Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của RTU

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của RTU

Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu sâu hơn về Remote Terminal Unit (RTU) – một thiết bị không thể thiếu trong các hệ thống giám sát và điều khiển công nghiệp hiện đại, đặc biệt là hệ thống SCADA. Chúng ta sẽ khám phá chi tiết cấu tạo và nguyên lý hoạt động của RTU, cũng như vai trò quan trọng của nó trong việc thu thập và truyền dữ liệu.

Các thành phần chính trong một RTU

Một RTU được cấu thành từ nhiều bộ phận quan trọng, mỗi bộ phận đều đóng vai trò thiết yếu trong việc đảm bảo khả năng thu thập dữ liệu, xử lý và truyền thông hiệu quả.

Bộ xử lý trung tâm (CPU)

Bộ xử lý trung tâm (CPU) là “bộ não” của RTU, chịu trách nhiệm xử lý các tác vụ cốt lõi và điều khiển toàn bộ hoạt động của thiết bị. Các RTU hiện đại thường sử dụng các bộ vi xử lý 32-bit mạnh mẽ, tích hợp các tính năng như bộ đếm thời gian giám sát (watchdog timer) để đảm bảo độ tin cậy và chính xác trong quá trình hoạt động. Một số RTU cao cấp còn được trang bị CPU kép để tăng cường khả năng dự phòng, đảm bảo hoạt động liên tục ngay cả khi có sự cố. Ngoài ra, nhiều RTU ngày nay còn hỗ trợ cổng Ethernet để kết nối mạng, mở rộng khả năng tích hợp vào các hệ thống lớn hơn.

Mô-đun I/O (Input/Output)

Mô-đun I/O (Input/Output) là giao diện chính giúp RTU kết nối với các thiết bị trường (field devices) như cảm biến, bộ truyền động (actuators) và các thiết bị đo lường khác. Các mô-đun này cho phép RTU thu thập các loại tín hiệu khác nhau, bao gồm:

• Đầu vào số (Digital Inputs): Dùng để nhận biết trạng thái bật/tắt (ví dụ: công tắc, rơ-le).
• Đầu ra số (Digital Outputs): Dùng để điều khiển các thiết bị bật/tắt (ví dụ: kích hoạt máy bơm, đóng/mở van).
• Đầu vào tương tự (Analog Inputs): Dùng để đo lường các giá trị liên tục (ví dụ: nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, điện áp, dòng điện). Các tín hiệu này thường là 4-20mA hoặc 0-10V.
• Đầu ra tương tự (Analog Outputs): Dùng để điều khiển các thiết bị với giá trị liên tục (ví dụ: điều chỉnh tốc độ động cơ, điều khiển van tuyến tính).
• Mô-đun I/O có thể được cấu hình linh hoạt để phù hợp với nhiều loại tín hiệu và ứng dụng khác nhau, giúp RTU trở thành một thiết bị đa năng trong hệ thống tự động hóa.

Giao tiếp truyền thông

Giao tiếp truyền thông là thành phần then chốt giúp RTU kết nối và trao đổi dữ liệu với hệ thống cấp trên như SCADA hoặc các hệ thống điều khiển trung tâm khác. RTU hỗ trợ nhiều chuẩn giao tiếp phổ biến trong công nghiệp, bao gồm:

RS-232, RS-485: Các giao diện nối tiếp này thường được sử dụng cho kết nối điểm-điểm hoặc đa điểm với khoảng cách truyền xa. Giao thức Modbus RTU thường được sử dụng qua các chuẩn này.
Ethernet: Ngày càng phổ biến hơn, cho phép RTU kết nối vào mạng LAN/WAN, hỗ trợ các giao thức như Modbus TCP/IP, DNP3, IEC 60870-5-104 để truyền dữ liệu nhanh chóng và đáng tin cậy.
Giao tiếp không dây (Wireless): Trong các ứng dụng ở khu vực xa xôi hoặc khó khăn về địa hình, RTU có thể sử dụng các module truyền thông không dây như sóng radio, GSM/GPRS/3G/4G để gửi dữ liệu về trung tâm.
Các cổng giao tiếp này đảm bảo RTU có thể giao tiếp dễ dàng với các thiết bị và hệ thống khác, tạo thành một mạng lưới giám sát và điều khiển liền mạch.

Nguyên lý hoạt động của RTU

RTU hoạt động theo một quy trình tuần tự để đảm bảo việc thu thập, xử lý và truyền dữ liệu diễn ra hiệu quả.

Quá trình thu thập dữ liệu

Quá trình thu thập dữ liệu của RTU bắt đầu từ các thiết bị trường. RTU sẽ liên tục quét (scan) và đọc các tín hiệu từ các cảm biến và thiết bị đầu cuối thông qua các mô-đun I/O của nó.

Đọc tín hiệu số: RTU kiểm tra trạng thái của các tín hiệu bật/tắt, ghi nhận các sự kiện thay đổi trạng thái (ví dụ: một công tắc được bật, một cảnh báo được kích hoạt).

Đọc tín hiệu tương tự: RTU đo lường các giá trị analog (như nhiệt độ, áp suất) và chuyển đổi chúng từ dạng analog sang dạng số để có thể xử lý. Quá trình này thường bao gồm việc chuyển đổi A/D (Analog-to-Digital).

Xử lý dữ liệu ban đầu: Sau khi thu thập, RTU có thể thực hiện một số xử lý cục bộ như lọc nhiễu, chuẩn hóa dữ liệu, hoặc thực hiện các phép tính đơn giản trước khi gửi về trung tâm. Điều này giúp giảm tải cho

hệ thống SCADA trung tâm và đảm bảo dữ liệu được truyền đi là chính xác và có ý nghĩa.

Lưu trữ tạm thời: Một số RTU có khả năng lưu trữ dữ liệu tạm thời (logging) trong trường hợp mất kết nối với trung tâm, đảm bảo không bị mất thông tin quan trọng. Khi kết nối được phục hồi, dữ liệu sẽ được gửi lên hệ thống SCADA.

Truyền dữ liệu đến hệ thống SCADA

Sau khi thu thập và xử lý dữ liệu, RTU sẽ truyền thông tin này về trạm chủ SCADA (Master Station) thông qua các kênh truyền thông đã cấu hình.

Giao thức truyền thông: Dữ liệu được đóng gói theo các giao thức truyền thông tiêu chuẩn như Modbus RTU, Modbus TCP/IP, DNP3, hoặc IEC 60870-5-104. Các giao thức này đảm bảo dữ liệu được truyền đi an toàn, chính xác và có thể được hệ thống SCADA giải mã.

Truyền dữ liệu theo sự kiện hoặc định kỳ: RTU có thể truyền dữ liệu theo hai cách chính:

Theo sự kiện (Event-driven): Dữ liệu chỉ được gửi khi có sự thay đổi đáng kể về trạng thái hoặc giá trị, hoặc khi có cảnh báo xảy ra. Điều này giúp tối ưu hóa băng thông truyền dẫn.

Định kỳ (Polling): Hệ thống SCADA sẽ định kỳ yêu cầu RTU gửi dữ liệu theo một chu kỳ thời gian nhất định.

Nhận lệnh điều khiển: Ngược lại, RTU cũng có khả năng nhận các lệnh điều khiển từ hệ thống SCADA và thực thi chúng tại hiện trường (ví dụ: lệnh bật/tắt máy bơm, thay đổi điểm đặt của van).

Mô hình kết nối RTU trong hệ thống SCADA

Trong một hệ thống SCADA, RTU đóng vai trò là một mắt xích quan trọng, tạo cầu nối giữa các thiết bị tại hiện trường và trung tâm điều khiển. Mô hình kết nối phổ biến nhất có dạng hình sao hoặc mạng lưới, nơi các RTU được phân bố tại các vị trí xa xôi và giao tiếp với một trạm chủ SCADA tập trung.

Một mô hình kết nối điển hình sẽ bao gồm:

Các thiết bị trường (Field Devices): Bao gồm các cảm biến (sensor), bộ truyền động (actuator), công tắc, van, máy bơm, máy phát, v.v., được kết nối trực tiếp với các mô-đun I/O của RTU.

RTU: Thu thập dữ liệu từ các thiết bị trường, thực hiện xử lý sơ bộ và truyền dữ liệu lên trạm chủ SCADA. Đồng thời, RTU cũng nhận lệnh từ SCADA để điều khiển các thiết bị tại hiện trường.

Hệ thống truyền thông (Communication Network): Là cầu nối vật lý giữa RTU và trạm chủ SCADA. Hệ thống này có thể bao gồm cáp quang, cáp đồng, sóng radio, mạng di động (3G/4G/5G), hoặc vệ tinh, tùy thuộc vào khoảng cách và yêu cầu về băng thông.

Trạm chủ SCADA (SCADA Master Station): Là trung tâm điều khiển và giám sát, nơi các nhà vận hành có thể xem dữ liệu thời gian thực, phân tích xu hướng, tạo báo cáo và gửi lệnh điều khiển đến các RTU để

quản lý toàn bộ hệ thống. Trạm chủ SCADA thường bao gồm phần mềm HMI (Human Machine Interface) và các máy chủ xử lý dữ liệu.

Nếu bạn đang tìm kiếm Lưới điện thông minh – SCADA chất lượng cao, liên hệ cho chúng tôi qua thông tin bên dưới: