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高压变频系统通过GPRS实现远程监控的应用 |
| 摘 要：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。 关键词：无线通信技术 GPRS 高压变频器 监控 1．概述 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： 基于GPRS的远程监控具有以下特点： 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 3.1 GPRS远程监控系统  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  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： 3.3 远程监控系统的组成结构 3.3.1服务器端：  图3 GPRS数据数据服务器工作流程图 3.3.2浏览器端： 3.4 GPRS监控系统的通讯试验 3.4.2 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。 3.4.3 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。 3.4.4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。 3.4.5 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。  图4 超级终端连接GPRS DTU画面 3.4.6 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。 3.4.7 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。 3.4.8 客户端启动浏览器，查看并修改服务器上数据库中的内容。 4．服务器端上位软件 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5秒钟向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。 4.1主画面  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。 4.2其他指示  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。 4.3曲线  图7 曲线画面 4.4参数查看  图8 参数显示画面 4.5报警查看  图9 报警查看画面 4.6历史数据  图10 历史数据浏览画面 4.7 Excel报表输出  图11 表格输出画面 5.结束语 |