基于嵌入式Internet技術(shù)的通用RTU設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要:針對(duì)傳統(tǒng)RTU通訊速率低、通訊規(guī)約不統(tǒng)一、系統(tǒng)不開放，分析了在IEC 60870-5-104通信規(guī)約的基礎(chǔ)上，結(jié)合嵌入式Internet技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套開放、靈活、可靠的Webit-GRTU體系結(jié)構(gòu)。通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證了設(shè)計(jì)目標(biāo)，為傳統(tǒng)RTU低成本更新?lián)Q代開辟了一條途徑。

關(guān)鍵詞:嵌入式Internet; 遠(yuǎn)程終端設(shè)備; IEC 60870-5-104通信規(guī)約; TCP/IP; Webit-GRTU

遠(yuǎn)程終端設(shè)備(Remote Terminal Unit，RTU)是一種遠(yuǎn)程測(cè)控智能裝置。它不僅可以采集、監(jiān)測(cè)、計(jì)算和存貯現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備信號(hào)，而且能獨(dú)立地完成預(yù)定的控制程序、執(zhí)行上位機(jī)的指令，并將執(zhí)行結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)回傳上位機(jī)。RTU比PLC具有更優(yōu)良的通訊和控制能力，適用于惡劣的工作環(huán)境及實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的特殊算法。

然而，隨著自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的不斷發(fā)展以及ERP戰(zhàn)略的廣泛實(shí)施，各種應(yīng)用和服務(wù)對(duì)信息的實(shí)時(shí)性、可靠性、可擴(kuò)展性等提出了越來(lái)越高的要求。目前傳統(tǒng)RTU無(wú)論在結(jié)構(gòu)上還是實(shí)現(xiàn)方法上都已經(jīng)很難滿足實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的要求。主要表現(xiàn)在：(1) 通信規(guī)約不統(tǒng)一。存在眾多的通信規(guī)約，如DNP 3.0、Modbus、SCI、CDC、CDT等等，各大生產(chǎn)廠家都遵循著自己的一套通信規(guī)約，不同設(shè)備之間的互聯(lián)及升級(jí)較困難;(2) 通訊速率較低。傳統(tǒng)的RTU通信方式多為RS-232/422/485總線方式，最基本的“四遙”量只能以秒級(jí)傳送，通信速率成為系統(tǒng)性能的瓶頸，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)時(shí)監(jiān)控要求。

90年代后期，Internet/Intranet技術(shù)日趨成熟，設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化及普適計(jì)算模式的概念不斷形成，新投入的自動(dòng)化系統(tǒng)及管理網(wǎng)絡(luò)開始廣泛地采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，新的自動(dòng)化控制與通訊國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)也不斷出臺(tái)。這就要求新型的RTU能夠充分利用現(xiàn)有通信資源，提高數(shù)據(jù)的吞吐量，保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，同時(shí)又具有更好的開放性、兼容性。為適應(yīng)這一發(fā)展潮流，本文遵照國(guó)際電工委員會(huì)IEC 60870-5-104通信標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)了一套基于嵌入式Internet技術(shù)的通用型RTU-Webit-GRTU，可在任何Internet/Intranet的結(jié)點(diǎn)上對(duì)Webit-GRTU系統(tǒng)進(jìn)行全面的遠(yuǎn)程訪問(wèn)，為傳統(tǒng)RTU低成本更新?lián)Q代開辟了一條途徑。

1 嵌入式Internet技術(shù)與Webit

嵌入式Internet技術(shù)是一種設(shè)備接入技術(shù)或者說(shuō)是一種異種網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)，它主要解決的問(wèn)題是通過(guò)Web和嵌入式技術(shù)實(shí)現(xiàn)從不同的子網(wǎng)、不同物理區(qū)域?qū)尤氲絀nternet的設(shè)備和異類子網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控、診斷、管理及維護(hù)等操作，使用戶對(duì)接入到Internet上的各種設(shè)備或其他類型的子網(wǎng)具有遠(yuǎn)程監(jiān)控、診斷和管理的能力。圖1為采用了嵌入式Internet技術(shù)的Webit與電視機(jī)、攝像機(jī)、UPS、RTU等設(shè)備綁定后聯(lián)入互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)示意圖。借助Internet，打破地理上的障礙，實(shí)現(xiàn)全球化的通信和控制。

Internet通信協(xié)議對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的CPU速度、存儲(chǔ)器容量等的要求較高，用于PC機(jī)系統(tǒng)不存在任何困難，但是用于自身資源受限的嵌入式系統(tǒng)就必須根據(jù)需要有所取舍，合理選擇通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)和處理方案。Webit根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)，在實(shí)時(shí)內(nèi)核WebitX 2.0基礎(chǔ)上對(duì)TCP/IP協(xié)議簇中的各層協(xié)議做了不同程度的裁減，結(jié)構(gòu)小巧、成本低廉、性能可靠，同時(shí)擁有高速、開放、實(shí)時(shí)的強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)通訊能力。