摘 要：介紹了應(yīng)用無線通信技術(shù),采用GPRS實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程高壓變頻器與本地數(shù)據(jù)服務(wù)器實(shí)時連接監(jiān)控的方案。現(xiàn)場數(shù)據(jù)通過GPRS傳輸?shù)奖镜胤?wù)器上顯示、處理、存儲，也可以進(jìn)行遠(yuǎn)程故障診斷，在必要時本地操作員也可以對遠(yuǎn)程變頻器進(jìn)行控制。 關(guān)鍵詞：無線通信技術(shù) GPRS 高壓變頻器 監(jiān)控 1．概述 隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，自動化，智能化程度的不斷的提高，中高壓大功率變頻調(diào)速裝置的研制和應(yīng)用漸漸成熟起來。 由于高壓變頻器幾乎都是工礦企業(yè)的關(guān)鍵設(shè)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(rèn)和推廣應(yīng)用的關(guān)鍵，為了達(dá)到這項(xiàng)要求，一些變頻器廠家設(shè)計了利用通信的方式，將現(xiàn)場的實(shí)時數(shù)據(jù)、運(yùn)行狀態(tài)和故障狀態(tài)傳遞到遠(yuǎn)方終端，以實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和維護(hù)。以往實(shí)現(xiàn)這套遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)一般是利用公共電話網(wǎng)，通過MODEM撥號，配合相應(yīng)軟件來實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。它明顯的缺點(diǎn)是只有撥號后才能通信，不能同時“點(diǎn)對多點(diǎn)”通信等等。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信的其它方式是采用衛(wèi)星、微波、光纖或電臺，而這些種方法不僅設(shè)備投入耗資巨大，而且伴隨著較高的采購成本和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。 隨著無線通訊技術(shù)的進(jìn)步和不斷普及，GPRS網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)無處不在，而且應(yīng)用成本已經(jīng)降到了很低，而利用GPRS嵌入高壓變頻器，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控通信，不但具有系統(tǒng)易維護(hù)性、可擴(kuò)展性和安全性，而且具有GPRS通訊的所有優(yōu)點(diǎn)。 2、無線通信技術(shù)之GPRS介紹： GPRS（General Packet Radio Service）是通用分組無線業(yè)務(wù)的簡稱，是在GSM基礎(chǔ)上發(fā)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(wù)。GPRS 理論帶寬可達(dá)171.2Kbit/s，實(shí)際應(yīng)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(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?yīng)用。GPRS 采用分組交換技術(shù)，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(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源。GPRS 永遠(yuǎn)在線，按流量計費(fèi)，從而提供了一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、點(diǎn)多分散、中小流量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。 基于GPRS的遠(yuǎn)程監(jiān)控具有以下特點(diǎn)： （1）快速登錄，永遠(yuǎn)在線，覆蓋面廣 （2）安全性高，系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸過程中加入了加密機(jī)制，資料可以在公網(wǎng)上安全地傳輸； （3）可靠性強(qiáng)，系統(tǒng)具有糾錯、重發(fā)機(jī)制，從而確保資料的完整性和正確性。其次，系統(tǒng)具有自動恢復(fù)功能，在GPRS網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)不穩(wěn)定的情況下，保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作，而無需人工干預(yù)； （4）多用戶的業(yè)務(wù)復(fù)用，不同的網(wǎng)絡(luò)用戶共享同一組GPRS信道，但只有當(dāng)某一個用戶需要發(fā)送或接收資料時才會占用信道資源。系統(tǒng)依托相應(yīng)的軟件，可以靈活同時實(shí)現(xiàn)點(diǎn)～點(diǎn)、點(diǎn)～多點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸； （5）節(jié)電功能，在不發(fā)送資料的時間里設(shè)備可以處于待機(jī)狀態(tài)，定時或資料觸發(fā)登錄網(wǎng)絡(luò)。 [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(yè)務(wù)日趨成熟，GPRS的應(yīng)用逐漸成為監(jiān)控領(lǐng)域的一個研究熱點(diǎn)。而且用戶可以根據(jù)自己的需要，以月租、包月等多種形式進(jìn)一步降低GPRS通信的費(fèi)用。因此，GPRS作為目前和將來大規(guī)模發(fā)展的一種組網(wǎng)方式，具有分布式、集散型、網(wǎng)絡(luò)化、開放式特點(diǎn)，在工業(yè)控制、環(huán)境保護(hù)、水利水文監(jiān)測、報警等行業(yè)中必將得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。 3．GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)現(xiàn) 下面描述了通過GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)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(wù)器）架構(gòu)進(jìn)行監(jiān)控的思想，并給出了試驗(yàn)的步驟及應(yīng)用實(shí)例。 3.1 GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由智能控制器，GPRS通信模塊、中國移動通信網(wǎng)路（GPRS網(wǎng)絡(luò)）、Internet 公共網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)服務(wù)器、企業(yè)局域網(wǎng)及其計算機(jī)設(shè)備等組成。 [align=center] 圖1 高壓變頻器GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)示意圖[/align] 首先，高壓變頻系統(tǒng)采集到現(xiàn)場參數(shù)，并進(jìn)行加密、壓縮處理后，以數(shù)據(jù)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(jìn)行通信，基站SGSN再與網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)GGSN進(jìn)行通信，GGSN對分組資料進(jìn)行相應(yīng)的處理。GPRS模塊以GPRS資料包的形式通過GPRS網(wǎng)絡(luò)把資料發(fā)送到中國移動的內(nèi)部網(wǎng)（CMNET），然后由中國移動通過GPRS服務(wù)節(jié)點(diǎn)（GSN），把資料發(fā)送到Internet上，并且去尋找在Internet上的一個指定IP地址的服務(wù)器。由于GPRS網(wǎng)絡(luò)工作方式是以IP地址尋址為基礎(chǔ)的，所以公網(wǎng)上的Internet數(shù)據(jù)服務(wù)器只需要簡單接入Internet，并具備公網(wǎng)分配的IP地址即可。數(shù)據(jù)服務(wù)器端利用WINSOCK編程，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資料的收發(fā)，并轉(zhuǎn)發(fā)到內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)庫上去。數(shù)據(jù)庫方便數(shù)據(jù)維護(hù)和WEB Server調(diào)用。系統(tǒng)同時也可以實(shí)現(xiàn)資料、指令的反向傳輸，以達(dá)到遠(yuǎn)程控制的目的。工作站通過Internet訪問WEB服務(wù)器，就可以瀏覽到各監(jiān)測點(diǎn)的詳細(xì)信息了。 基于GPRS的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)依靠移動通信網(wǎng)路，在現(xiàn)場參數(shù)采集完畢后，再根據(jù)實(shí)際需要編寫GPRS終端通訊程序和相關(guān)軟件即可。 3.2 GPRS遠(yuǎn)程終端的實(shí)現(xiàn) GPRS遠(yuǎn)程終端的硬件框圖: [align=center] 圖2 GPRS遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集示意圖[/align] GPRS遠(yuǎn)程終端主要由數(shù)據(jù)采集器和GPRS模塊構(gòu)成。首先，高壓變頻器的控制單元將采集到的工業(yè)現(xiàn)場參數(shù)，一方面在現(xiàn)場顯示、參與控制，另一方面要發(fā)送給GPRS模塊，控制GPRS模塊本身的操作，并在資料模式下把經(jīng)過加密和容錯處理后的資料發(fā)送給數(shù)據(jù)服務(wù)器。 高壓變頻裝置與GPRS模塊之間的通信協(xié)議是串口協(xié)議，高壓變頻裝置通過串口來對GPRS模塊進(jìn)行設(shè)置，在建立數(shù)據(jù)信道之前的設(shè)置指令包括： AT+CGDCONT=1，"IP"，"CMNET" 說明：初始化網(wǎng)絡(luò)會話，，在模塊上建立一個資料賬號，接入到中國移動GPRS網(wǎng)絡(luò)。 返回：OK AT＊E2IPA=1，1 說明：當(dāng)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(wù)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(jìn)入資料狀態(tài)，高壓變頻裝置即可發(fā)送和接收資料了。 3.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu) 3.3.1服務(wù)器端： 　　在基于GPRS的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)服務(wù)器端通過基于TCP/IP協(xié)議的SOCKET套節(jié)字，進(jìn)行與GPRS終端的資料收發(fā)，通過開發(fā)的在服務(wù)器運(yùn)行的軟件對資料進(jìn)行處理，然后更新到SQL數(shù)據(jù)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(wǎng)查看遠(yuǎn)程設(shè)備剛剛更新到數(shù)據(jù)庫中的信息，達(dá)到現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析、顯示等功能。 工作流程： [align=center] 圖3 GPRS數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)服務(wù)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(tǒng)自帶的上網(wǎng)軟件就可以訪問到服務(wù)器上WEB接口。 3.4 GPRS監(jiān)控系統(tǒng)的通訊試驗(yàn) 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(jī)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(jīng)開機(jī)，并且注冊GSM 網(wǎng)絡(luò)成功。 3.4.2 GPRS設(shè)備上電，該設(shè)備自檢后，進(jìn)入命令模式，指示燈顯示工作正常。 3.4.3 對GPRS模塊進(jìn)行設(shè)置可以通過第三方軟件進(jìn)行參數(shù)配置也可以通過超級終端進(jìn)行測試，發(fā)送AT指令A(yù)T+CGDCONT=1，"IP"，"CMNET"，若有數(shù)據(jù)顯示回車后返回OK。說明硬件連接正確。也自編軟件進(jìn)行測試。 3.4.4啟動應(yīng)用服務(wù)器SOCKET， 假設(shè)服務(wù)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(shè)置數(shù)據(jù)服務(wù)器IP地址和端口號?；剀嚭蠓祷谻ONNECT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(wù)器端利用WINSOCK編寫的軟件發(fā)送接收資料，GPRS端采用超級終端模擬遠(yuǎn)程設(shè)備發(fā)送和接收資料。 3.4.7 服務(wù)器端運(yùn)行上位軟件程序，將GPRS傳送來的數(shù)據(jù)存入Microsoft ACCESS數(shù)據(jù)庫，并進(jìn)行顯示。 3.4.8 客戶端啟動瀏覽器，查看并修改服務(wù)器上數(shù)據(jù)庫中的內(nèi)容。 4．服務(wù)器端上位軟件 本系統(tǒng)上位軟件采用北京昆侖通態(tài)的MCGS組態(tài)軟件通用版組態(tài)而成，利用組態(tài)軟件設(shè)置好與GPRS DTU進(jìn)行通訊的通信規(guī)約后，用戶只要在組態(tài)時定義好各個通道中的變量，然后運(yùn)行工程文件即可以通過GPRS實(shí)現(xiàn)服務(wù)器與遠(yuǎn)程監(jiān)控單元的實(shí)時連接。 遠(yuǎn)程的高壓變頻器與GPRS模塊已經(jīng)用串口連接好，并作好了相應(yīng)的設(shè)置。本地服務(wù)器每隔5秒鐘向GPRS模塊發(fā)送召喚命令，GPRS模塊收到召喚命令并進(jìn)行校驗(yàn)后向服務(wù)器傳輸資料，包括現(xiàn)場的“實(shí)際頻率”、“定子電壓”、“定子電流”、“壓力”以及系統(tǒng)運(yùn)行的一些狀態(tài)量和報警信息等等，由服務(wù)器通過實(shí)時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫保存。用戶通過瀏覽器便可以查看現(xiàn)場的所有數(shù)據(jù)并可獲悉變頻器的當(dāng)前運(yùn)行情況，還可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整變頻器當(dāng)前的一些參數(shù)，通過GPRS模塊將修改后的參數(shù)值傳遞給高壓變頻器，從而實(shí)現(xiàn)了對高壓變頻器設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和維護(hù)，大幅提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、操作方式更加靈活、同時也減少了維護(hù)費(fèi)用，用戶還可以自行編制軟件用于歷史資料查詢、報表、統(tǒng)計、趨勢分析、打印等，實(shí)現(xiàn)個性化操作。 4.1主畫面 打開并運(yùn)行組態(tài)軟件后，會出現(xiàn)如圖5畫面： [align=center] 圖5 本地服務(wù)器監(jiān)控主畫面[/align] 主畫面中的按鈕有刷新、報警查看、歷史數(shù)據(jù)、其他指示、曲線、參數(shù)查看、關(guān)閉串口。刷新按鈕用于開啟串口，對GPRS DTU 進(jìn)行召喚；當(dāng)按下關(guān)閉串口按鈕后，即關(guān)閉對GPRS DTU的召喚，即不會再有新數(shù)據(jù)上傳；當(dāng)按下其他按鈕后，即進(jìn)入到相應(yīng)的畫面中。主畫面中有一個報警描述狀態(tài)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(yùn)轉(zhuǎn)、旁通、告警、遠(yuǎn)控箱、DCS、閉環(huán)、主畫面中的顯示欄用于顯示設(shè)定頻率、實(shí)際頻率、定子電壓、定子電流、壓力，所有這些顯示的數(shù)據(jù)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(shù)值，是最后一次GPRS DTU上傳的下位機(jī)時間，而不是上位機(jī)的運(yùn)行時間。 4.2其他指示 當(dāng)按下其他指示按鈕后，進(jìn)入其他指示畫面（如圖6）。 [align=center] 圖6 其他設(shè)置及指示畫面[/align] 在其他指示界面中有三個區(qū)域：在設(shè)置區(qū)域中，設(shè)置每次召喚下位機(jī)的召喚周期以及每天三次定時召喚下位機(jī)的時間；在時間區(qū)域中，顯示上位機(jī)系統(tǒng)的當(dāng)前時間和下位機(jī)最后一次上傳的下位機(jī)的運(yùn)行時間；在指示區(qū)域中，顯示下位機(jī)的變頻高壓合閘狀態(tài)，及上位機(jī)的通信狀態(tài)，若上位通信終止指示燈亮，表示上位機(jī)已經(jīng)停止對下位機(jī)的召喚，下位機(jī)不再上傳最新數(shù)據(jù)。 4.3曲線 當(dāng)按下曲線按鈕后，進(jìn)入曲線畫面（如圖7），此時，在該畫面顯示出電壓、電流的實(shí)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(shù)查看 當(dāng)按下參數(shù)查看按鈕后，進(jìn)入?yún)?shù)顯示畫面（如圖8），此界面主要用于顯示下位機(jī)的參數(shù)設(shè)置情況和頻率步距的設(shè)置情況。在“P參數(shù)編號”輸入框中輸入要查找的下位機(jī)參數(shù)號碼，則在“P參數(shù)當(dāng)前值”中會顯示該參數(shù)號所對應(yīng)的參數(shù)值。 [align=center] 圖8 參數(shù)顯示畫面[/align] 4.5報警查看 當(dāng)按下報警查看按鈕后，進(jìn)入報警信息瀏覽表格（如圖9），該表格主要用于存儲下位機(jī)的故障報警情況。 [align=center] 圖9 報警查看畫面[/align] 4.6歷史數(shù)據(jù) 當(dāng)按下歷史數(shù)據(jù)按鈕后，進(jìn)入存盤數(shù)據(jù)瀏覽表格（如圖10），該表格主要用于存儲下位機(jī)上傳的實(shí)時數(shù)據(jù)。 [align=center] 圖10 歷史數(shù)據(jù)瀏覽畫面[/align] 4.7 Excel報表輸出 在組態(tài)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(jīng)存儲了數(shù)據(jù)的Excel表格（如圖11），用戶可以對該表格進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和打印等操作。 [align=center] 圖11 表格輸出畫面[/align] 5.結(jié)束語 本文介紹了通過GPRS技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程現(xiàn)場的高壓變頻器與本地數(shù)據(jù)服務(wù)器之間的實(shí)時連接監(jiān)控的方案，遠(yuǎn)程變頻器現(xiàn)場的數(shù)據(jù)經(jīng)由GPRS可以傳輸?shù)奖镜胤?wù)器上顯示、處理、存儲，也可以進(jìn)行遠(yuǎn)程故障診斷，在必要時本地操作員也可以對遠(yuǎn)程變頻器進(jìn)行控制。該系統(tǒng)已經(jīng)投入實(shí)際運(yùn)行，通過遠(yuǎn)程進(jìn)行客戶的合同能源管理，取得了很好效果。 參考文獻(xiàn)： [1] 朱洪波 通用分組無線業(yè)務(wù)（GPRS）技術(shù)與應(yīng)用 人民郵電出版社 2004年 [2] 北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司 《MCGS嵌入版全中文工控組態(tài)軟件用戶手冊》 [3] 張永惠 我國高壓變頻調(diào)技術(shù)的發(fā)展 變頻器世界 2004年第5期 [4] 張松春 電子控制設(shè)備干擾技術(shù)及其應(yīng)用 機(jī)械工業(yè)出版社 1995年 作者簡介： 王國強(qiáng)（1979-） 男 工程師 哈爾濱工業(yè)大學(xué)畢業(yè) 發(fā)展方向：高頻開關(guān)電源及高壓變頻器控制方面研究 現(xiàn)任職：哈爾濱九洲電氣股份有限公司研發(fā)員 通訊地址: 黑龍江省哈爾濱市南崗區(qū)哈平路162號 哈爾濱九洲電氣股份有限公司 研發(fā)中心 郵編 150081 電話:0451-86639139