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通过GPRS实现高压变频系统的远程监控 |
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介绍了应用无线通信技术，采用GPRS实现远程高压变频器与本地数据服务器实时连接监控的方案。现场数据通过GPRS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。
1、概述
随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，自动化，智能化程度的不断的提高，中高压大功率变频调速装置的研制和应用渐渐成熟起来。
由于高压变频器几乎都是工矿企业的关键设备，对其可靠性的高要求是不言而喻的，因此，可靠性的保证是高压变频器得到承认和推广应用的关键，为了达到这项要求，一些变频器厂家设计了利用通信的方式，将现场的实时数据、运行状态和故障状态传递到远方终端，以实现对现场设备的远程监控和维护。以往实现这套远程监控系统一般是利用公共电话网，通过MODEM拨号，配合相应软件来实现监控。它明显的缺点是只有拨号后才能通信，不能同时“点对多点”通信等等。实现远程通信的其它方式是采用卫星、微波、光纤或电台，而这些种方法不仅设备投入耗资巨大，而且伴随着较高的采购成本和运行维护费用。
随着无线通讯技术的进步和不断普及，GPRS网络已经无处不在，而且应用成本已经降到了很低，而利用GPRS嵌入高压变频器，实现远程监控通信，不但具有系统易维护性、可扩展性和安全性，而且具有GPRS通讯的所有优点。
2、无线通信技术之GPRS介绍
GPRS（General Packet Radio Service）是通用分组无线业务的简称，是在GSM基础上发展起来的一种分组交换的资料承载和传输方式，目的是给移动用户提供高速无线IP 或X.25 服务。GPRS 理论带宽可达171.2Kbit/s，实际应用带宽大约在40～100Kbit/s，在此信道上提供TCP/IP 连接，可以用于INTERNET 连接、数据传输等应用。GPRS 采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多个用户共享，资源被有效的利用。GPRS 允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。GPRS 永远在线，按流量计费，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、点多分散、中小流量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。
基于GPRS的远程监控具有以下特点：
（1）快速登录，永远在线，覆盖面广
（2）安全性高，系统在数据传输过程中加入了加密机制，资料可以在公网上安全地传输；
（3）可靠性强，系统具有纠错、重发机制，从而确保资料的完整性和正确性。其次，系统具有自动恢复功能，在GPRS网络状态不稳定的情况下，保证系统稳定工作，而无需人工干预；
（4）多用户的业务复用，不同的网络用户共享同一组GPRS信道，但只有当某一个用户需要发送或接收资料时才会占用信道资源。系统依托相应的软件，可以灵活同时实现点～点、点～多点的数据传输；
（5）节电功能，在不发送资料的时间里设备可以处于待机状态，定时或资料触发登录网络。
表1 GPRS接入与电话拨号接入的比较
目前，我国移动推出的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。
3、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。
3.1 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。
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。
3.2 GPRS远程终端的实现
GPRS远程终端的硬件框图：
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资料了。
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