摘 要：介紹了應用無線通信技術,采用GPRS實現遠程高壓變頻器與本地數據服務器實時連接監控的方案。現場數據通過GPRS傳輸到本地服務器上顯示、處理、存儲，也可以進行遠程故障診斷，在必要時本地操作員也可以對遠程變頻器進行控制。 關鍵詞：無線通信技術 GPRS 高壓變頻器 監控 1．概述 隨著現代電力電子技術和微電子技術的迅猛發展，自動化，智能化程度的不斷的提高，中高壓大功率變頻調速裝置的研制和應用漸漸成熟起來。 由于高壓變頻器幾乎都是工礦企業的關鍵設備，對其可靠性的高要求是不言而喻的，因此，可靠性的保證是高壓變頻器得到承認和推廣應用的關鍵，為了達到這項要求，一些變頻器廠家設計了利用通信的方式，將現場的實時數據、運行狀態和故障狀態傳遞到遠方終端，以實現對現場設備的遠程監控和維護。以往實現這套遠程監控系統一般是利用公共電話網，通過MODEM撥號，配合相應軟件來實現監控。它明顯的缺點是只有撥號后才能通信，不能同時“點對多點”通信等等。實現遠程通信的其它方式是采用衛星、微波、光纖或電臺，而這些種方法不僅設備投入耗資巨大，而且伴隨著較高的采購成本和運行維護費用。 隨著無線通訊技術的進步和不斷普及，GPRS網絡已經無處不在，而且應用成本已經降到了很低，而利用GPRS嵌入高壓變頻器，實現遠程監控通信，不但具有系統易維護性、可擴展性和安全性，而且具有GPRS通訊的所有優點。 2、無線通信技術之GPRS介紹： GPRS（General Packet Radio Service）是通用分組無線業務的簡稱，是在GSM基礎上發展起來的一種分組交換的資料承載和傳輸方式，目的是給移動用戶提供高速無線IP 或X.25 服務。GPRS 理論帶寬可達171.2Kbit/s，實際應用帶寬大約在40～100Kbit/s，在此信道上提供TCP/IP 連接，可以用于INTERNET 連接、數據傳輸等應用。GPRS 采用分組交換技術，每個用戶可同時占用多個無線信道，同一無線信道又可以由多個用戶共享，資源被有效的利用。GPRS 允許用戶在端到端分組轉移模式下發送和接收數據，而不需要利用電路交換模式的網絡資源。GPRS 永遠在線，按流量計費，從而提供了一種高效、低成本的無線分組數據業務。特別適用于間斷的、突發性的和頻繁的、點多分散、中小流量的數據傳輸，也適用于偶爾的大數據量傳輸。 基于GPRS的遠程監控具有以下特點： （1）快速登錄，永遠在線，覆蓋面廣 （2）安全性高，系統在數據傳輸過程中加入了加密機制，資料可以在公網上安全地傳輸； （3）可靠性強，系統具有糾錯、重發機制，從而確保資料的完整性和正確性。其次，系統具有自動恢復功能，在GPRS網絡狀態不穩定的情況下，保證系統穩定工作，而無需人工干預； （4）多用戶的業務復用，不同的網絡用戶共享同一組GPRS信道，但只有當某一個用戶需要發送或接收資料時才會占用信道資源。系統依托相應的軟件，可以靈活同時實現點～點、點～多點的數據傳輸； （5）節電功能，在不發送資料的時間里設備可以處于待機狀態，定時或資料觸發登錄網絡。 [align=center]GPRS接入與電話撥號接入的比較 [/align] 目前，我國移動推出的GPRS業務日趨成熟，GPRS的應用逐漸成為監控領域的一個研究熱點。而且用戶可以根據自己的需要，以月租、包月等多種形式進一步降低GPRS通信的費用。因此，GPRS作為目前和將來大規模發展的一種組網方式，具有分布式、集散型、網絡化、開放式特點，在工業控制、環境保護、水利水文監測、報警等行業中必將得到愈來愈廣泛的應用。 3．GPRS遠程監控的實現 下面描述了通過GPRS遠程監控的實現方法，并說明了如何利用AT指令與GPRS模塊通訊，提出了利用 （瀏覽器/服務器）架構進行監控的思想，并給出了試驗的步驟及應用實例。 3.1 GPRS遠程監控系統 GPRS遠程監控系統由智能控制器，GPRS通信模塊、中國移動通信網路（GPRS網絡）、Internet 公共網絡、數據服務器、企業局域網及其計算機設備等組成。 [align=center] 圖1 高壓變頻器GPRS遠程監控系統示意圖[/align] 首先，高壓變頻系統采集到現場參數，并進行加密、壓縮處理后，以數據流形式通過串行方式接到GPRS通訊模塊上，與中國移動基站進行通信，基站SGSN再與網關支持節點GGSN進行通信，GGSN對分組資料進行相應的處理。GPRS模塊以GPRS資料包的形式通過GPRS網絡把資料發送到中國移動的內部網（CMNET），然后由中國移動通過GPRS服務節點（GSN），把資料發送到Internet上，并且去尋找在Internet上的一個指定IP地址的服務器。由于GPRS網絡工作方式是以IP地址尋址為基礎的，所以公網上的Internet數據服務器只需要簡單接入Internet，并具備公網分配的IP地址即可。數據服務器端利用WINSOCK編程，實現網絡資料的收發，并轉發到內部網絡的數據庫上去。數據庫方便數據維護和WEB Server調用。系統同時也可以實現資料、指令的反向傳輸，以達到遠程控制的目的。工作站通過Internet訪問WEB服務器，就可以瀏覽到各監測點的詳細信息了。 基于GPRS的遠程監控系統依靠移動通信網路，在現場參數采集完畢后，再根據實際需要編寫GPRS終端通訊程序和相關軟件即可。 3.2 GPRS遠程終端的實現 GPRS遠程終端的硬件框圖: [align=center] 圖2 GPRS遠程數據采集示意圖[/align] GPRS遠程終端主要由數據采集器和GPRS模塊構成。首先，高壓變頻器的控制單元將采集到的工業現場參數，一方面在現場顯示、參與控制，另一方面要發送給GPRS模塊，控制GPRS模塊本身的操作，并在資料模式下把經過加密和容錯處理后的資料發送給數據服務器。 高壓變頻裝置與GPRS模塊之間的通信協議是串口協議，高壓變頻裝置通過串口來對GPRS模塊進行設置，在建立數據信道之前的設置指令包括： AT+CGDCONT=1，"IP"，"CMNET" 說明：初始化網絡會話，，在模塊上建立一個資料賬號，接入到中國移動GPRS網絡。 返回：OK AT＊E2IPA=1，1 說明：當前會話上的IP連接 返回：OK AT＊E2IPO=1，"218.79.163.201"，5000 說明：初始化一個TCP連接，218.79.163.201為服務器端IP地址。 返回：CONNECT 表明建立連接成功。 建立連接后，GPRS模塊進入資料狀態，高壓變頻裝置即可發送和接收資料了。 3.3 遠程監控系統的組成結構 3.3.1服務器端： 　　在基于GPRS的遠程監控系統中，數據服務器端通過基于TCP/IP協議的SOCKET套節字，進行與GPRS終端的資料收發，通過開發的在服務器運行的軟件對資料進行處理，然后更新到SQL數據庫中，讓合法用戶可以在任何時刻、任何地方通過瀏覽器查看資料。瀏覽器通過因特網查看遠程設備剛剛更新到數據庫中的信息，達到現場數據分析、顯示等功能。 工作流程： [align=center] 圖3 GPRS數據數據服務器工作流程圖[/align] 3.3.2瀏覽器端： 瀏覽器端不需要特別的軟件，系統自帶的上網軟件就可以訪問到服務器上WEB接口。 3.4 GPRS監控系統的通訊試驗 首先，要插入SIM 卡（插卡時要斷開電源），接好天線，用RS232 串行線纜將GPRS 模塊與計算機串口連接。接通GPRS 模塊電源，等信號指示燈開始閃動時表示模塊已經開機，并且注冊GSM 網絡成功。 3.4.2 GPRS設備上電，該設備自檢后，進入命令模式，指示燈顯示工作正常。 3.4.3 對GPRS模塊進行設置可以通過第三方軟件進行參數配置也可以通過超級終端進行測試，發送AT指令AT+CGDCONT=1，"IP"，"CMNET"，若有數據顯示回車后返回OK。說明硬件連接正確。也自編軟件進行測試。 3.4.4啟動應用服務器SOCKET， 假設服務器IP地址為218.79.163.201，端口為5000。 3.4.5 利用AT＊E2IPO=1，"218.79.163.201"，5000，設置數據服務器IP地址和端口號。回車后返回CONNECT后表示成功建立連接。 [align=center] 圖4 超級終端連接GPRS DTU畫面[/align] 3.4.6 服務器端利用WINSOCK編寫的軟件發送接收資料，GPRS端采用超級終端模擬遠程設備發送和接收資料。 3.4.7 服務器端運行上位軟件程序，將GPRS傳送來的數據存入Microsoft ACCESS數據庫，并進行顯示。 3.4.8 客戶端啟動瀏覽器，查看并修改服務器上數據庫中的內容。 4．服務器端上位軟件 本系統上位軟件采用北京昆侖通態的MCGS組態軟件通用版組態而成，利用組態軟件設置好與GPRS DTU進行通訊的通信規約后，用戶只要在組態時定義好各個通道中的變量，然后運行工程文件即可以通過GPRS實現服務器與遠程監控單元的實時連接。 遠程的高壓變頻器與GPRS模塊已經用串口連接好，并作好了相應的設置。本地服務器每隔5秒鐘向GPRS模塊發送召喚命令，GPRS模塊收到召喚命令并進行校驗后向服務器傳輸資料，包括現場的“實際頻率”、“定子電壓”、“定子電流”、“壓力”以及系統運行的一些狀態量和報警信息等等，由服務器通過實時數據庫和歷史數據庫保存。用戶通過瀏覽器便可以查看現場的所有數據并可獲悉變頻器的當前運行情況，還可以根據實際情況調整變頻器當前的一些參數，通過GPRS模塊將修改后的參數值傳遞給高壓變頻器，從而實現了對高壓變頻器設備的遠程監控和維護，大幅提高了系統運行的可靠性、操作方式更加靈活、同時也減少了維護費用，用戶還可以自行編制軟件用于歷史資料查詢、報表、統計、趨勢分析、打印等，實現個性化操作。 4.1主畫面 打開并運行組態軟件后，會出現如圖5畫面： [align=center] 圖5 本地服務器監控主畫面[/align] 主畫面中的按鈕有刷新、報警查看、歷史數據、其他指示、曲線、參數查看、關閉串口。刷新按鈕用于開啟串口，對GPRS DTU 進行召喚；當按下關閉串口按鈕后，即關閉對GPRS DTU的召喚，即不會再有新數據上傳；當按下其他按鈕后，即進入到相應的畫面中。主畫面中有一個報警描述狀態欄，用于報警信息、主畫面中的指示燈有允許、外控、合閘、就緒、接通、運轉、旁通、告警、遠控箱、DCS、閉環、主畫面中的顯示欄用于顯示設定頻率、實際頻率、定子電壓、定子電流、壓力，所有這些顯示的數據都是通過GPRS DTU 上傳的。 需要注意的是主畫面中的日期和時間的顯示數值，是最后一次GPRS DTU上傳的下位機時間，而不是上位機的運行時間。 4.2其他指示 當按下其他指示按鈕后，進入其他指示畫面（如圖6）。 [align=center] 圖6 其他設置及指示畫面[/align] 在其他指示界面中有三個區域：在設置區域中，設置每次召喚下位機的召喚周期以及每天三次定時召喚下位機的時間；在時間區域中，顯示上位機系統的當前時間和下位機最后一次上傳的下位機的運行時間；在指示區域中，顯示下位機的變頻高壓合閘狀態，及上位機的通信狀態，若上位通信終止指示燈亮，表示上位機已經停止對下位機的召喚，下位機不再上傳最新數據。 4.3曲線 當按下曲線按鈕后，進入曲線畫面（如圖7），此時，在該畫面顯示出電壓、電流的實時曲線。按返回按鈕，則退出曲線畫面。 [align=center] 圖7 曲線畫面[/align] 4.4參數查看 當按下參數查看按鈕后，進入參數顯示畫面（如圖8），此界面主要用于顯示下位機的參數設置情況和頻率步距的設置情況。在“P參數編號”輸入框中輸入要查找的下位機參數號碼，則在“P參數當前值”中會顯示該參數號所對應的參數值。 [align=center] 圖8 參數顯示畫面[/align] 4.5報警查看 當按下報警查看按鈕后，進入報警信息瀏覽表格（如圖9），該表格主要用于存儲下位機的故障報警情況。 [align=center] 圖9 報警查看畫面[/align] 4.6歷史數據 當按下歷史數據按鈕后，進入存盤數據瀏覽表格（如圖10），該表格主要用于存儲下位機上傳的實時數據。 [align=center] 圖10 歷史數據瀏覽畫面[/align] 4.7 Excel報表輸出 在組態軟件的菜單欄中，有Excel報表輸出按鈕，按下此按鈕即可打開一個已經存儲了數據的Excel表格（如圖11），用戶可以對該表格進行數據處理和打印等操作。 [align=center] 圖11 表格輸出畫面[/align] 5.結束語 本文介紹了通過GPRS技術實現遠程現場的高壓變頻器與本地數據服務器之間的實時連接監控的方案，遠程變頻器現場的數據經由GPRS可以傳輸到本地服務器上顯示、處理、存儲，也可以進行遠程故障診斷，在必要時本地操作員也可以對遠程變頻器進行控制。該系統已經投入實際運行，通過遠程進行客戶的合同能源管理，取得了很好效果。 參考文獻： [1] 朱洪波 通用分組無線業務（GPRS）技術與應用 人民郵電出版社 2004年 [2] 北京昆侖通態自動化軟件科技有限公司 《MCGS嵌入版全中文工控組態軟件用戶手冊》 [3] 張永惠 我國高壓變頻調技術的發展 變頻器世界 2004年第5期 [4] 張松春 電子控制設備干擾技術及其應用 機械工業出版社 1995年 作者簡介： 王國強（1979-） 男 工程師 哈爾濱工業大學畢業 發展方向：高頻開關電源及高壓變頻器控制方面研究 現任職：哈爾濱九洲電氣股份有限公司研發員 通訊地址: 黑龍江省哈爾濱市南崗區哈平路162號 哈爾濱九洲電氣股份有限公司 研發中心 郵編 150081 電話:0451-86639139