培训教材——硬件综合控制器

1、硬件综合控制器硬件综合控制器（ZQZ-PT1通信转换器）通信转换器）现状 我国现有2419个国家级地面气象观测站，数万个区域自动气象站，基本实现了常规气象要素的自动观测，但云、能见度、天气现象等气象观测项目还要依靠人工。随着科技进步，越来越多的观测要素可以取代人工观测，但目前使用的自动气象站的结构体系对气象观测要素的扩展具有较大的限制。 根据实际情况 ，业务站的自动化建设可以用“四多、一低、一差”6个字概括。四多一低一差地面自动化综合观测指导思想地面自动化综合观测指导思想 总结前面遇到的问题，展望中国未来气象行业的发展方向，国家气象局提出了地面气象观测自动化改革的需求，并通过“五个一”的设计理

2、念，指导下一步的试点改革。1、一个标准接口来规范各种观测设备2、一套装置来连接各种设备3、一根总光纤来传输各种数据4、一个软件来管理各种设备5、一台电脑完成所有任务硬件综合控制器产品简介硬件综合控制器产品简介（ZQZ-PT1通信转换器）通信转换器） 根据国家气象局“五个一”的改革设计理念，一个具备稳定、可靠、可扩展的硬件综合集成平台的产品需求应运而生。 经过前期的技术调研测试以及试点站的试用，我们设计的以串口服务器为核心、以光纤通信为基础的硬件综合控制器符合“五个一”理念。串口服务器具备8个串口，提供了足够的新设备扩展空间；观测场设备到串口服务器、串口服务器到室内都使用光信号通信，避免了雷击天

3、气时设备间的相互影响，进而保证设备更加稳定可靠的运行。系统原理图系统原理图硬件综合控制器功能概述硬件综合控制器功能概述 硬件综合集成控制器是地面气象观测系统综合集成的硬件平台，主要任务是实现对自动气象站、云、能见度、天气现象、辐射等气象自动观测设备的集约化管理，通过串口服务器实现各观测设备观测数据的RS-232/485/422传输模式到以太网传输模式的转换，再通过光电转换器实现电信号和光信号的相互转换，最终实现所有观测设备均通过一根光纤实现和终端计算机的数据传输，减少布线、提高地面气象综合观测系统的集成化程度、可扩展性能、稳定性、可靠性、观测数据的利用效率等。为了确保不同观测设备出现故障时不对

4、系统整体运行造成影响，我们将设备到串口服务器之间通信链路设计成光通信，避免了电信号之间的相互影响。ZQZ-PT1通信转换器组成通信转换器组成 ZQZ-PT1通信转换器主要有通信单元和电源单元组成。其中通信单元包括：串口服务器、光纤交换机、串口光纤转换器；电源单元包括：交流防雷模块、开关电源、充电保护模块及蓄电池。ZQZ-PT1通信转换器技术指标通信转换器技术指标最大接入观测设备路数最大接入观测设备路数: 8路控制器输入输出信号传输接口标准控制器输入输出信号传输接口标准: 接口类型：多模光纤(ST接头) 最大传输距离：4km供电要求供电要求: 单相交流：220V 15% 功率：18W 蓄电池容量

5、：12V，100AH外形尺寸（长宽高）外形尺寸（长宽高）: 560mmX420mmX348mmZQZ-PT1通信转换器技术指标通信转换器技术指标工作环境条件工作环境条件: 环境温度：-4070 相对湿度：595%RH（无凝露）贮运条件贮运条件: 环境温度：-4575 相对湿度：595%RH（无凝露）可靠性和维修性可靠性和维修性: 平均故障间隔时间：MTBF3000h 平均修复时间：MTTR0.5h串口服务器功能简介串口服务器功能简介 串口服务器作为硬件综合控制平台的核心器件，其主要功能如下：u 提供8个物理串口。可以保证8套设备同时通信，满足现有的自动化设备接入需求。u 通信协议转换。将串口通

6、信协议转换成网络通信协议，计算机和串口服务器之间通过一根网线即可实现相互间通信。u 具备串口虚拟功能。串口服务器自带的虚拟串口驱动程序，能够在计算机上虚拟8个串口，这些虚拟串口和串口服务器端的物理串口一一对应，相当于在计算机上添加了8个串口。驱动程序安装驱动程序安装串口服务器上电，听到“滴滴”响声之后，串口服务器进入正常工作状态。安装“Npadm_Setup_Ver1.16_Build_11021514.exe”驱动软件安装好驱动后启动Nport管理工具“NPort Administrator”实现对串口服务器的相关设置，主要设置串口服务器的IP 地址、串口通讯协议、串口操作模式及串口编号等。

7、点击”Configuration” 然后点击”Search”，双击查找到的设备进入参数修改界面。点击”NetWork”并勾选“Modify”修改串口服务器的IP地址使其和PC机对应的网卡IP地址在同一网段内，记得点击”OK”保存修改的配置。我们一般设置：串口服务器 IP: 192.168.10.10掩码：255.255.255.0 网关可以不设置；业务计算机IP：192.168.10.1 掩码：255.255.255.0驱动程序安装驱动程序安装点击驱动程序左边的”Com Mapping”进行端口映射，点击”Add”将串口服务器对应的串口映射到PC机上，记得点击”Apply”完成映射保存。映射出

8、来的串口默认都是RS-232协议，参数为 波特率: 9600 校验位:None 数据位：8 停止位：1根据ZQZ-PT1通信转换器端的具体串口分配情况，在SMO软件进行相应的配置。我们默认的分配情况自动站、能见度、天气现象、辐射分别接串口服务器1、2、3、4号端口，所以软件虚拟的串口需要和实际的连接顺序对应。例如上图中的1、2、3、4、5号端口分别对应Com2、Com5、Com6、Com7。注意：直接映射出来的串口符合常规用法，如果对串口设置有特殊要求，可以进行修改。详情请见设备自带光盘的用户手册。串口服务器指示灯 在驱动程序安装完成，物理链路连接完毕之后，可以根据指示灯的状态快速判断目前所处

9、的通信状态。光纤交换机 光纤交换机实现了以太网电信号与光信号的相互转换。光纤交换机的以太网口连接串口服务器的网口，光纤端口则连接到终端计算机的光纤通信盒，建立可靠的光通信链路。光纤交换机指示灯串口光纤转换器 ZQZ-PT1通信转换器内部含有8个串口光纤转换器（标配），该模块和串口服务器的8个串口相连，实现 RS-232 电信号与光信号的相互转换。在每个观测设备内部也都配备了一个串口光纤转换器，两端的串口光纤转换器保证了观测场设备和通信转换之间可以使用光纤通信。观测场设备间采用光纤通信能够起到更好的隔离作用，减少在雷击等极端恶劣环境时通过信号电缆影响其他设备概率的发生。串口转光纤模块指示灯在使用

10、光纤连接两个串口光纤转换器的时候，需要按照交叉线的方式连接，即一个转换器TX需要和另外一个转换器的RX相连。ZQZ-PT1电源单元电源单元位于ZQZ-PT1通信转换器的背面，主要包含：空气开关、交流防雷模块、开关电源、充电保护模块和蓄电池。 空气开关向上推到“ON”位置将接通交流电源，开关电源开始工作，输出约14.5V电压，为 ZQZ-PT1 通信转换器供电，同时经过充电保护模块给蓄电池充电，蓄电池充满后的电压约为13.8V。空气开关向下拉到“OFF”位置将切断交流电源，此时，由蓄电池为通信转换器供电。如果开关电源指示灯熄灭，说明交流电未接通，请检查空气开关是否推到“ON”位置；如果空气开关在

11、“ON”位置，请检查配电箱内的交流电是否供电正常。设备安装步骤按照预埋件施工图纸制作设备地基。铺设与传感器连接的光缆和自身供电电缆，具体数量根据现场安装设备确定。开箱取出ZQZ-PT1协议转换器底座，并安装于基础上，光纤和电缆可暂时放在底座内部。注意底座不带门的一面朝向小路。取出ZQZ-PT1协议转换器机箱，安装于底座上。注意，带有串口服务器一面的通信面板朝向着小路。打开底座后面的小门，将底座中的光纤和电缆从防水接头中穿出，按照接线图连接相关光纤和电缆。注意尾纤的顺序需要和设备端的串口光纤转换器交叉。测量220V交流电正常的情况下，推上空气开关并将蓄电池接入供电系统。通信故障排查通信故障排查当

12、中心站与观测仪器出现通信故障时，可以参考下述方法排查问题：按照上文中关于指示灯的描述，查看设备指示灯是否正常。指示灯如果有异常，可以根据具体描述判断大概的问题。查看ISOS软件串口参数配置是否正确，尤其是串口号，需要一 一对应，如果对应不正确，即使通信正常软件业无法解析数据，最后显示数据缺测和通信失败。串口对应规则参照驱动安装方法中的描述。查看串口服务器是否在局域网内。 在计算机端ping 串口服务器的IP地址，默认为192.168.10.10，如果无法ping通，说明串口服务器和计算机不在一个网段内，需要确认计算机和串口服务器的IP地址，保证两个IP地址在同一网段内。更改串口服务器IP地址参照驱动程序安装操作方法，计算机的IP地址可以询问气象局的网管。检查观测场内设备和串口服务器之间的光纤是否交叉连接，即两个串口光纤转换器