基于80C196KB的远程测控终端的设计

1 引 言

　　RTU（Remote Terminal Unit）即远程测控终端，是监测、监控及数据采集（SCADA）系统的终端测控单元。SCADA系统以计算机为基础，能实现远程数据采集、设备控制、测量、参数调节以及信号报警等功能，可以广泛应用于电力、水利、石油、化工、市政等行业中，用于地理环境恶劣无人值守的环境下进行远程监控。整个SCADA系统由监控中心、若干分散分布在各个监控点上的远程测控终端（RTU）和通信介质三部分组成。RTU作为系统的独立工作站点，完成现场数据的采集与处理、现场执行机构的控制以及与监控中心的远程通信，具有易扩展性和易维护性的特点，而且自成体系，当远程通信中断时能独立运行，不影响对现场的监控功能。

　　2 RTU的主要配置

　　RTU主要有两种工作方式，自动方式和手动方式。自动方式时，RTU的所有工作参数都由监控中心定时或随时设置，现场只能查询不能修改；手动方式时，RTU的所有工作参数都可以现场查询和修改。一般来说，手动方式只是在现场调试、检修和系统通信长时间中断的情况下采用。无论是工作在自动方式还是手动方式，工作参数一经设置，RTU就会自动按照规定的流程和模式进行数据采集和处理、现场控制以及通信响应。

　　RTU的主要配置有CPU板4键盘显示板、I/O板、串行通信接口单元3以及通信设备、电源、机箱等。CPU板一般采用单片机、DSP等作为控制核心，CPU板所固化的程序决定了RTU的全部工作流程，包括现场的数据采集及处理方法、控制模式及功能、故障处理方式、远程通信协议及其实现等，更新程序就可以使RTU满足多种现场流程的要求。键盘显示板用于实现RTU的人机对话功能，支持对RTU的现场操作控制，以保证RTU在系统通信中断时能够继续监控工作。为防止误操作，键盘须加锁或密码管理，限定操作员级别。为适应不同的现场环境状况，显示器件可以选择采用LED数码管或LCD液晶显示器模块等实现，I/O板上的I/O通道是RTU与现场信号的接口，在
符合工业标准的基础上，还应该具有多种结构形式，以适应不同的现场信号类型，如开关量I/O通道、脉冲量I/O通道、模拟量I/O通道、数字量I/O通道等。RTU串行通信接口单元一般至少要有两个通信端口，以支持RTU与监控中心、RTU与下级设备或RTU之间的通信。RTU的通信介质根据现场环境及对象的要求，可以选择为有线或无线。有线方式如电力线载波、RS-485总线、公共电话线网等，无线方式如VHF/UHF无线电台、移动电话网等。RTU支持的通信方式有监控中心触发的通信和RTU触发的通信，监控中心触发的通信包括：（1）站点查询。监控中心周期性的、以一定的时间间隔、在一定的时限内，对所有的RTU依次下达查询命令，收集各站点的现场数据和信息。（2）站点控制。由监控中心定时或随机地向所有RTU（群控）或某个RTU（单控）下传工作参数或控制命令，如RTU工作参数设置、现场设备的开/关控制等。（3）校对时间。监控中心定期对所有RTU校对系统时间%以保证系统动作的一致性。监控中心触发的通信具有较高的优先响应权。RTU触发的通信包括：（1）响应监控中心的命令。根据监控中心的命令格式上传现场参数和信息，或接收监控中心下传的工作参数和命令m并执行相应的控制操作。（2）故障报警。当现场工作出现异常或故障时，由RTU主动呼叫监控中心，上传现场状态信息和故障信息。对于监控中心来说，对RTU的故障报警应优先响应。（3）响应下级设备或RTU的呼叫，接收它们的上传信息，并进行处理。（4）对下级设备或RTU下传参数或命令。在SCADA系统中，RTU站点比较分散、站点多，与监控中心的距离较远，通信的可靠性对于整个系统的正常运行至关重要另外，RTU还应具备一定的现场故障定位及其安全保护功能。

　　RTU的CPU板与其它功能板之间的连接可以采用总线板槽或扁平线接插件等方式，这样的连接方式易于各模板的维修-更换和扩展。下面结合RTU在城市路灯自动监控系统中的应用，介绍它的硬件和软件实现。

　　3 RTU的硬件电路设计

　　3.1 RTU在城市路灯自动监控系统中的应用

　　城市路灯自动监控系统是微型计算机和单片机组成的主从式微机网络。系统中，以单片机为核心的测控终端（RTU）分布在各个街区的分控站点，直接对路灯进行开、关控制，控制方法灵活多样，有整夜灯、半夜灯、回开灯和自设灯等，既可以根据日出日落时间曲线自动控制路灯开/关，根据光照度和城市的特殊需要等随时设置和修改任一支路的开/关灯时间，还可以实现强制开/关灯控制，即不考虑各支路的开/关灯时间设置，由监控中心直接下达命令强制打开或关闭全部站点或某一站点的全部或某一支路。同时，RTU还自动定时检测各路灯支路的工作电压、电流，并通过无线数传模块上报监控中心，计算亮灯率，随时掌握路灯的工作状况，若路灯支路出现异常或故障，如电压越限、电流越限、异常开灯、支路开关跳闸等，RTU不仅能及时检测并向监控中心报警，还可以根据故障类型自动采取相应的保护措施，保证路灯支路安全、可靠地工作，监控中心以工控计算机为系统主机，能够根据城市所在的经纬度自动生成每日的开/关灯时间曲线，定时（自动）或随机（手动）对各路点的路灯控制方式、灯控时间等工作参数进行设置，提取各支路的电压/电流值、故障、灯态等信息，并进行存储、汇总、计算、报警和打印等处理，城市路灯自动监控系统的整体结构框图如图1所示。

　　图1 城市路灯自动监控系统整体结构框图