادةً بين وحدة طرفية عن بُعد (RTU) ونظام تحكم أكبر أو نظام جمع بيانات (مدمج في نظام أكبر). ويمكن نقل البيانات باستخدام نظام اتصالات نحاسي أو ألياف ضوئية أو ترددات لاسلكية.
التطبيقات
- المراقبة عن بعد للوظائف والأجهزة الخاصة بما يلي:
- النفط والغاز (المنصات البحرية، آبار النفط البرية، محطات الضخ على خطوط الأنابيب)
- شبكات محطات الضخ (لجمع مياه الصرف الصحي، أو لتوفير المياه)
- أنظمة الرصد البيئي (التلوث، جودة الهواء، رصد الانبعاثات)
- مواقع التعدين
- معدات مراقبة الحركة الجوية مثل أجهزة الملاحة (DVOR، DME، ILS و GP)
- المراقبة والتحكم عن بعد في الوظائف والأجهزة الخاصة بما يلي:
- الهيدروغرافيا (إمدادات المياه، الخزانات، أنظمة الصرف الصحي)
- شبكات نقل الطاقة الكهربائية والمعدات المرتبطة بها
- شبكات الغاز الطبيعي والمعدات المرتبطة بها
- صفارات الإنذار الخارجية
- مشروع المحيط الحيوي الثاني
انظر أيضاً
مراجع
روابط خارجية
- ملحقات الكمبيوتر
- القياس عن بعد