通过GPRS实现高压变频系统的远程监控

附表  GPRS接入与电话拨号接入的比较

    目前，我国移动通讯推出的GPRS业务日趋成熟，GPRS的应用逐渐成为监控领域的一个研究热点。而且用户可以根据自己的需要，以月租、包月等多种形式进一步降低GPRS通信的费用。因此，GPRS作为目前和将来大规模发展的一种组网方式，具有分布式、集散型、网络化、开放式特点，在工业控制、环境保护、水利水文监测、报警等行业中必将得到愈来愈广泛的应用。

2  GPRS远程监控的实现
    下面描述了通过GPRS远程监控的实现方法，并说明了如何利用AT指令与GPRS模块通讯，提出了利用 (浏览器/服务器)架构进行监控的思想，并给出了试验的步骤及应用实例。
2.1 GPRS远程监控系统 
    GPRS远程监控系统由智能控制器，GPRS通信模块、中国移动通信网路（GPRS网络）、Internet公共网络、数据服务器、企业局域网及其计算机设备等组成。高压变频器GPRS远程监控系统如图1所示。

 图1  高压变频器GPRS远程监控系统示意图

    首先，高压变频系统采集到现场参数，并进行加密、压缩处理后，以数据流形式通过串行方式接到GPRS通讯模块上，与中国移动基站进行通信，基站SGSN再与网关支持节点GGSN进行通信，GGSN对分组资料进行相应的处理。GPRS模块以GPRS资料包的形式通过GPRS网络把资料发送到中国移动的内部网（CMNET），然后由中国移动通过GPRS服务节点（GSN），把资料发送到Internet上，并且去寻找在Internet上的一个指定IP地址的服务器。由于GPRS网络工作方式是以IP地址寻址为基础的，所以公网上的Internet数据服务器只需要简单接入Internet，并具备公网分配的IP地址即可。数据服务器端利用WINSOCK编程，实现网络资料的收发，并转发到内部网络的数据库上去。数据库方便数据维护和WEB Server调用。系统同时也可以实现资料、指令的反向传输，以达到远程控制的目的。工作站通过Internet访问WEB服务器，就可以浏览到各监测点的详细信息了。
    基于GPRS的远程监控系统依靠移动通信网路，在现场参数采集完毕后，再根据实际需要编写GPRS终端通讯程序和相关软件即可。
2.2 GPRS远程终端的实现
    GPRS远程终端的数据采集如图2所示。

图2  GPRS远程数据采集示意图

    GPRS远程终端主要由数据采集器和GPRS模块构成。首先，高压变频器的控制单元将采集到的工业现场参数，一方面在现场显示、参与控制，另一方面要发送给GPRS模块，控制GPRS模块本身的操作，并在资料模式下把经过加密和容错处理后的资料发送给数据服务器。
    高压变频装置与GPRS模块之间的通信协议是串口协议，高压变频装置通过串口来对GPRS模块进行设置，在建立数据信道之前的设置指令包括：
    AT+CGDCONT=1，"IP"，"CMNET" 
    说明：初始化网络会话，在模块上建立一个资料账号，接入到中国移动GPRS网络。
    返回：OK
    AT×E2IPA=1，1 说明：当前会话上的IP连接
    返回：OK
    AT×E2IPO=1，"218.79.163.201"，5000
    说明：初始化一个TCP连接，218.79.163.201为服务器端IP地址。
    返回：CONNECT表明建立连接成功。
    建立连接后，GPRS模块进入资料状态，高压变频装置即可发送和接收信息资料了。
2.3 远程监控系统的组成结构
2.3.1 服务器端
    在基于GPRS的远程监控系统中，数据服务器端通过基于TCP/IP协议的SOCKET套节字，进行与GPRS终端的资料收发，通过开发的在服务器运行的软件对资料进行处理，然后更新到SQL数据库中，让合法用户可以在任何时刻、任何地方通过浏览器查看资料。浏览器通过因特网查看远程设备刚刚更新到数据库中的信息，达到现场数据分析、显示等功能。其工作流程如图3所示：

图3  GPRS数据数据服务器工作流程图

2.3.2 浏览器
    浏览器端不需要特别的软件，系统自带的上网软件就可以访问到服务器上WEB接口。
2.4 GPRS监控系统的通讯试验 
    （1）首先，要插入SIM卡（插卡时要断开电源），接好天线，用RS-232串行线缆将GPRS模块与计算机串口连接。接通GPRS模块电源，等信号指示灯开始闪动时表示模块已经开机，并且注册GSM网络成功。 
    （2）GPRS设备上电，该设备自检后，进入命令模式，指示灯显示工作正常。
    （3）对GPRS模块进行设置可以通过第三方软件进行参数配置也可以通过超级终端进行测试，发送AT指令AT+CGDCONT=1，"IP"，"CMNET"，若有数据显示回车后返回OK。说明硬件连接正确。也自编软件进行测试。图4是超级终端连接GPRS DTU的画面。

图4  超级终端连接GPRS DTU画面

    （4）启动应用服务器SOCKET，假设服务器IP地址为218.79.163.201，端口为5000。 
    （5）利用AT×E2IPO=1，"218.79.163.201"，5000，设置数据服务器IP地址和端口号。回车后返回CONNECT后表示成功建立连接。
    （6）服务器端利用WINSOCK编写的软件发送接收资料，GPRS端采用超级终端模拟远程设备发送和接收资料。 
    （7）服务器端运行上位软件程序，将GPRS传送来的数据存入Microsoft ACCESS数据库，并进行显示。 
    （8）客户端启动浏览器，查看并修改服务器上数据库中的内容。

3  服务器端上位软件
    本系统上位软件采用北京昆仑通态的MCGS组态软件通用版组态而成，由于该组态软件集成了GPRS DTU的驱动设备，所以对于用户来讲就比较容易了，只要在组态时设置好各个参数，然后运行工程文件即可以通过GPRS实现服务器与远程监控单元的实时连接。
    远程的高压变频器与GPRS模块已经用串口连接好，并作好了相应的设置。本地服务器每隔5s向GPRS模块发送召唤命令，GPRS模块收到召唤命令并进行校验后向服务器传输资料，包括现场的“实际频率”、“定子电压”、“定子电流”、“压力”以及系统运行的一些状态量和报警信息等等，由服务器通过实时数据库和历史数据库保存。用户通过浏览器便可以查看现场的所有数据并可获悉变频器的当前运行情况，还可以根据实际情况调整变频器当前的一些参数，通过GPRS模块将修改后的参数值传递给高压变频器，从而实现了对高压变频器设备的远程监控和维护，大幅提高了系统运行的可靠性、操作方式更加灵活、同时也减少了维护费用，用户还可以自行编制软件用于历史资料查询、报表、统计、趋势分析、打印等，实现个性化操作。
3.1 主画面
    打开并运行组态软件后，会出现如图5所示的画面：

图5  本地服务器监控主画面

    主画面中的按钮有刷新、报警查看、历史数据、其他指示、曲线、参数查看、关闭串口。刷新按钮用于开启串口，对GPRS DTU进行召唤；当按下关闭串口按钮后，即关闭对GPRS DTU的召唤，即不会再有新数据上传；当按下其他按钮后，即进入到相应的画面中。主画面中有一个报警描述状态栏，用于报警信息、主画面中的指示灯有允许、外控、合闸、就绪、接通、运转、旁通、告警、远控箱、DCS、闭环、主画面中的显示栏用于显示设定频率、实际频率、定子电压、定子电流、压力，所有这些显示的数据都是通过GPRS DTU上传的。
    需要注意的是主画面中的日期和时间的显示数值，是最后一次GPRS DTU上传的下位机时间，而不是上位机的运行时间。
3.2 其他指示
    当按下其他指示按钮后，进入其他指示画面，如图6所示。

图6  其他设置及指示画面

    在其他指示界面中有三个区域：在设置区域中，设置每次召唤下位机的召唤周期以及每天三次定时召唤下位机的时间；在时间区域中，显示上位机系统的当前时间和下位机最后一次上传的下位机的运行时间；在指示区域中，显示下位机的变频器的高压合闸状态，及上位机的通信状态，若上位通信终止指示灯亮，表示上位机已经停止对下位机的召唤，下位机不再上传最新数据。
3.3 曲线
    当按下曲线按钮后，进入曲线画面，如图7所示，此时，在该画面显示出电压、电流的实时曲线。按返回按钮，则退出曲线画面。

图7  曲线画面

3.4 参数查看
    当按下参数查看按钮后，进入参数显示画面，如图8所示，此界面主要用于显示下位机的参数设置情况和频率步距的设置情况。在“P参数编号”输入框中输入要查找的下位机参数号码，则在“P参数当前值”中会显示该参数号所对应的参数值。

图8  参数显示画面

3.5 报警查看
    当按下报警查看按钮后，进入报警信息浏览表格，如图9所示，该表格主要用于存储下位机的故障报警情况。

图9  报警查看画面

3.6 历史数据
    当按下历史数据按钮后，进入存盘数据浏览表格，如图10所示，该表格主要用于存储下位机上传的实时数据。

图10  历史数据浏览画面

3.7 Excel报表输出
    在组态软件的菜单栏中，有Excel报表输出按钮，按下此按钮即可打开一个已经存储了数据的Excel表格，如图11所示，用户可以对该表格进行数据处理和打印等操作。

图11  表格输出画面

4  结束语
    本文介绍了通过GPRS技术实现远程现场的高压变频器与本地数据服务器之间的实时连接监控的方案，远程变频器现场的数据经由GPRS可以传输到本地服务器上显示、处理、存储，也可以进行远程故障诊断，在必要时本地操作员也可以对远程变频器进行控制。该系统已经投入实际运行，通过远程进行客户的合同能源管理，取得了很好效果。

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