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RTU技术发展概述及国内外应用现状

    1.工业自动化控制技术发展历史

  自动化技术的发展首先是从工业生产领域开始,而工业自动化的发展又与工业生产过程本身的发展有着密切的联系。随着生产从简单到复杂,从局部到全局,从低级到智能的发展,工业生产自动化也经历了一个不断发展的过程。

  20 世纪50 年代以前,自动化水平处于比较低级的阶段,理论上也尚不完整,实现控制的手段主要是单个传感器、控制器和执行器。

  20 世纪60 年代以后,生产过程向着大型化、连续性方向发展,对控制对象的要求也日趋复杂,自动控制的工具也产生了直接数字控制(Direct Digital Control,DDC)和监督计算机控制(Supervisory Computer Control,SCC)。

  20 世纪70 年代以后,随着大规模集成电路和微处理器的产生,解决大规模复杂系统优化与控制问题的分布式亚博体育官方app下载(Distributed Control System,DCS)逐步得到广泛应用。

  20 世纪80 年代以后的十几年里,工业自动化亚博体育官方app下载在硬件上采用上位机和DCS 或电动单元组合仪表相结合的方式,构成两级计算机优化与控制。随着计算机及网络技术的发展,DCS 出现了开放式系统,实现多层次计算机网络构成的计算机集成过程系统(Computer Integrated Process System,CIPS)。而自动化的实现工具也由DCS 发展到了现场总线亚博体育官方app下载(Fieldbus Control System,FCS)。 

  目前,常用的工业自动亚博体育官方app下载装置硬件产品主要有:工业控制用计算机系统(IPC)、分散型亚博体育官方app下载(DCS)、可编程控制器(PLC)、远程终端单元(RTU)等。

  RTU是Remote Terminal Unit(远程测控终端)的缩写,是一种以微处理器(CPU)为基础的智能装置,它以标准的模拟和数字输入、输出信号与工业生产现场的仪表及控制设备相连,实时采集所需要的各工艺参数,如压力、温度、流量、液位、阀门状态等,利用编程,实现就地控制,同时把有关数据进行整理,通过各种通讯接口利用不同的传输协议传给中心站,也可以接收来自中心站的远程控制信号,RTU是整个系统构成的核心。

  RTU应该至少具备以下两种功能:
  ·数据采集及处理
  ·数据传输(网络通信)

  许多RTU还具备PID控制功能或逻辑控制功能、流量累计功能等。

水源井 RTU应用于水源井亚博体育官方app下载,采集水源井的运行数据,远程控制水源井的启停

  2.RTU技术发展阶段及发展趋势

  RTU技术的发展经历了几个阶段:

  第一代RTU只是进行简单的数据采集,和一些开关量的控制,此时的RTU数据处理能力十分有限,现场的数据必须要传送到中心控制站,由中心控制站或主站进行数据的处理。此时的RTU通信能力也很弱,特点是通信数率慢,方式单一,且大多数采用的是自定义的非标准协议。

  随着半导体技术的飞速发展,RTU的核心芯片--微处理器的功能日益强大,RTU的数据处理能力得到很大的提高,许多比较复杂的算法和通信协议得以实现,输出控制也不单纯依赖于中心控制站,通常提供本地的闭环控制和调节。

  网络和通信技术的快速发展为RTU技术提供了更先进、更优良的性能,同时也为RTU产品带来了更广泛的应用。基于IP技术的网络化RTU具备快速的响应能力、开放式的通信协议和平台,已经成为目前市场上的主流工业控制产品。越来越多的传统工业控制器的生产厂家已经将其产品重点转向RTU,同时有越来越多的新企业加入到RTU的行业中来,包括许多类似Motorola这样的通信企业。

  如今,RTU技术正向着智能化方向发展。智能化RTU可以自动判断获取的数据是否需要立即上报给中心控制站,还是可以暂时保留在本地以后再传,或直到中心控制站要求时再传。智能化RTU可以自动检测到通信的中断,并立即开始将数据保存到存储器中,从而可以最有效的利用通信网络。智能化RTU还可以同时向几个中心控制站传送那些关键的数据。此外,由于安全性是目前通信网络中最大的问题,智能化RTU可以将数据在传输前进行加密,也可以拒绝那些来自未知地址的访问。

  3.我国RTU技术现状

  我们国内的RTU技术和产品起步较晚,国内的RTU产品主要应用在油田自动化、输油输气管网监控系统、城市供水、供气管网监控系统。

  在这些行业早期的应用中使用的几乎全都是国外的RTU产品。近些年国内一些企业开始自己设计RTU,其设计思想基本上跟随国际的发展路线。也有一些厂家引进国外技术,然后进行消化吸收,进行二次开发和应用,并逐步实现国产化。但目前真正具备RTU设计和开发能力的企业并不多,其产品与国际顶尖RTU产品也有一定的差距。主要差距表现在产品的可靠性、标准性和通用性上。

气井加热炉--防爆井口数据采集器,采集气井井口压、温度和控制加热炉

  4.RTU市场竞争状况

  在国际市场上,RTU产品市场的前景广阔。除几个大品牌RTU厂商外,还有一些一直从事DCS和PLC产品研发的厂商开始推出自己的RTU产品。目前的RTU产品市场虽然竞争日趋激烈,但由于其应用范围宽广,市场需求还是非常充足。

  在国内市场上,随着工业企业SCADA系统的应用与发展,RTU产品也受到相应重视,但总的看来,还是采用国外品牌的RTU产品居多,国内RTU品牌的产品尚未形成应有的市场。

  随着国内高新技术产业的出现与发展,这种状况正在发生变化。但RTU的应用还处在起步阶段,虽然已经有了不少较好的实用案例,但个别场合还是有拿PLC来当RTU应用的情况,特别是在较为恶劣环境中,这种应用可靠性很难保证。国内低端控制器市场则竞争非常激烈,许多不具备RTU基本特性,单片机制作的产品,也自称RTU,多在一些项目和工程中应用。由于其不具备RTU基本特性,品质较低,应用范围受限,很难形成产业化。不利于RTU行业的规模化发展、产品推广应用和走国际化道路。不是RTU产品发展的道路。目前这样的公司较多,产品种类杂乱,没有形成规模,不成产品体系。

  在国内高端市场上,真正RTU产品公司的主要竞争对手是国外的RTU厂商和少数国内的RTU产品公司。高端产品的RTU由于受技术水平的限制,国内目前只有极少数公司在技术和标准上可以和国际自动化公司制造的RTU产品相比拟。北京安控科技股份有限公司(ECHO)的RTU产品已经处于国际领先地位,产品品质处于国际先列。公司目前在油气田和油气管线及城市管网应用领域的竞争对手主要为RTU行业国际一流公司Emerson、Honeywell、Motorola、ABB等,在油气田井口主要竞争对手为EP、LUFKIN公司。安控的RTU产品与国际公司相比,有高的性价比,具有良好全球市场前景。

    5.RTU产品在油气田行业中的应用

  由于RTU的特点更适合各类广域环境的SCADA数据采集亚博体育官方app下载,在国外石油天然气行业中RTU应用非常广,安控产品在国内石油天然气行业得到大面积应用,在这一行业得到长足发展,并开发出适合该行业的一系列RTU控制器等产品。在油田井口方面开发出智能抽油机控制器,目前在石油天然气行业中具有抽油机控制器产品的厂家只有LUFKIN、EP公司,ECHO是唯一一家可以和这两家公司在抽油机控制器性能和技术上竞争的。ECHO同时开发出国内第一款适合国际流行的天然气计量标准AGA3、AGA7、AGA8 、GB/T21446-2008算法的RTU产品。国内其他厂家基本上采用单片机制作井口单一功能的数据采集器,并非采用在线智能控制器,其功能单一,不利于产品升级和长期发展。

  ECHO的RTU产品在油气田应用市场占有率较高,产品应用覆盖从油气田采油井口、注水井口、水源井井口、计量站、转油站、油气处理站、管线阀站到中心控制室,产品种类齐全,率先研发出2.4G无线RTU及相关变送器产品,具有全面完善的油气田SCADA系统应用解决方案。随着"数字油田"、"数字石化"、"数字石油"、"数字管线"等新的石油行业信息化理念被普遍接受,全球石油石化企业的新一轮的信息化竞赛已经进入了实力较量阶段。石油石化企业已经发展到了离开信息系统就无法生存的地步,全面数字化已经成为各石油企业逐鹿中原的重要战略。可以预测,RTU作为数字化系统的信息源头,市场前景将越来越旺盛,行业成长势头将进一步跨越式发展。

 

 

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