趙思淵，何 戡，宗學(xué)軍

(沈陽(yáng)化工大學(xué) 信息工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110142)

隨著科技的發(fā)展，無(wú)線通訊技術(shù)日趨成熟，無(wú)線通訊技術(shù)受到各個(gè)企業(yè)的關(guān)注.GPRS DTU是無(wú)線遠(yuǎn)程通訊的一項(xiàng)比較成熟的技術(shù)，被廣泛地應(yīng)用于油氣行業(yè)中數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程通訊[1].GPRS DTU可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸，對(duì)作業(yè)點(diǎn)分散、惡劣的工廠環(huán)境有很好的效果，大大節(jié)省了人力、物力和時(shí)間，能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題可以及時(shí)地排除隱患，保障用戶設(shè)備和人員的安全.因此本文研究的GPRS DTU可以滿足現(xiàn)在企業(yè)的生產(chǎn)需求.

1 幾種無(wú)線通訊技術(shù)的比較

表1為幾種無(wú)線通訊技術(shù)的比較結(jié)果，通過(guò)表1的比較可以看出：

(1)使用無(wú)線電臺(tái)傳輸數(shù)據(jù)，可靠性太差，成本高，不易使用.

(2)使用光纖傳輸數(shù)據(jù)，對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)布線困難，且價(jià)格昂貴，不易使用.

(3)Zigbee主要用于智能家居，傳輸距離有限，在遠(yuǎn)程通訊技術(shù)中不易使用.

(4)使用GPRS傳輸方式，數(shù)據(jù)的可靠性、實(shí)時(shí)性、成本和運(yùn)行情況相對(duì)其他傳輸方式優(yōu)勢(shì)比較明顯.

因此，GPRS傳輸技術(shù)的利用比較普遍.

表1 幾種無(wú)線通訊技術(shù)的比較

2 無(wú)線遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)的構(gòu)成

無(wú)線遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示.該系統(tǒng)主要包括3個(gè)功能層：設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)層、監(jiān)控層.

圖1 無(wú)線遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

設(shè)備層主要由分散各地的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)終端組成，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)中儀表數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集并遠(yuǎn)傳到數(shù)據(jù)中心[2].

網(wǎng)絡(luò)層主要由GPRS網(wǎng)、Internet網(wǎng)組成.設(shè)備層采集到的數(shù)據(jù)由GPRS網(wǎng)絡(luò)通過(guò)網(wǎng)關(guān)訪問(wèn)Internet網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)傳到數(shù)據(jù)中心.

監(jiān)控層主要是對(duì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)終端采集到的信息進(jìn)行解析、管理、監(jiān)控以隨時(shí)隨地對(duì)遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理與監(jiān)控，為保證系統(tǒng)的信息安全與穩(wěn)定性，采用防火墻、身份認(rèn)證等措施.

2.1 無(wú)線遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例

以某油氣企業(yè)為例，保證安全生產(chǎn)前提下，根據(jù)系統(tǒng)的構(gòu)成設(shè)計(jì)出如圖2所示的遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[3].

圖2 無(wú)線遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)的實(shí)例結(jié)構(gòu)

2.2 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)終端

2.2.1 硬件組成

出于對(duì)油氣企業(yè)安全性考慮，此系統(tǒng)需要防爆箱，防止出現(xiàn)火災(zāi)或雷擊造成巨大的財(cái)產(chǎn)損失.防爆箱由安全柵、模擬量采集器、浪涌保護(hù)器、移動(dòng)卡與核心部件DTU組成.

2.2.2 參數(shù)配置

(1)現(xiàn)場(chǎng)需要遠(yuǎn)傳的儀表多具備RS485通訊接口，GPRS DTU可以通過(guò)RS485通訊方式與儀表通訊(如果儀表不具備RS485通訊接口，可以使用4～20 mA到RS485的轉(zhuǎn)換器)，DTU與儀表通訊，參數(shù)必須設(shè)置一致，如波特率、奇偶效驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位、停止位和設(shè)備地址.

(2)DTU數(shù)據(jù)中心(軟件)中的獨(dú)立IP和端口號(hào)等參數(shù)應(yīng)與DTU配置參數(shù)相一致.

2.3 數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器接收DTU的數(shù)據(jù)需要有獨(dú)立的IP地址，并開(kāi)放相應(yīng)的端口號(hào)，這與2.2.2參數(shù)配置中的第(2)點(diǎn)一致，每個(gè)DTU都有一個(gè)唯一的設(shè)備ID號(hào)，區(qū)分不同站點(diǎn)的終端設(shè)備[4].

DTU數(shù)據(jù)中心(軟件)安裝在數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器上，設(shè)置與DTU相一致的IP與端口號(hào)，并將采集的數(shù)據(jù)分配給不同的虛擬com口，如com1；通過(guò)虛擬串口軟件實(shí)現(xiàn)一對(duì)串口綁定，如com1與com2綁定；最后利用KepServer通過(guò)綁定虛擬串口中的com2進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，KepServer將得到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為opc服務(wù)，供WinCC使用[5].具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖3所示.

圖3 數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)過(guò)程

3 數(shù)據(jù)的解析

數(shù)據(jù)解析的目的是將儀表中的數(shù)據(jù)通過(guò)規(guī)定的解析方法，轉(zhuǎn)化為熟悉的十進(jìn)制數(shù)據(jù).儀表寄存器的數(shù)據(jù)格式一種是符合IEEE標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，另一種是由廠家自定義的協(xié)議.

第1種可以選擇寄存器的順序便能解析，一般的組態(tài)軟件都可設(shè)置，本文用KepServer在第2、3行勾選不同的選項(xiàng)，選擇寄存器的排列方式.具體操作如圖4所示.

圖4 KepServer操作界面

第2種必須知道廠家的解析協(xié)議.本文以WinCC的VB腳本作為解析工具，寄存器中的值分別為0000 0009 A754 6498，將它們轉(zhuǎn)化為10進(jìn)制再進(jìn)行解析.double解析規(guī)則為：將數(shù)據(jù)中的整數(shù)部分和小數(shù)部分分開(kāi)計(jì)算，前6個(gè)字節(jié)為整數(shù)部分，后2個(gè)字節(jié)為小數(shù)部分.具體方法為：0000的十進(jìn)制數(shù)0乘以65 536×65 536+0009的十進(jìn)制數(shù)9乘以65 536+A754的十進(jìn)制數(shù)42 836+6498的十進(jìn)制25 752除以65 536，換算成數(shù)學(xué)公式為：0×65 536×65 536+9×65 536+42 836+25 752/65 536=632 660.392 9.

VB腳本內(nèi)容:

Function set4word(d1,d2,d3,d4)

Dim objTag

Dim data1,data2,data3,data4

Set objTag=HMIRuntime.Tags(d1)

data1=objTag.Read()

data1=data1*65 536*65 536

Set objTag=HMIRuntime.Tags(d2)

data2=objTag.Read()

data2=data2*65 536

Set objTag=HMIRuntime.Tags(d3)

data3=objTag.Read()

Set objTag=HMIRuntime.Tags(d4)

data4=objTag.Read()

data4=data4/65 536

set4word=data1+data2+data3+data4

End Function

該解析程序?yàn)槭褂肳inCC軟件中的VB腳本功能，HMIRuntime為WinCC內(nèi)部項(xiàng)目關(guān)聯(lián)的對(duì)象，利用objTag.Read()函數(shù)依次讀取到儀表中4個(gè)寄存器的值，寄存器的值用data表示，最后利用上面公式算出的set4word為解析的結(jié)果.

4 方案測(cè)試結(jié)果

測(cè)試實(shí)驗(yàn)為30個(gè)遠(yuǎn)程終端與1臺(tái)數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器構(gòu)成，KepServer軟件設(shè)置的掃描周期為1 500 ms，在30個(gè)遠(yuǎn)程終端同時(shí)使用情況下，數(shù)據(jù)流通暢無(wú)阻塞，滿足企業(yè)遠(yuǎn)傳要求，證明本方案的有效性.

5 結(jié)束語(yǔ)

制定了一種基于GPRS DTU的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳信息系統(tǒng)的實(shí)施方案，通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)，成功地將油氣集輸管線上的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳到數(shù)據(jù)中心.應(yīng)用表明無(wú)線遠(yuǎn)程通訊技術(shù)相比于有線傳輸，不僅能節(jié)省財(cái)力物力還能提高傳輸效率，具備了信息化、智能化、成本低和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn).但在實(shí)際應(yīng)用中由于網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定的原因偶爾造成掉線現(xiàn)象，出現(xiàn)數(shù)據(jù)延時(shí)與丟失等情況，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定時(shí)，卻又可以很快恢復(fù)在線狀態(tài).因此目前油氣行業(yè)沒(méi)有對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性有太多的要求，對(duì)于數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性這個(gè)問(wèn)題是今后研究的重點(diǎn).