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摘要：GPRS DTU是一种基于GPRS传输技术的工业级无线通讯设备，它通过SIM卡融入互联网，在工业生产领域中有着广泛的应用。本文在阐述GPRS传输技术的基础上介绍GPRS DTU特征并对其在城市热网监控中的应用进行分析。
关键词：GPRS DTU；无线传输；远程监控
中图分类号：TP84 文献标识码： A
随着通信技术的发展，远程监控在日趋复杂的工业生产中变得愈发重要，及时准确的将现场工艺参数上传至数据中心是保障生产安全、质量的有效手段。在一些行业中存在着设备、工艺点分散的情况，不具备布线通信的条件，这种情况下无线通信就显示出了明显优势，GPRS就是具有代表性的无线传输技术之一，已得到广泛应用。
1、GPRS 无线技术
GPRS是一种新的移动数据通信业务，在移动用户和数据网络之间提供一种连接，给移动用户提供高速无线IP或X.25服务。提供广域的、端到端的无线IP连接。也就是说，GPRS是一项高速数据处理的技术，是以“分组”的形式将资料传送到用户手上，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可由多个用户共享，数据传输速率高达160Kbps，资源利用率高。它是利用中国移动公司的网络进行数据传输，无需用户自行搭建网络，因此该技术具有良好的可靠性和抗干扰性，且使用方便。
由于以上特点，GPRS 无线技术日益被广大客户看好，GPRS传输终端具有TCP/IP协议转换功能，用户不需要提供TCP/IP支持。可方便用于所有带串口的现场设备，通过GPRS网络平台实现数据信息的无线和透明传输，为不具有TCP/IP协议处理功能的终端设备提供了GPRS通信的能力。
综合来说，GPRS非常适合用于偶尔的大量数据传输或者频繁的、少量的和间断的、突发的工业数据传输。因此在移动办公、交通监控、工业监测等行业中采用GPRS技术的数据终端平台有着无可取代的性价比优势。
2、GPRS DTU组成结构
GPRS DTU一般采用模块化设计，主要有串行通信模块、控制模块、TCP/IP模块、GPRS无线发送模块几个部分组成，其结构图如图1所示。
2.1串行通信模块
在工业现场很多设备提供符合国际标准的串行接口，GPRS DTU可通过串行通信模块与现场带有串口的设备连接，完成通讯。
2.2控制模块
控制模块通过控制串行通信模块与现场设备收发数据，另外可通过AT指令对GPRS无线模块进行初始化、设置等操作。
2.3 TCP/IP模块
该模块可提供透明和非透明两种传输模式，当模块处于透明传输模式时，可直接传输AT指令集给GPRS无线模块，当模块处于非透明传输模式时现场数据通过串口与TCP/IP模块连接，它既可以把串口数据封装成TCP/IP数据通过GPRS无线网上传至目的服务器又可将服务器下传的TCP/IP数据包解包为串口数据传输至现场设备。
2.4 GPRS无线模块
该模块是GPRS DTU实现无线收发数据的关键部分，它的功能是将从TCP/IP模块接收到的数据包或从GPRS基站接收的分组数据通过协议处理后再传送出去。
图1 GPRS DTU结构图
3、GPRS DTU组网方式
通过GPRS DTU模块构筑的无线数据采集系统可分为数据中心端和现场设备端。传输环节常用的组网方式主要有四种：
（1）数据中心绑定固定IP，GPRS DTU可通过该IP直接将现场数据发至数据中心，可靠稳定，但费用较高。
（2）数据中心使用动态IP+DNS解析软件，GPRS DTU可通过域名寻址的方式找到DNS服务器，通过DNS解析软件得到数据中心的IP，通过该IP与数据中心建立连接，这种方式节省了申请固定IP的费用，但系统的稳定性受限于DNS服务器的稳定性。
（3）数据中心采用APN专线，所有点都采用内网固定IP，数据中心通过一条APN专线接入移动公司GPRS网络，建立一条VPN（无线虚拟专用网）通道，用于GPRS专网的SIM卡仅开通所申请的APN，不得使用其他的APN，而普通用户则没有权利申请该APN，得到APN后，给所有GPRS DTU及数据中心分配移动内部固定IP，数据传输两端实现端到端加密，避免了 传输过程中数据泄露的可能。该方案在实时性、安全性和稳定性方面有着明显的优势，在资金充裕的情况下为最佳方式。
（4）采用数据中转服务器中转的方式，在这种方式中数据中转服务器具有固定IP，数据中心计算机和GPRS DTU都向数据中转服务器发送注册信息，上传动态IP和站点号，数据中转服务器在存储区建立站点号和动态IP的对照表。
该系统在各点间传输数据时，数据中表明发送的起点站点和目的站点，数据中转服务器根据目的站点的动态IP将数据发送给目的站点。中转服务器一般由GPRS DTU的生产商提供，因此费用较低，通路建立时间较快，数据收发时间较慢。
4、换热站远程监控系统设计
在城市集中供热网中，远程监控在保障供热安全高效运行方面的优势愈发明显，本文所述系统中，一座供热站包含两个外部换热站，供热站设有监控中心，换热站无人值守，为及时准确的监控到整个供热网的供热效果，需将换热站的工艺参数经无线远传至供热站监控中心。
从上文得知，GPRS 无线传输技术非常适用于该系统，本文选用的GPRS DTU为驿唐科技公司的MD-309G模块。另外，考虑到开发周期、性价比以及各个方面的实际情况，选用第四种组网方式，通过其提供的串口通软件在数据中心计算机上虚拟串口传输数据。组网结构图，如图2。
SCADAPack通过串口和I/O接口采集换热站现场设备信号，主要包括压力变送器、铂热电阻、变频器、流量计和热量计。
操作站计算机装有串口通软件，将DTU设备添加到设备表并映射到的虚拟串口COM1，此时已建立计算机与现场设备的连接，上位机软件可通过虚拟串口COM1建立起与现场设备的通讯。
图2 换热站远传监控系统组网结构图
5、结语
该换热站远程监控系统在上位机软件iFix4.0下调试成功，实现了基于GPRS无线传输技术传输换热站数据的目标，自运行以来未发生数据堵塞、长时间掉线的问题，系统稳定可靠。该系统是GPRS DTU在工业运行监控中的典型应用，随着技術的进步，通讯费用的降低，该技术将有更宽广的应用前景。
参考文献：
[1] 杨丽.GPRS技术在城市排水监测系统中的研究与应用，合肥工业大学硕士学位论文,2012.
[2] 赵阳，刘蔚蔚.GPRS在热网远程监控中的应用，《水科学与工程技术》,2009年6期.
[3] 杨巨辉，许东来，王晓亮.基于ZigBee校园动力设备监测系统的研究与应用，《自动化与仪表》,2011年12期.
[4] 黄毅，黎杰.基于GPRS的水厂实时远程监测系统，《合肥工业大学学报》,2008年5期.
关键词：GPRS DTU；无线传输；远程监控
中图分类号：TP84 文献标识码： A
随着通信技术的发展，远程监控在日趋复杂的工业生产中变得愈发重要，及时准确的将现场工艺参数上传至数据中心是保障生产安全、质量的有效手段。在一些行业中存在着设备、工艺点分散的情况，不具备布线通信的条件，这种情况下无线通信就显示出了明显优势，GPRS就是具有代表性的无线传输技术之一，已得到广泛应用。
1、GPRS 无线技术
GPRS是一种新的移动数据通信业务，在移动用户和数据网络之间提供一种连接，给移动用户提供高速无线IP或X.25服务。提供广域的、端到端的无线IP连接。也就是说，GPRS是一项高速数据处理的技术，是以“分组”的形式将资料传送到用户手上，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可由多个用户共享，数据传输速率高达160Kbps，资源利用率高。它是利用中国移动公司的网络进行数据传输，无需用户自行搭建网络，因此该技术具有良好的可靠性和抗干扰性，且使用方便。
由于以上特点，GPRS 无线技术日益被广大客户看好，GPRS传输终端具有TCP/IP协议转换功能，用户不需要提供TCP/IP支持。可方便用于所有带串口的现场设备，通过GPRS网络平台实现数据信息的无线和透明传输，为不具有TCP/IP协议处理功能的终端设备提供了GPRS通信的能力。
综合来说，GPRS非常适合用于偶尔的大量数据传输或者频繁的、少量的和间断的、突发的工业数据传输。因此在移动办公、交通监控、工业监测等行业中采用GPRS技术的数据终端平台有着无可取代的性价比优势。
2、GPRS DTU组成结构
GPRS DTU一般采用模块化设计，主要有串行通信模块、控制模块、TCP/IP模块、GPRS无线发送模块几个部分组成，其结构图如图1所示。
2.1串行通信模块
在工业现场很多设备提供符合国际标准的串行接口，GPRS DTU可通过串行通信模块与现场带有串口的设备连接，完成通讯。
2.2控制模块
控制模块通过控制串行通信模块与现场设备收发数据，另外可通过AT指令对GPRS无线模块进行初始化、设置等操作。
2.3 TCP/IP模块
该模块可提供透明和非透明两种传输模式，当模块处于透明传输模式时，可直接传输AT指令集给GPRS无线模块，当模块处于非透明传输模式时现场数据通过串口与TCP/IP模块连接，它既可以把串口数据封装成TCP/IP数据通过GPRS无线网上传至目的服务器又可将服务器下传的TCP/IP数据包解包为串口数据传输至现场设备。
2.4 GPRS无线模块
该模块是GPRS DTU实现无线收发数据的关键部分，它的功能是将从TCP/IP模块接收到的数据包或从GPRS基站接收的分组数据通过协议处理后再传送出去。
图1 GPRS DTU结构图
3、GPRS DTU组网方式
通过GPRS DTU模块构筑的无线数据采集系统可分为数据中心端和现场设备端。传输环节常用的组网方式主要有四种：
（1）数据中心绑定固定IP，GPRS DTU可通过该IP直接将现场数据发至数据中心，可靠稳定，但费用较高。
（2）数据中心使用动态IP+DNS解析软件，GPRS DTU可通过域名寻址的方式找到DNS服务器，通过DNS解析软件得到数据中心的IP，通过该IP与数据中心建立连接，这种方式节省了申请固定IP的费用，但系统的稳定性受限于DNS服务器的稳定性。
（3）数据中心采用APN专线，所有点都采用内网固定IP，数据中心通过一条APN专线接入移动公司GPRS网络，建立一条VPN（无线虚拟专用网）通道，用于GPRS专网的SIM卡仅开通所申请的APN，不得使用其他的APN，而普通用户则没有权利申请该APN，得到APN后，给所有GPRS DTU及数据中心分配移动内部固定IP，数据传输两端实现端到端加密，避免了 传输过程中数据泄露的可能。该方案在实时性、安全性和稳定性方面有着明显的优势，在资金充裕的情况下为最佳方式。
（4）采用数据中转服务器中转的方式，在这种方式中数据中转服务器具有固定IP，数据中心计算机和GPRS DTU都向数据中转服务器发送注册信息，上传动态IP和站点号，数据中转服务器在存储区建立站点号和动态IP的对照表。
该系统在各点间传输数据时，数据中表明发送的起点站点和目的站点，数据中转服务器根据目的站点的动态IP将数据发送给目的站点。中转服务器一般由GPRS DTU的生产商提供，因此费用较低，通路建立时间较快，数据收发时间较慢。
4、换热站远程监控系统设计
在城市集中供热网中，远程监控在保障供热安全高效运行方面的优势愈发明显，本文所述系统中，一座供热站包含两个外部换热站，供热站设有监控中心，换热站无人值守，为及时准确的监控到整个供热网的供热效果，需将换热站的工艺参数经无线远传至供热站监控中心。
从上文得知，GPRS 无线传输技术非常适用于该系统，本文选用的GPRS DTU为驿唐科技公司的MD-309G模块。另外，考虑到开发周期、性价比以及各个方面的实际情况，选用第四种组网方式，通过其提供的串口通软件在数据中心计算机上虚拟串口传输数据。组网结构图，如图2。
SCADAPack通过串口和I/O接口采集换热站现场设备信号，主要包括压力变送器、铂热电阻、变频器、流量计和热量计。
操作站计算机装有串口通软件，将DTU设备添加到设备表并映射到的虚拟串口COM1，此时已建立计算机与现场设备的连接，上位机软件可通过虚拟串口COM1建立起与现场设备的通讯。
图2 换热站远传监控系统组网结构图
5、结语
该换热站远程监控系统在上位机软件iFix4.0下调试成功，实现了基于GPRS无线传输技术传输换热站数据的目标，自运行以来未发生数据堵塞、长时间掉线的问题，系统稳定可靠。该系统是GPRS DTU在工业运行监控中的典型应用，随着技術的进步，通讯费用的降低，该技术将有更宽广的应用前景。
参考文献：
[1] 杨丽.GPRS技术在城市排水监测系统中的研究与应用，合肥工业大学硕士学位论文,2012.
[2] 赵阳，刘蔚蔚.GPRS在热网远程监控中的应用，《水科学与工程技术》,2009年6期.
[3] 杨巨辉，许东来，王晓亮.基于ZigBee校园动力设备监测系统的研究与应用，《自动化与仪表》,2011年12期.
[4] 黄毅，黎杰.基于GPRS的水厂实时远程监测系统，《合肥工业大学学报》,2008年5期.