[澳大利亚埃波罗科技（中国）有限公司上海200122] 俞卫阳
                                                      -－发表于《自动化信息》2003年第五期

随着我国城镇化建设步伐的加快，城镇数量增加、规模不断扩大，如何合理、有效地利用紧缺的水资源就成了近期我们业内人士须解决的迫切的课题。通过学习先进的管理理念，利用先进的技术和设备，建设和改造供水企业。其中，利用信息产业技术的一些成果来改进供水行业调度系统以提高自动化程度尤显重要。现场测控远传终端（Remote Telemetry Unit）是调度系统的数据传输通路，它们的选择应得到我们足够的重视。
我国从上世纪八十年代起就开始有了简单的城镇供水调度系统。最初采用集成电路、分立式元件构成，人机交互操作靠手动按键操作采集信息、控制设备。到九十年代，逐渐被单片单板机和模拟数传电台所组成的无线RTU系统所取代。近几年来，由于信息产业的观念和技术的发展，供水调度系统已从单纯的数据监控系统发展成为具有监控、分析、预测、决策全面处理能力的综合信息管理系统。对调度系统所属设备包括RTU提出了更高的要求。由于缺乏相关的行业标准，用什么标准来衡量无线RTU的性能成了难题。本文从无线RTU 的各组成部分和整体性能指标入手，分析并比较目前应用较多的各种类型的无线RTU，为用户的选择提供参考意见。

一． 无线RTU 各组成部分的基本性能指标
无线RTU一般由数传电台、I/O模块、电源等外围设备三部分组成。
1． 数传电台
目前市场上有数字电台和模拟电台两大类数传电台。
模拟数传电台采用的是调频模拟车载电台加调制解调器芯片改制。而数字数传电台采用数字信号处理、纠错编码、软件无线电、数字调制解调和表面贴片一体化设计等技术。由于核心技术的不同，在性能指标上存在很大的差异。
1）传输速率
传输速率是指单位时间内传输的比特数，单位为BIT/S。较高的传输速率能保证数据传输的实时性，特别是在数据量较大时。
2）误码率
总的传输的比特数中发生错误的比特数的百分比。不应低于10E-5。
3）环境要求
应适合RTU整体环境适合能力的要求。针对供水行业的具体情况，应选用军工级标准既
—30度~+60度的标准。以及对湿度和粉尘方面的要求。
2． I/O模块
为数传电台与各种仪表、执行器之间的连接部分。主要应注意的有：
1） I/O配置
模拟量，数字量，脉冲量的数量和组合的合理性。
2） 可扩展性
保证今后可方便地增加I/O数量，扩展规模。
3） 精度
即A/D分辩率。
4）工作环境
应适合RTU整体环境适合能力的要求。

3． 电源
1） 可靠性
电源应保证能可靠、稳定地供电，平均寿命长。
2） 适用性
应能提供多种供电方式，如：交直流、蓄电池、太阳能电池等以适应各种场合。
3）工作环境
适合RTU整体环境适合能力的要求。

二． 无线RTU综合性能指标及比较
目前应用于供水行业SCADA系统中的无线RTU主要有三类：
1．单片单板机加数传电台加电源，由技术力量较强的公司开发、集成。
2．可编程控制器(PLC)加电台加电源，由各集成商或承包商集成。
3．集成一体化、专用于无线调度系统的RTU,由专业性公司生产。
我们比较无线RTU时主要比较其综合性能指标包括：可靠性、实时性、安全性、可扩展性、可维护性等。
1． 可靠性
可靠性是指设备在指定条件下，在指定时段内，完成其预定功能的能力。是指在一定的运行时间内出现故障次数的概率。可靠性由各部件(包括设备硬件和软件)本身的可靠性以及将各部件整合时的设计合理性和组装能力所决定。具体用平均无故障间隔时间（MTBF）或故障率来衡量。
不同供应商的无线RTU产品所采用的元气件的性能和整体设计制造、整合能力有很大差异，因此产品的性能存在巨大差异。目前市场上无线RTU可以分为集成一体化式和分立式两种。前者为专业性的公司生产，提供的是无线RTU的整体MTBF指标。而分立式由不同厂家的产品组合而成，方式多样。由于存在太多的不确定因素，确定无线RTU的整体MTBF指标会比较困难。MTBF指标的高低直接影响着设备运行后的管理和维护成本。

2．实时性
实时性是指系统及时快速地把测控数据（监测数据、控制指令、报警信号）进行准确完整传输的能力。主要指标有：数据传输时间，报警响应时间，指令响应时间，数据更新时间等。
单台无线RTU的实时性由数传电台的工作制式、数据传输速率所决定。
整个系统的实时性还与系统的通讯方式密切相关。系统的通讯方式是指一个系统内的多个RTU与设于控制中心内的主站完成测控数据交流的方式。主要可分为轮询式和自报式两种。轮询式是指主站按顺序轮流询问每个RTU的监测数据。这种方式在由多个RTU构成的系统中数据传输延时会比较大。自报式是指各个RTU在所监测的数据一旦有变化就自动地向主站汇报，保证了数据的实时性。

3．安全性
安全性是指避免将设备置于潜在的危险或不稳定工作状态的能力。
对于由无线RTU构成的调度系统而言有两个方面。
第一， 系统RTU本身的安全性。具体地讲就是避免受到诸如天电既雷电和磁暴的干扰；工业设备既电机，变频器等的干扰；其它无线电通讯设备的干扰。以及环境适应能力既避免高温、低温、湿度、粉尘等环境因素的影响。
第二， 因于设备不能检测数据错误及发生数据丢失而影响所控制设备及生产的安全。
为了提高RTU及调度系统的安全性能，具体的有效措施有：
1） 选用先进的数传电台组成的无线RTU。因为电台的制式不同，抗干扰性能有根本性的不同。
2） 做好设备所在建筑物防雷措施，还应在RTU上有气体浪涌防护装置以避免感应电流的伤害。
3） 在一体化的RTU外加装金属外壳，屏蔽干扰电磁波。
4） 提高各部件的环境适应能力，避免温度和湿度等的影响。
5） 采用先进的技术保障数据传输过程的安全，提高RTU的灵敏度，降低误码率。
6） RTU自身具有判断是否完成数据传输的功能，并能在失败时多次重发。
7） 设立数据优先级，以优先保证报警信号等重要数据的传输。
8） 提供中继和路由功能，以适应复杂地形或距离超长的要求。

4．可扩展性
可扩展性是指系统规模或功能可被扩展的性能。
规模扩展是指为了适应城市规模的扩大而扩展系统。功能扩展是指因原有系统不能满足新形势下的管理和生产的要求，而修改升级系统的功能。可扩展性可以用扩展或修改的难度以及为修改或扩展而需要的停机时间来衡量。
在无线调度系统中RTU 的I/O模块连接下位的各种仪表和执行单元，中心主调度机连接上位的计算机。数据在RTU和中心主调度机间传输。为了保障数据传输的安全，不同生产厂家的产品其内部的通讯协议是独有的和排它性的。城镇供水无线调度系统的扩展主要有：泵站和管网测点数量的增加；上位软件的功能修改升级。系统原有设备能否提供标准化的串口和通讯协议，以保障自由选择上位、下位产品直接决定了扩展改造的难易程度。而停机时间的长短主要由扩展部分和原有设备安装连接的快慢所决定。

5．可维护性
可维护性是指系统在给定的使用条件下，当发生故障后，恢复其全部功能及正常工作状态的能力。可维护性用平均恢复时间进行衡量。平均恢复时间包括：故障确认时间，准备时间及修理时间。
1） 故障确认时间
要求RTU设备具有故障自诊断功能，能在第一时间确定发生故障的位置，并在上位计算机中显示。可以大大缩短故障确认时间。
2） 准备时间
准备工作包括备件的准备，维修计划的制订，维修人员的安排，维修设备的准备等。采用专业性公司集成一体化的无线RTU，由于接口少，备件容易准备且售后服务可以有保证。提高管理水平，加强备件管理，缩短制订计划和人员安排的时间。
3） 修理时间
修理时间由维护人员的专业技能，设备拆装和修理的难易程度所决定。修理设备需要的专业技能要求高的对维护人员的要求就高，人员培训费用和人员流失风险也高。修理时间也会较长。设备如果可以带电热插拔的，因拆装方便，可节省修理时间。

三、 结合行业特点选择无线RTU
城镇供水行业有自身的特点，无线RTU在调度系统的应用中普遍会存在的难题有：
1． 无线调度系统的扩展
随着城镇范围的扩展和居民的增加，供水的地域范围和规模总是在不断地扩大。同时，对自动调度系统的功能要求也在升级。在对系统进行扩展时的原则是不降低原系统的性能。在对原有系统进行扩展的时候，往往由于系统的可扩展性差而导致大量淘汰原有设备，造成原有投资的严重浪费，增加了扩展成本。或者由于决策时无法忍受这种浪费和高成本，放弃选择先进的高性价比的产品，只能选择已经落后的应该淘汰的同类产品用于扩展。导致投资的投入与产出比低下。直到无法忍受时再进行彻底的淘汰，造成原有投资的更严重浪费。为了避免这种情况的发生，在建立城镇供水调度系统时必须充分考虑系统的可扩展性。
在保证扩展原则的前提下，扩展时一套好的系统应符合：扩展时其设备及软件被重新设置的要求最小；实现及测试扩展所导致的系统停机时间最小。

2．管网测压点终端的供电和天线的架设
城镇供水行业无线调度系统一般包括：水司控制中心、多个水厂分控中心、多个水厂测控站点、多个水源（地）井测控站点、多个管网加压站点和多个管网测压点。除一个水厂内各测控点比较集中外，其它测控站点散布在城市的不同区域。无线RTU在城市中的无线通讯通路受城市地形、地貌和地面建筑物的影响很大。地面建筑物随着城市的发展经常变化，而且不容易掌握变化的情况。应用于供水行业的无线通讯大多为视距传播，尽管无线电波有一定的绕射能力，但地面情况还是会对通讯通路造成影响。其中，管网测点无线RTU的供电和天线的架设总是会受到种种因素的制约和影响。比较有效的措施有：
提供多种供电方式，除了可以用市电供电外还可以通过各种电池（碱性电池、蓄电池、太阳能电池）向RTU和仪表供电。
在城市中用理论计算来指导架设天线合适的安装地点、高度、方向等比较困难。无线RTU如自带有测试现场干扰电磁场强度和通讯场强度的功能，就可以到现场取得干扰和通讯场强数据，指导天线的架设。同时可以利用中继和路由功能，提供灵活的组网方式，保障正常通讯。
3．城市频率资源短缺，干扰源众多
利用无线的方式建立自动化调度系统的行业很多，而由于技术原因频率资源浪费又非常严重，如一些大中城市中甚至出现供水行业的多个控制分站各用一个频点的情况。各种原因造成了频率资源非常短缺。城市中无线电台、电机、变频器等干扰源广泛存在。因此，要求无线RTU应具有很好的抗干扰性能。电台在无线频点的使用上应能大范围共用，提高频率资源的利用率。
数字电台与模拟电台由于工作制式不同，有本质上的区别，前者的抗干扰性能要好许多。数字电台拥有很高的通讯能力，既低功率、高灵敏度远距离传输的能力。低功率设计既降低了产生干扰其它设备的可能性，并且能延长电子元气件的使用寿命，降低故障率。另外，集成一体化和铝制金属外壳可以起到很好的整体屏蔽防护作用，降低外界干扰的影响。
概括地说，对无线RTU在这方面的要求应该是：被干扰时，无线通讯受影响最小；低功率低干扰性，高灵敏度高接收能力；不同系统可用同一频点，提高频率资源的利用率。

总之，我们在选择无线RTU时，应该广泛地收集信息，充分地比较各种类型的RTU的基本性能及综合性能并结合城镇供水行业的特点，以此为依据选择产品应用到我们的城镇供水调度系统中去。在选择供应商时，应重点考虑是否能提供良好的售后服务。要考察供应商是否为长期的稳定的专业的无线RTU设备生产厂商。选择高性价比的产品，建立先进的供水调度系统，提高企业的综合效益。