第四章、远程终端单元（RTU）

        2.9. 概述

        按照国标GB/T14429-93《远动设备及系统术语》中的定义，远动(telecontrol)指应用通信技术，完成遥测、遥信、遥控和遥调等功能的总称。简称“四遥”。

        远程测量指应用通信技术，传输被测变量的测量值，同义词：遥测。

        远程信号指应用通信技术，完成对设备状态信息的监视，如告警状态或开关位置、阀门位置等;同义词：遥信。

        远程命令指应用通信技术，完成改变运行设备状态的命令;同义词：遥控。

        远程调节指应用通信技术，完成对具有两个以上状态的运行设备的控制;同义词：遥调。

        本章节只想对测量技术做一个粗略的介绍，让读者有一个概括性的了解，而不会深入到技术细节去讨论某个功能怎么实现。

        2.10.远程信号

        本远程信号的实质是开关量状态的采集和传输。开关量的采集现在一般都采用光电耦合器进行隔离，过去也有其它的方法。下图是一个型号的遥信输入电路：

        其优点是节省光耦的数量，其缺点是扫描的速度和可靠性不好。

        本这是另外一种型号的开关量输入电路这是大多数RTU和PLC以及DCS系统典型的开关量输入电路，但是其电阻值未必是典型的。其原理是当开关量输入状态接上电源后，光耦的发光二极管发光，被光敏三极管接收，光敏三极管导通;平常发光二极管不发光，光敏三极管截至。作为计算机系统扫描输入的IO口，或者扩展的数字输入，就能得到开关量的状态。

        本如果扫描速度够快，就能发现开关量输入状态的变化，可以用于低频的计数，有时称为遥脉。一组开关量输入，如果每位的权重不一样，组合起来，又称之为数字量输入，在水位编码信息，变压器分接头位置上有着广泛的应用。有时为了研究事件发生的顺序，需要记下开关量状态发生变化的时刻，这种信息称为带时标的开关量，称为SOE。光耦的耐压一般在3500V以下，也有特殊的型号耐压可以超出这个数字，所以不能用光耦隔离共模电压很高的场合。

        现场接线可以参考下图，但是最主要的是参考聚英电子厂家的使用说明书

        2.11.远程命令

        远程命令的实质是开关量输出，下图是一个典型的继电器输出：

        图中采用了双刀双掷的继电器，一组用于输出，一组用于状态的回馈。这种设计指应用于要求非常高的场合，普通的应用，一般不需要回馈。

        图中的电阻和电容，是用于火花吸收的，可以在感性负载下，可以降低触点间的过电压和火花，大大提高触点

        的寿命。

        继电器输出形式在可靠性，抗负载复杂性上性能很好，但是其动作速度慢，不能控制非常小的信号(如毫伏、微安级信号)，寿命有限，并不能适合所有场合。开关量输出还有晶体管和固态继电器的形式，其负载能力比较差，对于过电压耐受能力比较差;可以快速动作，可以控制非常微弱的信号。

        2.12.远程测量

        远程测量也就是模拟量输入，一般通过AD转换和多路模拟量开关进行多路切换测量。现在的AD价格已经很便宜了，有的AD甚至把多路模拟开关直接做到了片内。目前12位的AD已经很普遍使用，16位的AD，甚至24位的AD也得到了广泛的使用。

        远程测量肯定离不开变送器和传感器，变送器是把物理信号转换成标准电信号的设备。传感器是把物理信号变为可电测量信号的设备。

        最简单的例子就是温度测量，传感器采用PT100，PT100传感器是一个热敏电阻传感器，其在0摄氏度的电阻值是100欧，每增加一摄氏度，其电阻增加0.3875欧姆。而温度变送器是把这个电阻信号转变成标准的二线制4～20mA信号。如果变送器的范围是0～100摄氏度，在0摄氏度时，变送器输出4mA电流，在100摄氏度，输出20mA电流，如果电流是12mA,传感器安装环境的温度就是50摄氏度。

        模拟量输入由于历史原因，其信号非常复杂，一般包括如下的几种信号0～10V,0～5V，0～20mA，4～20mA几种量程。以4～20mA信号最为常用，一般的变送器都变送成4～20mA的信号输出。

        4～20mA信号又很多优点，比如可以方便的判断开路，可以方便的采用2线制供电，传输距离长(因为是恒流的)，不容易受到干扰等等。但是AD转换一般都是电压输入的，需要通过电阻变成电压信号才能采集，另外由于是2线制的，一个仪表给2个采集装置非常困难，只有通过专门的设备才能实现。

        模拟开关可以是电子开关，最为简单的是CMOS的CD4066型号，价钱才几块钱，也有复杂的如ADG508，一片要几十块钱。为了提高通道间的隔离度，有人采用光电模拟开关进行多路的选择，这样的固态继电器的耐压可以到400V，而电子开关的耐压才几伏，几十伏。很多厂家宣称其通道间耐压能达到400V，具体怎么实现，却作为技术秘密，从来不透露。实际上各家的电路设计都大同小异。

        12位AD转换在国内应用中典型的芯片是AD574，现在已经停产了，换成了AD1674了。16位的SARAD非常昂贵，现在用的16位/24位的AD大多数是Delta-Sigma类型的AD，片内集成PGA，性能非常优越。对于一些典型的应用，如电力远动，已经把电量变送器和RTU设备合为一体的，称为交流采样技术，这样省去了误差环节，提高了系统的精度、可靠性，降低了系统的成本和安装复杂度。目前有一种把测量和变送器合在一起的趋势，特别是对于典型的传感器，如热电阻、热电偶、应变片等。

        二线制变送器接线

        三线电流型变送器接线

        2.13.远程调节

        远程调节主要是模拟量输出，但是也有开关量输出的。

        模拟量输出主要形式是通过DA转换和相应的电路把输出信号转换成标准的模拟信号，如4～20mA，0～10V等。比如把这个信号输出给变频器，使之输出频率改变而改变电动机的转速，从而控制压力，控制转速等。远程调节的开关量形式也有，比如，通过给阀门的电机通电，让阀门转动，通过时间的控制来控制阀门的开度。正方向开关量给电时间越长，阀门开度就越大，反方向，开关量给电时间越长，阀门开度就越小。这种控制一般不是线性的。

        典型的模拟量输出模块框图

        这个框图同时给出了电压输出和电流输出的两种形式。该电路设计了不少的保护元件，提高系统的可靠性。