广西凭祥市气象局 广西崇左 532600
摘要：通过对综合集成硬件控制器在凭祥市国家气象观测站中的应用，分析综合集成硬件控制器所带来的优势，并介绍了凭祥市综合集成硬件控制器的结构组成基本组成和应用配置，在运行过程中如何进行故障排除和基本保障等措施，仅供大家进行参考借鉴。
关键词：综合集成硬件控制器；串口服务器；故障排查；ZQZ-PT1
1、引言
近几年随着我国气象现代化的快速发展，社会对气象服务的需求也在不断增加，许多自动化观测设备也陆续投入使用，能见度仪、降水天气现象仪、称重降水仪等设备开始投入使用中，这些设备使得地面观测能力显著提升，也出现了一些问题，主要体现在线路杂乱、串口标准多等问题，例如现在独立能见度、日照传感器使用的串口是485的，主采集器使用的传输是232接口，而降水天气现象仪使用光纤传输，这些传输方式和接口不统一造成系统可扩展性差，设备可维护性低等问题，同时由于主采集器已经占用了到计算机的串口通信传输，这些不同接口的设备在需要接入计算机就非常困难，所以急需一种设备能将这些传输方式进行整合。
目前，多路串口信号集成传输已经在多个行业多个领域得到应用，可有效解决布线复杂，可扩展能力弱，可维护性差等问题。综合集成硬件控制器能将主采集器、能见度观测仪、降水天气现象仪等采集设备的串口进行集成，并转化为光信号进行传输，提高了传输效率和传输稳定性，同时为更多的气象自动观测设备投入运行创造条件。
2.综合集成硬件控制器结构组成
凭祥使用的是江苏无线电科学研究所有限公司生产的ZQZ-PT1型综合集成硬件控制器，它包括室内和室外两个部分，主要硬件包括核心控制模块、交流供电转换模块、直流供电系统、标准接口模块、光电转换模块等。室外即观测场中的部分，包括核心控制模块、光电转换模块、交/直流转换模块等。室内通过光电转换模块实现RJ45接口与业务电脑终端进行数据通信。室内与室外通过多模光纤连接通信。
核心控制模块是ZQZ-PT1型综合集成硬件控制器的核心部件，使用的是Moxa串口服务器，含有8个标准RS-232/485/422接口可与不同的观测设备串口连接通信，采用光纤传输的设备可使用光电转换模块转换为串口信号再与串口服务器连接通信，串口服务器完成观测场内观测设备数据的接收、存储、通信协议的转换，以及实现串性通信到以太网通信的转换，同时提供整个控制器运行状态的显示。核心控制模块支持本地/远程调试和数据通信传输，并具备标准接口的扩展功能。
供电系统由电源控制器、蓄电池、空气开关、交流防雷模块组成，外部通过一个不间断的220V交流电源给蓄电池充电，蓄电池再通过电源转换器供给控制器一个12V的直流电源，空气开关和交流防雷模块为供电系统提供保护，确保了控制器能够有一个电压稳定、抗干扰强和持续不断的电源。
光电转换模块实现以太网通信与光纤通信的转换，通过多模光纤实现室内与室外的通信连接，具有RJ45以太网接口和ST收发光纤接口。
3.综合集成器硬件控制的优势
（1）抑制干扰和浪涌。综合集成器硬件控制是将传统的RS232/485/422设备通信端口集成，提供双向透明数据传输，由于在内部集成采用光电隔的串口隔离保护器，并通过光纤进行数据传输，可有效抑制干扰和浪涌。
（2）减少维护时间。由于进行了模块化集成，一旦设备损坏可根据损坏部分更换模块。在操作面板配置有状态指示灯，如果指示灯有异常显示，则根据显示情况可以判断大概的问题。当接口或整个模块出现故障，可直接在综合集成器硬件控制上进行通信方式切换及设备更换，有利于减少维护时间。
（3）有效改善适应性。通过光纤实现观测数据的长距离传输，可有效解决现有观测设备与气象观测综合集成通信控制系统、通信控制系统与光纤互相之间连接的问题，进一步解决增加气象观测设备与地面观测自动化快速发展不相适应的问题。
（4）增强抗干扰能力。综合集成器硬件控制承担多路数据集成、传输和通信方式转换等功能，使任何智能化传感器不经过主采集器接入。只需要在终端计算机上挂接设备，有利于减少主采集器负担，提高地面气象综合观测系统的集成化程度，可扩展性、稳定性、可靠性和观测数据的利用效率等。最终实现“一根光纤传输数据，一台终端接收数据，一套软件管理设备”的目标，进而增强整个观测系统的抗干扰能力，减少冗余。
（5）方便维护使用。综合集成器硬件控制需要额外按照基础立杆，增加电源供电。相较于使用两个光电转换连接主采集器和值班室计算机终端，综合集成器硬件控制挂接更多设备，而串口光纤转换器直连采集器和计算机终端，虽然也是使用光纤进行长距离通信，但是所有设备必须挂接在主采集器上，使主采集器负担过大，不利于设备维护维修。
4.常见故障排查
4.1.某个设备无法采集数据
若某个PORT口接入的设备无法采集到数据，考虑可能为接入设备PORT口的串口传输模块故障，可以将该设备接入到相邻PORT口或者是可以正常采集数据的PORT口，如果设备数据传输方式不同，请在NPORT Administrator管理软件中进行修改；检查设备接入PORT口的串口接线顺序是否正确，根据设备数据传输方式不同进行接线。现阶段接入综合集成硬件控制器的数据传输方式主要是RS-232和RS-485。
4.2.所有接入的设备均无数据
若业务计算机没有采集到观测数据，则应考虑为综合集成硬件控制器出现故障，需要进行故障排查，考虑可能是硬件或软件的原因，应先检查值班室业务计算机与室外综合集成硬件控制器连接情况：
（1）若综合集成硬件控制器与业务计算机连接正常，则说明业务计算机的配置与室内的光纤通信盒的光电转换模块、室外光电转换器正常，可从以下方面着手检查是否正常：检查接入设备对应COM口的串口配置信息是否正确。检查驱动程序安装是否正确，查看虚拟COM口上是否有黄色的叹号，如果有，说明驱动程序出错，需要卸载后重新安装，如果多次安装后仍然有黄色叹号，说明计算机系统有问题，需更换计算机或重装系统；检查两个服务comtonet和nettocom是否启动；检查局域网内是否还有其它计算机安装了该驱动程序，造成驱动程序软件冲突；检查业务计算机的防火墙和安全软件是否关闭；检查ISOS软件配置是否正确，使用串口调试助手，读取设备数据，如果能够正常读取，说明ISOS业务软件有问题，需重新配置或重装；最后仍然无法排除故障，说明控制器的核心控制模块——串口服务器发生故障，更换综合集成硬件控制器的串口服务器。
（2）若综合集成硬件控制器与与业务计算机连接不通，说明从业务计算机到控制器的光电转换器这条链路不正常，需要进行以下来排除故障：检查业务计算机的网络配置是否正确，和控制器IP是否在同一网段；查看业务计算机网卡的指示灯是否闪烁，检查网线接触是否良好，确认网卡是否有故障；测试网线是否正常；检查室内的光纤通信盒的光电转换模块的供电是否正常，如果输入电压过低，更换供电模块；观察光纤通信盒的光电转换模块和控制器的光纤转换器上的光纤指示灯RX、TX两灯的状态，正常状态应该为TX常亮，RX闪烁。如果光纤指示灯不亮，确认光纤指示灯没有损坏的情况下，继续检查光纤是否损坏，使用激光笔或者是光纤测试仪进行测试，如果光纤没有损坏，说明室内光纤通信盒的光电转换模块出现故障或者控制器上的光纤转换器损坏，需要更换；如果光纤损坏，更换1组光纤继续进行测试；观察串口服务器上的系统运行指示灯Link灯和Ready灯的运行状态，串口服务器正常时Link灯和Ready灯闪烁。如果Link灯和Ready灯不正常，检查供电系统的输出电压和电源插头的连接情况，如果供电正常，Link灯和Ready灯都不亮或者只亮1个，设备又能运行，说明指示灯损坏；若设备不能运行，则说明综合集成硬件控制器的串口服务器电路发生故障，需更换控制器的串口服务器；如果供电系统输出电压过低或者没有输出电压，则需要检查供电系统的交流输入、电池电压、空气开关、直流开关、连接线、电源转换模块等部分。
5.结语
综合集成硬件控制器在凭祥国家气象站的应用不仅改变了自动气象站传统RS-232的通讯方式改变为TCP/IP通信方式，同时切断外界电磁波及雷电感应对室内计算机等设备的影响，使数据传输更为稳定，提高了地面观测系统的可扩展性，有效解决为满足新观测要素自动采集而投入使用的气象设备的兼容问题。另一方面，使用综合集成硬件控制器后，其运行的稳定性对业务质量影响较大，备用的通讯手段和保障人员的维修能力十分重要，以综合集成硬件控制器为核心的通讯方式依然有发展和提升的空间。
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作者简介：
振华（1989-），男，汉族，广西博白县人，本科学历，助理工程师，从事地面气象观测工作。