培訓(xùn)教材——硬件綜合控制器

1、硬件綜合控制器硬件綜合控制器（ZQZ-PT1通信轉(zhuǎn)換器）通信轉(zhuǎn)換器）現(xiàn)狀 我國現(xiàn)有2419個國家級地面氣象觀測站，數(shù)萬個區(qū)域自動氣象站，基本實現(xiàn)了常規(guī)氣象要素的自動觀測，但云、能見度、天氣現(xiàn)象等氣象觀測項目還要依靠人工。隨著科技進步，越來越多的觀測要素可以取代人工觀測，但目前使用的自動氣象站的結(jié)構(gòu)體系對氣象觀測要素的擴展具有較大的限制。 根據(jù)實際情況 ，業(yè)務(wù)站的自動化建設(shè)可以用“四多、一低、一差”6個字概括。四多一低一差地面自動化綜合觀測指導(dǎo)思想地面自動化綜合觀測指導(dǎo)思想 總結(jié)前面遇到的問題，展望中國未來氣象行業(yè)的發(fā)展方向，國家氣象局提出了地面氣象觀測自動化改革的需求，并通過“五個一”的設(shè)計理

2、念，指導(dǎo)下一步的試點改革。1、一個標(biāo)準(zhǔn)接口來規(guī)范各種觀測設(shè)備2、一套裝置來連接各種設(shè)備3、一根總光纖來傳輸各種數(shù)據(jù)4、一個軟件來管理各種設(shè)備5、一臺電腦完成所有任務(wù)硬件綜合控制器產(chǎn)品簡介硬件綜合控制器產(chǎn)品簡介（ZQZ-PT1通信轉(zhuǎn)換器）通信轉(zhuǎn)換器） 根據(jù)國家氣象局“五個一”的改革設(shè)計理念，一個具備穩(wěn)定、可靠、可擴展的硬件綜合集成平臺的產(chǎn)品需求應(yīng)運而生。 經(jīng)過前期的技術(shù)調(diào)研測試以及試點站的試用，我們設(shè)計的以串口服務(wù)器為核心、以光纖通信為基礎(chǔ)的硬件綜合控制器符合“五個一”理念。串口服務(wù)器具備8個串口，提供了足夠的新設(shè)備擴展空間；觀測場設(shè)備到串口服務(wù)器、串口服務(wù)器到室內(nèi)都使用光信號通信，避免了雷擊天

3、氣時設(shè)備間的相互影響，進而保證設(shè)備更加穩(wěn)定可靠的運行。系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)原理圖硬件綜合控制器功能概述硬件綜合控制器功能概述 硬件綜合集成控制器是地面氣象觀測系統(tǒng)綜合集成的硬件平臺，主要任務(wù)是實現(xiàn)對自動氣象站、云、能見度、天氣現(xiàn)象、輻射等氣象自動觀測設(shè)備的集約化管理，通過串口服務(wù)器實現(xiàn)各觀測設(shè)備觀測數(shù)據(jù)的RS-232/485/422傳輸模式到以太網(wǎng)傳輸模式的轉(zhuǎn)換，再通過光電轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)電信號和光信號的相互轉(zhuǎn)換，最終實現(xiàn)所有觀測設(shè)備均通過一根光纖實現(xiàn)和終端計算機的數(shù)據(jù)傳輸，減少布線、提高地面氣象綜合觀測系統(tǒng)的集成化程度、可擴展性能、穩(wěn)定性、可靠性、觀測數(shù)據(jù)的利用效率等。為了確保不同觀測設(shè)備出現(xiàn)故障時不對

4、系統(tǒng)整體運行造成影響，我們將設(shè)備到串口服務(wù)器之間通信鏈路設(shè)計成光通信，避免了電信號之間的相互影響。ZQZ-PT1通信轉(zhuǎn)換器組成通信轉(zhuǎn)換器組成 ZQZ-PT1通信轉(zhuǎn)換器主要有通信單元和電源單元組成。其中通信單元包括：串口服務(wù)器、光纖交換機、串口光纖轉(zhuǎn)換器；電源單元包括：交流防雷模塊、開關(guān)電源、充電保護模塊及蓄電池。ZQZ-PT1通信轉(zhuǎn)換器技術(shù)指標(biāo)通信轉(zhuǎn)換器技術(shù)指標(biāo)最大接入觀測設(shè)備路數(shù)最大接入觀測設(shè)備路數(shù): 8路控制器輸入輸出信號傳輸接口標(biāo)準(zhǔn)控制器輸入輸出信號傳輸接口標(biāo)準(zhǔn): 接口類型：多模光纖(ST接頭) 最大傳輸距離：4km供電要求供電要求: 單相交流：220V 15% 功率：18W 蓄電池容量

5、：12V，100AH外形尺寸（長寬高）外形尺寸（長寬高）: 560mmX420mmX348mmZQZ-PT1通信轉(zhuǎn)換器技術(shù)指標(biāo)通信轉(zhuǎn)換器技術(shù)指標(biāo)工作環(huán)境條件工作環(huán)境條件: 環(huán)境溫度：-4070 相對濕度：595%RH（無凝露）貯運條件貯運條件: 環(huán)境溫度：-4575 相對濕度：595%RH（無凝露）可靠性和維修性可靠性和維修性: 平均故障間隔時間：MTBF3000h 平均修復(fù)時間：MTTR0.5h串口服務(wù)器功能簡介串口服務(wù)器功能簡介 串口服務(wù)器作為硬件綜合控制平臺的核心器件，其主要功能如下：u 提供8個物理串口?？梢员ＷC8套設(shè)備同時通信，滿足現(xiàn)有的自動化設(shè)備接入需求。u 通信協(xié)議轉(zhuǎn)換。將串口通

6、信協(xié)議轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，計算機和串口服務(wù)器之間通過一根網(wǎng)線即可實現(xiàn)相互間通信。u 具備串口虛擬功能。串口服務(wù)器自帶的虛擬串口驅(qū)動程序，能夠在計算機上虛擬8個串口，這些虛擬串口和串口服務(wù)器端的物理串口一一對應(yīng)，相當(dāng)于在計算機上添加了8個串口。驅(qū)動程序安裝驅(qū)動程序安裝串口服務(wù)器上電，聽到“滴滴”響聲之后，串口服務(wù)器進入正常工作狀態(tài)。安裝“Npadm_Setup_Ver1.16_Build_11021514.exe”驅(qū)動軟件安裝好驅(qū)動后啟動Nport管理工具“NPort Administrator”實現(xiàn)對串口服務(wù)器的相關(guān)設(shè)置，主要設(shè)置串口服務(wù)器的IP 地址、串口通訊協(xié)議、串口操作模式及串口編號等。

7、點擊”Configuration” 然后點擊”Search”，雙擊查找到的設(shè)備進入?yún)?shù)修改界面。點擊”NetWork”并勾選“Modify”修改串口服務(wù)器的IP地址使其和PC機對應(yīng)的網(wǎng)卡IP地址在同一網(wǎng)段內(nèi)，記得點擊”O(jiān)K”保存修改的配置。我們一般設(shè)置：串口服務(wù)器 IP: 192.168.10.10掩碼：255.255.255.0 網(wǎng)關(guān)可以不設(shè)置；業(yè)務(wù)計算機IP：192.168.10.1 掩碼：255.255.255.0驅(qū)動程序安裝驅(qū)動程序安裝點擊驅(qū)動程序左邊的”Com Mapping”進行端口映射，點擊”Add”將串口服務(wù)器對應(yīng)的串口映射到PC機上，記得點擊”Apply”完成映射保存。映射出

8、來的串口默認(rèn)都是RS-232協(xié)議，參數(shù)為 波特率: 9600 校驗位:None 數(shù)據(jù)位：8 停止位：1根據(jù)ZQZ-PT1通信轉(zhuǎn)換器端的具體串口分配情況，在SMO軟件進行相應(yīng)的配置。我們默認(rèn)的分配情況自動站、能見度、天氣現(xiàn)象、輻射分別接串口服務(wù)器1、2、3、4號端口，所以軟件虛擬的串口需要和實際的連接順序?qū)?yīng)。例如上圖中的1、2、3、4、5號端口分別對應(yīng)Com2、Com5、Com6、Com7。注意：直接映射出來的串口符合常規(guī)用法，如果對串口設(shè)置有特殊要求，可以進行修改。詳情請見設(shè)備自帶光盤的用戶手冊。串口服務(wù)器指示燈 在驅(qū)動程序安裝完成，物理鏈路連接完畢之后，可以根據(jù)指示燈的狀態(tài)快速判斷目前所處

9、的通信狀態(tài)。光纖交換機 光纖交換機實現(xiàn)了以太網(wǎng)電信號與光信號的相互轉(zhuǎn)換。光纖交換機的以太網(wǎng)口連接串口服務(wù)器的網(wǎng)口，光纖端口則連接到終端計算機的光纖通信盒，建立可靠的光通信鏈路。光纖交換機指示燈串口光纖轉(zhuǎn)換器 ZQZ-PT1通信轉(zhuǎn)換器內(nèi)部含有8個串口光纖轉(zhuǎn)換器（標(biāo)配），該模塊和串口服務(wù)器的8個串口相連，實現(xiàn) RS-232 電信號與光信號的相互轉(zhuǎn)換。在每個觀測設(shè)備內(nèi)部也都配備了一個串口光纖轉(zhuǎn)換器，兩端的串口光纖轉(zhuǎn)換器保證了觀測場設(shè)備和通信轉(zhuǎn)換之間可以使用光纖通信。觀測場設(shè)備間采用光纖通信能夠起到更好的隔離作用，減少在雷擊等極端惡劣環(huán)境時通過信號電纜影響其他設(shè)備概率的發(fā)生。串口轉(zhuǎn)光纖模塊指示燈在使用

10、光纖連接兩個串口光纖轉(zhuǎn)換器的時候，需要按照交叉線的方式連接，即一個轉(zhuǎn)換器TX需要和另外一個轉(zhuǎn)換器的RX相連。ZQZ-PT1電源單元電源單元位于ZQZ-PT1通信轉(zhuǎn)換器的背面，主要包含：空氣開關(guān)、交流防雷模塊、開關(guān)電源、充電保護模塊和蓄電池。 空氣開關(guān)向上推到“ON”位置將接通交流電源，開關(guān)電源開始工作，輸出約14.5V電壓，為 ZQZ-PT1 通信轉(zhuǎn)換器供電，同時經(jīng)過充電保護模塊給蓄電池充電，蓄電池充滿后的電壓約為13.8V。空氣開關(guān)向下拉到“OFF”位置將切斷交流電源，此時，由蓄電池為通信轉(zhuǎn)換器供電。如果開關(guān)電源指示燈熄滅，說明交流電未接通，請檢查空氣開關(guān)是否推到“ON”位置；如果空氣開關(guān)在

11、“ON”位置，請檢查配電箱內(nèi)的交流電是否供電正常。設(shè)備安裝步驟按照預(yù)埋件施工圖紙制作設(shè)備地基。鋪設(shè)與傳感器連接的光纜和自身供電電纜，具體數(shù)量根據(jù)現(xiàn)場安裝設(shè)備確定。開箱取出ZQZ-PT1協(xié)議轉(zhuǎn)換器底座，并安裝于基礎(chǔ)上，光纖和電纜可暫時放在底座內(nèi)部。注意底座不帶門的一面朝向小路。取出ZQZ-PT1協(xié)議轉(zhuǎn)換器機箱，安裝于底座上。注意，帶有串口服務(wù)器一面的通信面板朝向著小路。打開底座后面的小門，將底座中的光纖和電纜從防水接頭中穿出，按照接線圖連接相關(guān)光纖和電纜。注意尾纖的順序需要和設(shè)備端的串口光纖轉(zhuǎn)換器交叉。測量220V交流電正常的情況下，推上空氣開關(guān)并將蓄電池接入供電系統(tǒng)。通信故障排查通信故障排查當(dāng)

12、中心站與觀測儀器出現(xiàn)通信故障時，可以參考下述方法排查問題：按照上文中關(guān)于指示燈的描述，查看設(shè)備指示燈是否正常。指示燈如果有異常，可以根據(jù)具體描述判斷大概的問題。查看ISOS軟件串口參數(shù)配置是否正確，尤其是串口號，需要一 一對應(yīng)，如果對應(yīng)不正確，即使通信正常軟件業(yè)無法解析數(shù)據(jù)，最后顯示數(shù)據(jù)缺測和通信失敗。串口對應(yīng)規(guī)則參照驅(qū)動安裝方法中的描述。查看串口服務(wù)器是否在局域網(wǎng)內(nèi)。 在計算機端ping 串口服務(wù)器的IP地址，默認(rèn)為192.168.10.10，如果無法ping通，說明串口服務(wù)器和計算機不在一個網(wǎng)段內(nèi)，需要確認(rèn)計算機和串口服務(wù)器的IP地址，保證兩個IP地址在同一網(wǎng)段內(nèi)。更改串口服務(wù)器IP地址參照驅(qū)動程序安裝操作方法，計算機的IP地址可以詢問氣象局的網(wǎng)管。檢查觀測場內(nèi)設(shè)備和串口服務(wù)器之間的光纖是否交叉連接，即兩個串口光纖轉(zhuǎn)換器