RTU – Remote Terminal Unit

Definition​

Eine RTU (Remote Terminal Unit – Fernterminal oder auf Französisch Automate de télégestion) ist ein industrielles elektronisches Gerät, das dazu dient, Anlagen aus der Ferne zu überwachen und zu steuern, indem es Daten an eine zentrale Leitstelle übermittelt.

Im Gegensatz zur SPS, die für die lokale und schnelle Steuerung einer Maschine konzipiert ist, ist die RTU für den Einsatz an abgelegenen Standorten optimiert: geringer Stromverbrauch, Stromversorgung über Batterie oder Solarmodul, Fernkommunikation über Funk, 4G/LTE oder Einwahlverbindung sowie Robustheit in Umgebungen ohne regelmäßige menschliche Eingriffe.

RTUs sind die typischen Feldkomponenten von SCADA-Architekturen (Supervisory Control and Data Acquisition).

Typische Anwendungsbereiche​

RTUs werden in Bereichen eingesetzt, die geografisch verstreute Infrastrukturen verwalten:

  • Wasserversorgung und Abwasserentsorgung: Pumpstationen, Behälter, Kläranlagen. Das RTU übermittelt Füllstände, Durchflussmengen, Drücke und den Betriebszustand der Pumpen.
  • Energieversorgungsnetze: Umspannwerke, Transformatorenstationen, Windkraftanlagen und netzunabhängige Solarparkanlagen.
  • Gas- und Kohlenwasserstofftransport: Absperrventile, Kompressorstationen, Messstellen entlang von Pipelines.
  • Landwirtschaft und Bewässerung: Steuerung von Bewässerungsventilen, Wettermessungen, Bewirtschaftung von Wasserbecken.
  • Straßenbeleuchtung: Beleuchtungsschaltanlagen mit Dimmfunktion und Übermittlung der Verbrauchsdaten an den Überwacher.
  • Tunnel und Ingenieurbauwerke: Überwachung von Umgebungssensoren, Notstromversorgung, Zugangskontrolle.

Architektur in einem SCADA-System​

In einer klassischen SCADA-Architektur befindet sich die RTU auf der Feldebene (field level):

Überwachungszentrale (MTU / SCADA)
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    WAN-Netzwerk (4G, Glasfaser, Funk)
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   RTU (site distant)
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  Capteurs / Actionneurs

Die RTU erfasst die Daten von den Sensoren (Temperaturen, Drücke, Füllstände, Zustände), versieht sie lokal mit einem Zeitstempel und überträgt sie in regelmäßigen Abständen oder bei bestimmten Ereignissen an die MTU (Master Terminal Unit) – den zentralen SCADA-Server.

Kommunikationsprotokolle​

RTUs verwenden Protokolle, die speziell für die Fernverwaltung entwickelt wurden und sich von den gängigen Automatisierungsprotokollen unterscheiden:

DNP3 (Distributed Network Protocol 3)​

Das in Nordamerika am häufigsten verwendete Protokoll für die Energieverteilung und die Wasserwirtschaft. DNP3 ist robust gegenüber Übertragungsfehlern, unterstützt asynchrone Kommunikation (die RTU kann Daten ohne Abfrage übermitteln – unsolicited response-Modus) und verfügt über eine präzise Zeitstempelung der Ereignisse. Es läuft über RS-232, RS-485 oder TCP/IP.

IEC 60870-5-101 und IEC 60870-5-104​

In Europa weit verbreitete internationale Normen für die Überwachung von Stromnetzen:

  • IEC 60870-5-101: serielle Kommunikation (RS-232/RS-485), Originalversion.
  • IEC 60870-5-104: TCP/IP-Anpassung des Protokolls 101, das sich als De-facto-Standard für neue Anlagen etabliert hat.

Modbus RTU / Modbus TCP​

Obwohl Modbus im Bereich der Fernsteuerung weniger ausgereift ist als DNP3 oder IEC 60870, wird es aufgrund seiner Einfachheit und universellen Kompatibilität nach wie vor in vielen RTUs eingesetzt, insbesondere für die Kommunikation mit Feldsensoren.

Unterschied zwischen RTU und SPS​

KriteriumRTUSPS
HauptzweckFernverwaltung von StandortenLokale Steuerung und Regelung
StromverbrauchGering (mA bis einige W)Variabel (von 5 W bis zu mehreren hundert W)
StromversorgungBatterie, Solar, 12/24 V DC24 V DC oder 230 V AC
ZykluszeitEinige Sekunden akzeptabel1 bis 100 ms erforderlich
Kommunikation4G, Funk, Satellit, WählverbindungEthernet, lokaler Feldbus
ProtokolleDNP3, IEC 60870, ModbusModbus TCP, Profinet, Ethernet/IP, OPC-UA
Embedded-LogikEingeschränkt (Schwellenwerte, einfache Alarme)Komplex (Sequenzen, PID, Bewegungssteuerung)
Preis200 € bis 2.000 €300 € bis 20.000 € und mehr

In der Praxis verschwimmt die Grenze bei den modernen RTUs, die über immer umfangreichere Programmierfunktionen verfügen. Einige Hersteller wie Moxa, Advantech oder Red Lion bieten Hybridgeräte an, die beide Funktionen erfüllen können.

Verbindung zur Überwachungszentrale über 4G/LTE​

Ein RTU an einem abgelegenen Standort wird in der Regel über ein industrielles 4G-LTE-Modem mit der Überwachungszentrale verbunden:

  1. Die RTU verfügt über eine serielle Verbindung (RS-232 oder RS-485) oder eine Ethernet-Verbindung zum 4G-Modem.
  2. Das Modem richtet einen VPN-Tunnel zum Überwachungsnetzwerk ein, um die Kommunikation zu sichern.
  3. Der SCADA-Server fragt die RTU regelmäßig ab (Polling) oder empfängt ihre Daten im Push-Modus (unaufgefordert).
  4. Bei einem Netzwerkausfall puffert die RTU die mit einem Zeitstempel versehenen Daten lokal und überträgt sie bei Wiederherstellung der Verbindung nach – eine Funktion, die für die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften in der Wasser- und Energiebranche von entscheidender Bedeutung ist.

Das Eziwan-Gateway vereint in einem einzigen Gehäuse die Funktionen eines 4G-Modems, eines VPN und eines Protokoll-Gateways (Konvertierung von Modbus zu MQTT/Cloud), was die Bereitstellung an bestehenden RTU-Standorten vereinfacht.

Führende Hersteller von industriellen RTUs​

HerstellerHauptproduktreihenNative ProtokolleStärken
Schneider ElectricSCADAPack (Telvent), EasergyDNP3, IEC 104, ModbusWasser-/Energiemarkt in Frankreich, Unity-Integration
ABBRTU500, 560IEC 60870-5-101/104, DNP3, IEC 61850Hochspannungs- und Mittelspannungsnetze
SiemensSICAM A8000, RTU3030IEC 60870, DNP3, IEC 61850Umspannwerke, SCADA WinCC
GE (Vernova / Grid Solutions)UR-Serie, D400DNP3, IEC 104Märkte in den USA und Nordamerika
Red Lion ControlsFlexEdge, DA50NDNP3, Modbus, IEC 104Protokollflexibilität, integriertes Edge-Computing
Wago750-8xxxModbus, IEC 60870, OPC-UAProgrammierung nach IEC 61131-3, Hybridlösungen
MoxaUC-8100/8200, IIoT-GatewayModbus, MQTT, OPC-UAProtokoll-Gateways, Embedded-Linux

IEC 61850: Das RTU-Protokoll der neuen Generation für Stromnetze​

IEC 61850 ist der internationale Kommunikationsstandard für Umspannwerke und Differentialschutzsysteme. Im Gegensatz zu Modbus und IEC 60870 ist IEC 61850 ein objektorientiertes Protokoll mit einem selbstbeschreibenden Datenmodell (GOOSE-Nachrichten, Sampled Values, MMS).

Obwohl die Norm IEC 61850 ursprünglich für Stromschutznetze konzipiert wurde (sehr geringe Latenz, GOOSE mit 4 ms), wird ihr Anwendungsbereich schrittweise auf Fernwirkgeräte (RTUs) und Mikronetze (Microgrids) ausgeweitet. Für einen Industrieunternehmen, das mit Stromnetzbetreibern (ENEDIS, RTE) zusammenarbeitet, wird die Kenntnis der Grundlagen von IEC 61850 immer nützlicher.

Das Gateway Eziwan kann über Zusatzmodule mit IEC-61850-Geräten kommunizieren – wenden Sie sich bei spezifischen Anwendungsfällen bitte an unser Team.

Weiterführende Ressourcen​

Häufig gestellte Fragen​

Ist ein RTU heute noch sinnvoll?​

Ja, bei umfangreichen Infrastrukturen (Wasser, Energie), wo seine Fernsteuerungsprotokolle (DNP3, IEC 60870-5-104) und seine Robustheit nach wie vor den Maßstab setzen. Bei neuen Standorten deckt ein 4G-IoT-Gateway den Bedarf jedoch oft kostengünstiger ab.

Welche Protokolle unterstützt eine RTU?​

Traditionell wurden DNP3 und IEC 60870-5-101/104 für die Fernverwaltung sowie Modbus RTU/TCP für den lokalen Datenaustausch verwendet. Neuere RTUs verfügen zusätzlich über MQTT und native IP-Schnittstellen.

Wie lässt sich ein Bestand an veralteten RTUs modernisieren?​

Ohne alles zu ersetzen: Ein 4G-Gateway wird über Modbus oder eine serielle Schnittstelle an die bestehende RTU angeschlossen und überträgt die Daten in die Cloud, wobei es gleichzeitig einen sicheren Fernzugriff ermöglicht. Die Erneuerung der Hardware kann so schrittweise erfolgen.

RTU und die Abschaltung der 2G/3G-Netze: Welche Auswirkungen hat das?​

RTUs mit integrierten GPRS-Modems müssen vor der Abschaltung der 2G/3G-Netze umgestellt werden. Der schnellste Weg ist der Austausch des Modems durch einen industriellen 4G-Router unter Beibehaltung der seriellen Verbindung.

Weiterführende Ressourcen​