基于NPORT的地面綜合氣象觀測系統(tǒng)通信測試方法及故障處理

匡昌武，陳卿才，高 濤，崔學(xué)林

(1.海南省氣象探測中心，?？?570203；2.海南省南海氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，?？?570203)

0 引言

隨著氣象探測技術(shù)的不斷進(jìn)步和地面觀測設(shè)備自動(dòng)化程度的不斷提高，前向散射能見度儀、降水現(xiàn)象儀、輻射觀測系統(tǒng)和日照觀測儀等各種新型觀測設(shè)備也已廣泛應(yīng)用于地面綜合氣象觀測系統(tǒng)，這些智能化設(shè)備均采用RS-232/RS-485進(jìn)行通信。新型自動(dòng)氣象站主采集器接入溫度、濕度、氣壓、雨量、地溫、蒸發(fā)、風(fēng)向、風(fēng)速等常規(guī)氣象觀測要素，通過增加串口服務(wù)器集成新型自動(dòng)氣象站、前向散射能見度儀、降水現(xiàn)象儀、輻射觀測系統(tǒng)和日照觀測儀等多種自動(dòng)化觀測設(shè)備。

地面綜合氣象觀測系統(tǒng)通過增加串口服務(wù)器來集成各類自動(dòng)化觀測設(shè)備，綜合集成硬件控制器的核心部件就是串口服務(wù)器。王瑋、呂抒航[1，2]等分析了綜合集成硬件控制器在DZZ5新型自動(dòng)氣象站中的應(yīng)用；劉語嫣[3]等介紹了氣象觀測綜合集成控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)；李毅聰、許杰文[4-6]等介紹了DPZ1綜合集成硬件控制器常見故障排查和處理。國內(nèi)文獻(xiàn)多為研究分析DPZ1綜合集成硬件控制器自動(dòng)氣象站的常見故障和維修方法，缺少ZQZ-PT1 通信轉(zhuǎn)換器排查通信系統(tǒng)故障方法的研究。文章以NPORT串口服務(wù)器的ZQZ-PT1 通信轉(zhuǎn)換器為主線分析地面綜合氣象觀測系統(tǒng)通信部分的組成和數(shù)據(jù)傳輸流程，總結(jié)了通信設(shè)備和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的故障測試方法，分析了通信部分故障原因和處理方法。

1 地面綜合氣象觀測系統(tǒng)構(gòu)成

地面綜合氣象觀測系統(tǒng)通信部分包括觀測設(shè)備中的串口光電轉(zhuǎn)換器、綜合集成硬件控制器、光纖交換機(jī)和光纖等，其中ZQZ-PT1通信轉(zhuǎn)換器的通信設(shè)備主要由MOXA的NPORT 5650-8-DT串口服務(wù)器、TCF-142-ST串口光電轉(zhuǎn)換器和光纖交換機(jī)等組成[7，8]。MOXA的NPORT 5650-8-DT串口服務(wù)器共有8個(gè)串行通信端口，因此最多可直連8個(gè)串口觀測設(shè)備。新型自動(dòng)氣象站、降水現(xiàn)象儀、前向散射能見度儀、日照計(jì)等自動(dòng)觀測設(shè)備以串口通信方式通過光纖與串口服務(wù)器連接。

1.1 數(shù)據(jù)傳輸流程

終端計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)采集命令發(fā)送至虛擬串口，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至串口服務(wù)器，根據(jù)虛擬串口找到真正的串口，串口服務(wù)器將數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換并傳送至相關(guān)數(shù)據(jù)采集器，采集器收到采集指令采集數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)通過串口通信傳送至串口服務(wù)器，串口服務(wù)器將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝轉(zhuǎn)化成TCP/IP協(xié)議格式的數(shù)據(jù)流返回終端計(jì)算機(jī)。

1.2 串口服務(wù)器

MOXA的NPORT 5650-8-DT串口服務(wù)器提供8個(gè)RS-232/422/485三合一串口，可以保證8個(gè)設(shè)備同時(shí)通信，滿足現(xiàn)有的自動(dòng)化設(shè)備接入需求；串口服務(wù)器通過虛擬串口軟件在終端計(jì)算機(jī)上虛擬8個(gè)串口，虛擬串口和串口服務(wù)器端的物理串口一一對(duì)應(yīng)，相當(dāng)于在計(jì)算機(jī)上添加了8個(gè)串口。完成串口服務(wù)器虛擬串口映射，通信鏈路連接正常后，可以根據(jù)指示燈的狀態(tài)判斷串口服務(wù)器和通信鏈路是否正常，串口服務(wù)器狀態(tài)指示燈見表1。

表1 串口服務(wù)器狀態(tài)指示燈

1.3 串口光電轉(zhuǎn)換器

ZQZ-PT1通信轉(zhuǎn)換器內(nèi)部安裝有8個(gè)串口光電轉(zhuǎn)換器模塊，模塊一端與串口服務(wù)器的8個(gè)串口相連，另一端通過光纖與觀測設(shè)備內(nèi)部的串口光電轉(zhuǎn)換器相連，實(shí)現(xiàn)了RS-232電信號(hào)與光信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換，兩端的串口光纖轉(zhuǎn)換器保證了觀測設(shè)備和通信轉(zhuǎn)換器之間可以使用光纖通信。

1.4 光纖交換機(jī)

在終端計(jì)算機(jī)端配備1個(gè)光纖通信盒，用于 ZQZ-PT1 通信轉(zhuǎn)換器與終端計(jì)算機(jī)之間的光電轉(zhuǎn)換。光纖通信盒內(nèi)置4口的光纖交換機(jī)，與 ZQZ-PT1 通信轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的光纖交換機(jī)型號(hào)相同，可以把備份計(jì)算機(jī)也接入交換機(jī)，在終端計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)快速替換，也可在數(shù)據(jù)缺測時(shí)遠(yuǎn)程診斷故障。

1.5 串口服務(wù)器通信端口監(jiān)控

MOXA的NPORT 5650-8-DT串口服務(wù)器提供Web，telnet console進(jìn)行設(shè)置和訪問服務(wù)功能，在瀏覽器中輸入串口服務(wù)器IP地址，就可以對(duì)串口服務(wù)器進(jìn)行相關(guān)配置，包括監(jiān)控串口工作狀態(tài)、遠(yuǎn)程故障診斷和網(wǎng)絡(luò)安全管理等功能。

2 通信設(shè)備測試方法

2.1 光纖測試方法

可以用光纖測試儀器檢測光纖中間是否斷開和對(duì)光的衰耗是否達(dá)標(biāo)。最簡單的方法是利用手機(jī)的手電筒或激光筆對(duì)準(zhǔn)ST接口尾纖的一端，通過在另一端能否看到光來判斷光纖是否正常。主光纖也可以通過查看光纖交換機(jī)的光纖指示燈狀態(tài)判斷其是否正常[9-11]。

2.2 串口服務(wù)器測試方法

根據(jù)表1查看串口服務(wù)器的指示燈是否正常，用網(wǎng)線將筆記本電腦與串口服務(wù)器連接，在IE瀏覽器輸入串口服務(wù)器IP地址就可以看到串口服務(wù)器的工作狀態(tài)。短接Port1串口的Tx和Rx腳，再用串口軟件打開串口檢查其收發(fā)狀態(tài)，依次測量串口服務(wù)器各物理端口，從而判斷串口服務(wù)器是否正常。

2.3 串口光電轉(zhuǎn)換器測試方法

在通電情況下，可以用ST接口的尾纖短接光串口光電轉(zhuǎn)換器的光纖Tx、Rx接口，將串口光纖轉(zhuǎn)換器的串口端Tx、Rx與RS-232的Rx、Tx相連，通過筆記本運(yùn)行串口調(diào)試軟件，輸入字符串ABCD，若能接收到ABCD，說明串口光電轉(zhuǎn)換器正常。

2.4 關(guān)鍵測試點(diǎn)

以ZQZ-PT1通信轉(zhuǎn)換器與新型自動(dòng)氣象站的測試為例，在ZQZ-PT1通信轉(zhuǎn)換器內(nèi)完成對(duì)通信鏈路和設(shè)備的測試。

1)將測試點(diǎn)1，即串口服務(wù)器的RJ45端口，通過網(wǎng)線連接到筆記本電腦，利用串口服務(wù)器測試方法，判斷串口服務(wù)器是否正常；

2)將串口光電轉(zhuǎn)換器的串口轉(zhuǎn)換線連接到計(jì)算機(jī)即測試點(diǎn)2，通過尾纖短接ZQZ-PT1 通信轉(zhuǎn)換器的串口光電轉(zhuǎn)換器上光纖接口Tx、Rx，即短接測試點(diǎn)1，通過串口軟件收發(fā)狀態(tài)可判斷串口光電轉(zhuǎn)換器是否出現(xiàn)故障；

3)在測試點(diǎn)2和串口光電轉(zhuǎn)換器正常的情況下，在數(shù)據(jù)采集設(shè)備的機(jī)箱處用尾纖短接ST接口，即短接測試點(diǎn)2，通過串口軟件收發(fā)狀態(tài)可判斷光纖到測試點(diǎn)2是否正常；

4)在測試點(diǎn)2，數(shù)據(jù)采集設(shè)備的機(jī)箱里將串口光電轉(zhuǎn)換器串口的Tx、Rx用電線短接，即短接測試點(diǎn)3，可判斷從測試點(diǎn)2到數(shù)據(jù)采集設(shè)備機(jī)箱里串口光電轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)通信鏈路是否正常；

5)在測試點(diǎn)2，通過串口軟件讀取連接在通信鏈路上的觀測設(shè)備數(shù)據(jù)，可判斷觀測設(shè)備是否發(fā)生故障。在串口服務(wù)器到室內(nèi)設(shè)備都正常的情況下，在終端計(jì)算機(jī)可實(shí)現(xiàn)對(duì)通信鏈路的遠(yuǎn)程診斷。

3 通信部分常見故障及處理

可以按通信鏈路的設(shè)備測試故障，分為串口服務(wù)器、串口光電轉(zhuǎn)換器、光纖交換機(jī)和光纖等；也可以按掛接在串口服務(wù)器的觀測設(shè)備劃分。故障處理按以下兩類故障劃分：1)單串口觀測設(shè)備數(shù)據(jù)缺測，即新型自動(dòng)站、輻射觀測儀、降水現(xiàn)象儀、日照觀測儀等觀測設(shè)備的其中一項(xiàng)觀測數(shù)據(jù)缺測；2)全部數(shù)據(jù)缺測，即掛接在串口服務(wù)器上的所有觀測設(shè)備數(shù)據(jù)缺測。

3.1 單串口觀測設(shè)備數(shù)據(jù)缺測故障處理流程

以新型自動(dòng)氣象站設(shè)備數(shù)據(jù)缺測為例分析單串口觀測數(shù)據(jù)缺測，其他串口上的觀測項(xiàng)目數(shù)據(jù)正常。因其他觀測設(shè)備數(shù)據(jù)正常，可判斷ZQZ-PT1通信轉(zhuǎn)換器的串口服務(wù)器、光纖交換機(jī)、主光纖正常。則故障原因可能為：地面綜合觀測業(yè)務(wù)軟件(ISOS)參數(shù)配置錯(cuò)誤；虛擬串口軟件串口配置錯(cuò)誤；串口服務(wù)器的Port1串口故障；接入新型自動(dòng)氣象站設(shè)備的光纖故障?？砂凑找韵虏襟E進(jìn)行故障排查：

1)打開ISOS軟件，檢查掛載該觀測設(shè)備的參數(shù)是否正常；

2)打開NPORT Administrator虛擬串口配置軟件，檢查該觀測設(shè)備串口號(hào)和配置參數(shù)；

3)檢查串口服務(wù)器Port1端口相應(yīng)的InUse指示燈是否正常，測試新型自動(dòng)氣象站對(duì)應(yīng)串口服務(wù)器的物理串口Port1和串口光纖轉(zhuǎn)換器；

4)測試ZQZ-PT1通信轉(zhuǎn)換器到觀測設(shè)備端的光纖、串口光電轉(zhuǎn)換器、觀測設(shè)備是否正常。

3.2 全部觀測設(shè)備數(shù)據(jù)缺測故障處理流程

全部數(shù)據(jù)缺測即掛接在串口服務(wù)器上的所有觀測設(shè)備均發(fā)生數(shù)據(jù)缺測，故障原因可能為：計(jì)算機(jī)網(wǎng)卡故障或IP地址沖突；虛擬串口軟件運(yùn)行異常；光纖交換機(jī)故障；主光纖故障；串口服務(wù)器故障?？砂凑找韵虏襟E進(jìn)行檢查：

1)檢查終端業(yè)務(wù)計(jì)算機(jī)的網(wǎng)卡和IP地址是否正常，網(wǎng)卡通過網(wǎng)線與交換機(jī)連接，燈亮則正常，或打開備份計(jì)算機(jī)的ISOS軟件查看數(shù)據(jù)采集是否正常；

2)打開串口調(diào)試軟件，選擇相應(yīng)的串口號(hào)及串口參數(shù)后，向觀測設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)采集指令，若有觀測數(shù)據(jù)并在串口服務(wù)器的監(jiān)控網(wǎng)頁中看到串口收發(fā)正常，則說明ISOS軟件異常，重新安裝ISOS軟件；

3)打開NPORT Administrator軟件查看虛擬串口是否正常，若異常，則需要重裝驅(qū)動(dòng)軟件，然后配置虛擬串口，修改ISOS軟件相關(guān)串口號(hào)及配置參數(shù)；

4)在終端計(jì)算機(jī)瀏覽器中輸入串口服務(wù)器的IP地址，分別按照不能登錄串口服務(wù)器和可以登錄兩種情況進(jìn)行故障處理：

①不能登錄串口服務(wù)器

首先檢查網(wǎng)卡和交換機(jī)是否正常，計(jì)算機(jī)的IP地址要和串口服務(wù)器的IP地址在同一網(wǎng)段；

其次檢查主光纖，室內(nèi)外交換機(jī)光纖正常狀態(tài)是Tx、Rx燈閃亮，若指示燈不亮，則用激光筆和手機(jī)的手電筒檢查光纖是否正常；

最后檢查ZQZ-PT1通信轉(zhuǎn)換器是否正常：查看ZQZ-PT1通信轉(zhuǎn)換器的串口服務(wù)器和交換機(jī)的狀態(tài)指示燈是否正常。串口服務(wù)器出現(xiàn)故障的幾率比較大，斷電重啟串口服務(wù)器，觀察 PWR、Ready、Link、InUse 等指示燈，若指示燈不正常，則復(fù)位串口服務(wù)器，將串口服務(wù)器的RJ45端口通過網(wǎng)線接到筆記本電腦上，運(yùn)行NPORT Administrator軟件進(jìn)行虛擬端口映射并配置串口服務(wù)器IP地址，打開串口調(diào)試軟件，選擇相應(yīng)的串口號(hào)及串口參數(shù)后，向觀測設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)采集指令，若有觀測數(shù)據(jù)則串口服務(wù)器正常，若沒有接收到數(shù)據(jù)，則串口服務(wù)器損壞，更換串口服務(wù)器。

②可以登錄串口服務(wù)器

在終端計(jì)算機(jī)查看串口服務(wù)器的狀態(tài)監(jiān)控網(wǎng)頁判斷串口是否正常，查看串口服務(wù)器的狀態(tài)指示燈是否正常。斷電重啟串口服務(wù)器，觀察 PWR、Ready、Link、InUse 等指示燈，若1個(gè)或多個(gè)指示燈不亮則復(fù)位串口服務(wù)器，重新配置業(yè)務(wù)計(jì)算機(jī)的虛擬串口和串口服務(wù)器的IP地址，使串口服務(wù)器正常；也可以參照串口服務(wù)器測試方法進(jìn)行測試。

4 結(jié)束語

文章系統(tǒng)分析了地面氣象綜合觀測系統(tǒng)通信部分關(guān)鍵設(shè)備和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的故障測試方法，利用串口軟件自發(fā)自收的方法逐步排除故障。詳細(xì)分析了單串口觀測設(shè)備數(shù)據(jù)缺測和全部觀測設(shè)備數(shù)據(jù)缺測的故障處理流程，技術(shù)人員依據(jù)地面綜合氣象觀測系統(tǒng)通信部分的故障處理方法，可縮短故障排查時(shí)間。

基于MOXA的NPORT 5650-8-DT串口服務(wù)器的地面氣象綜合觀測系統(tǒng)，使用光纖通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸可以很好地避免電磁干擾等意外情況發(fā)生，提高了觀測系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、穩(wěn)定性和可靠性。接入光纖交換機(jī)的計(jì)算機(jī)只需映射虛擬串口并安裝ISOS軟件，即可實(shí)現(xiàn)地面氣象綜合觀測系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的多機(jī)備份，同時(shí)通過串口服務(wù)器的Web訪問功能可實(shí)現(xiàn)觀測設(shè)備的遠(yuǎn)程故障診斷，從而快速識(shí)別故障原因。