Unidades Terminales Remotas (RTU): Componentes clave de sistemas SCADA

RTU significa Unidad Terminal Remota. Una RTU es un dispositivo de control típicamente instalado en una ubicación remota como parte de un sistema grande. El propósito principal de una RTU es monitorizar y controlar dispositivos de campo, como válvulas, actuadores, sensores y más. Las RTU son componentes esenciales de los sistemas de control supervisorio y adquisición de datos (SCADA), estableciendo interfaces entre el control SCADA y los procesos físicos.

Figura 1. El ACE3600 es una RTU popular de Motorola. Imagen cortesía de EBIPAX

A veces, las RTU se clasifican erróneamente como controladores lógicos programables (PLC) debido a sus similitudes y al dominio de estos últimos en el campo de la automatización industrial. Sin embargo, existen varias diferencias técnicas entre ellos, así como diferentes aplicaciones para las que uno es más adecuado que el otro.

La historia de las RTU está estrechamente conectada con la historia de SCADA. Los primeros sistemas SCADA se originaron en plantas de generación de energía en la década de 1950. El desafío en ese momento era recopilar datos de subestaciones interconectadas y enviarlos a la sala de control principal. Esto se logró gracias a las primeras aplicaciones de telemetría, esencialmente, las primeras RTU.

Más tarde, en las décadas de 1960 y 1970, con los avances en ciencias de la computación, se volvió posible implementar los primeros sistemas SCADA y RTU basados en electrónica. La instrumentación se instaló a distancias mayores que antes, y las RTU ofrecieron la capacidad de adquirir mayores volúmenes de datos y realizar algunas funciones de control básicas.

La versión moderna de la RTU se introdujo en la década de 1980 y se desarrolló a lo largo de la década de 1990. La RTU ahora era basada en microprocesadores y capaz de ejecutar lógica más avanzada, similar a los PLC. Se introdujeron nuevos protocolos de comunicación, permitiendo intercambiar aún más información de forma fiable. RS-232, RS-482 y, más tarde, Ethernet son algunos de los protocolos más utilizados. Las RTU contemporáneas vienen con más características y funcionalidades.

Componentes de una RTU

Una RTU consta de un panel de hardware donde se instalan uno o más módulos de entrada/salida (E/S). Los componentes más importantes de una RTU son la unidad central de procesamiento (CPU), la fuente de alimentación, el puerto de comunicación y la E/S física. Revisaremos estos componentes con más detalle a continuación.

Figura 2. Una estructura de hardware típica de RTU. Imagen cortesía de ResearchGate

Unidad Central de Procesamiento (CPU)

La CPU puede constar de una o más tarjetas de circuito complejas que ejecutan el procesamiento de funciones centrales. Las RTU modernas usan microprocesadores de 32 bits. La CPU hace uso de un temporizador de vigilancia (watchdog timer) para validar que la ejecución del ciclo se realiza correctamente. El módulo CPU también puede estar equipado con puertos de comunicación Ethernet. Algunas RTU vienen con CPUs duales, en cuyo caso se configuran como primaria y de respaldo, proporcionando redundancia al dispositivo.

Muchas RTU pueden programarse usando lenguajes y sintaxis similares a los PLC, como lógica de escalera y texto estructurado. Otras pueden requerir codificación más compleja usando C# u otros lenguajes. Por otro lado, algunas RTU en aplicaciones simples pueden programarse usando interfaces web.

Fuente de alimentación

Las RTU normalmente se alimentan con energía continua desde una línea principal. Sin embargo, las ubicaciones remotas donde pueden instalarse las RTU también suelen estar provistas de módulos de batería de respaldo. Esto puede ayudar a garantizar una operación ininterrumpida durante un período de tiempo. El tipo de batería más común utilizado es plomo-ácido, aunque las baterías de litio han ganado popularidad más recientemente.

Puertos de comunicación

Cada RTU necesita una forma de comunicarse con el exterior con la estación SCADA cliente (o maestra). Para lograr esto, están equipadas con al menos un puerto de comunicación. Las RTU admiten muchos protocolos de comunicación, incluyendo Ethernet, RS-232 y Modbus. Algunas de las topologías más comunes admitidas en redes RTU y SCADA son anillo, serie, estrella, etc.

E/S física

Las RTU admiten los cuatro módulos de E/S más comunes: entrada digital, salida digital, entrada analógica y salida analógica. Los módulos de entrada digital capturan señales de estado y alarma provenientes de los dispositivos de campo. La salida digital es necesaria para enviar señales y comandos a los dispositivos de campo. Las entradas y salidas analógicas trabajan con corriente o voltaje variable, normalmente en rangos de 0-1 mA o 0-10 V, respectivamente.

Ahora que entendemos cómo funcionan las RTU y sus componentes, veamos brevemente cómo encajan en los sistemas SCADA.

RTU en sistemas SCADA

Una arquitectura SCADA completa incluye diferentes tipos de dispositivos de campo. Estos dispositivos pueden conectarse a una o más RTU en el sistema y transmitir datos sobre eventos físicos. Hay una amplia variedad de dispositivos de campo disponibles en el mercado hoy en día, considerando el número de diferentes sistemas SCADA.

Figura 3. Un ejemplo de un medidor de flujo y un sensor inalámbrico conectados a una RTU. Imagen cortesía de Bentek Systems

Algunos de los dispositivos más comunes son sensores de proximidad, sensores de temperatura, medidores de flujo, medidores de nivel (para líquidos), sensores inalámbricos y más. El papel de una RTU es compilar la información proporcionada por estos dispositivos de campo y comunicarla al control SCADA central.

Las RTU son dispositivos importantes en SCADA, especialmente a largas distancias. Se integran fácilmente en sistemas de control y son populares para monitorizar condiciones remotas, como niveles de fluidos. En el próximo artículo, profundizaremos en las diferencias entre RTU y PLC.