基于NPORT的地面綜合氣象觀測系統通信測試方法及故障處理

匡昌武，陳卿才，高 濤，崔學林

(1.海南省氣象探測中心，海口 570203；2.海南省南海氣象防災減災重點實驗室，海口 570203)

0 引言

隨著氣象探測技術的不斷進步和地面觀測設備自動化程度的不斷提高，前向散射能見度儀、降水現象儀、輻射觀測系統和日照觀測儀等各種新型觀測設備也已廣泛應用于地面綜合氣象觀測系統，這些智能化設備均采用RS-232/RS-485進行通信。新型自動氣象站主采集器接入溫度、濕度、氣壓、雨量、地溫、蒸發、風向、風速等常規氣象觀測要素，通過增加串口服務器集成新型自動氣象站、前向散射能見度儀、降水現象儀、輻射觀測系統和日照觀測儀等多種自動化觀測設備。

地面綜合氣象觀測系統通過增加串口服務器來集成各類自動化觀測設備，綜合集成硬件控制器的核心部件就是串口服務器。王瑋、呂抒航[1，2]等分析了綜合集成硬件控制器在DZZ5新型自動氣象站中的應用；劉語嫣[3]等介紹了氣象觀測綜合集成控制系統硬件設計；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。國內文獻多為研究分析DPZ1綜合集成硬件控制器自動氣象站的常見故障和維修方法，缺少ZQZ-PT1 通信轉換器排查通信系統故障方法的研究。文章以NPORT串口服務器的ZQZ-PT1 通信轉換器為主線分析地面綜合氣象觀測系統通信部分的組成和數據傳輸流程，總結了通信設備和關鍵節點的故障測試方法，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構成

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

1.1 數據傳輸流程

終端計算機將數據采集命令發送至虛擬串口，通過網絡發送至串口服務器，根據虛擬串口找到真正的串口，串口服務器將數據進行數據協議轉換并傳送至相關數據采集器，采集器收到采集指令采集數據，將數據通過串口通信傳送至串口服務器，串口服務器將接收到的數據進行封裝轉化成TCP/IP協議格式的數據流返回終端計算機。

1.2 串口服務器

MOXA的NPORT 5650-8-DT串口服務器提供8個RS-232/422/485三合一串口，可以保證8個設備同時通信，滿足現有的自動化設備接入需求；串口服務器通過虛擬串口軟件在終端計算機上虛擬8個串口，虛擬串口和串口服務器端的物理串口一一對應，相當于在計算機上添加了8個串口。完成串口服務器虛擬串口映射，通信鏈路連接正常后，可以根據指示燈的狀態判斷串口服務器和通信鏈路是否正常，串口服務器狀態指示燈見表1。

表1 串口服務器狀態指示燈

1.3 串口光電轉換器

ZQZ-PT1通信轉換器內部安裝有8個串口光電轉換器模塊，模塊一端與串口服務器的8個串口相連，另一端通過光纖與觀測設備內部的串口光電轉換器相連，實現了RS-232電信號與光信號的相互轉換，兩端的串口光纖轉換器保證了觀測設備和通信轉換器之間可以使用光纖通信。

1.4 光纖交換機

在終端計算機端配備1個光纖通信盒，用于 ZQZ-PT1 通信轉換器與終端計算機之間的光電轉換。光纖通信盒內置4口的光纖交換機，與 ZQZ-PT1 通信轉換器內部的光纖交換機型號相同，可以把備份計算機也接入交換機，在終端計算機出現故障時快速替換，也可在數據缺測時遠程診斷故障。

1.5 串口服務器通信端口監控

MOXA的NPORT 5650-8-DT串口服務器提供Web，telnet console進行設置和訪問服務功能，在瀏覽器中輸入串口服務器IP地址，就可以對串口服務器進行相關配置，包括監控串口工作狀態、遠程故障診斷和網絡安全管理等功能。

2 通信設備測試方法

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光的衰耗是否達標。最簡單的方法是利用手機的手電筒或激光筆對準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的光纖指示燈狀態判斷其是否正常[9-11]。

2.2 串口服務器測試方法

根據表1查看串口服務器的指示燈是否正常，用網線將筆記本電腦與串口服務器連接，在IE瀏覽器輸入串口服務器IP地址就可以看到串口服務器的工作狀態。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狀態，依次測量串口服務器各物理端口，從而判斷串口服務器是否正常。

2.3 串口光電轉換器測試方法

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

2.4 關鍵測試點

以ZQZ-PT1通信轉換器與新型自動氣象站的測試為例，在ZQZ-PT1通信轉換器內完成對通信鏈路和設備的測試。

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

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

3)在測試點2和串口光電轉換器正常的情況下，在數據采集設備的機箱處用尾纖短接ST接口，即短接測試點2，通過串口軟件收發狀態可判斷光纖到測試點2是否正常；

4)在測試點2，數據采集設備的機箱里將串口光電轉換器串口的Tx、Rx用電線短接，即短接測試點3，可判斷從測試點2到數據采集設備機箱里串口光電轉換器的數據通信鏈路是否正常；

5)在測試點2，通過串口軟件讀取連接在通信鏈路上的觀測設備數據，可判斷觀測設備是否發生故障。在串口服務器到室內設備都正常的情況下，在終端計算機可實現對通信鏈路的遠程診斷。

3 通信部分常見故障及處理

可以按通信鏈路的設備測試故障，分為串口服務器、串口光電轉換器、光纖交換機和光纖等；也可以按掛接在串口服務器的觀測設備劃分。故障處理按以下兩類故障劃分：1)單串口觀測設備數據缺測，即新型自動站、輻射觀測儀、降水現象儀、日照觀測儀等觀測設備的其中一項觀測數據缺測；2)全部數據缺測，即掛接在串口服務器上的所有觀測設備數據缺測。

3.1 單串口觀測設備數據缺測故障處理流程

以新型自動氣象站設備數據缺測為例分析單串口觀測數據缺測，其他串口上的觀測項目數據正常。因其他觀測設備數據正常，可判斷ZQZ-PT1通信轉換器的串口服務器、光纖交換機、主光纖正常。則故障原因可能為：地面綜合觀測業務軟件(ISOS)參數配置錯誤；虛擬串口軟件串口配置錯誤；串口服務器的Port1串口故障；接入新型自動氣象站設備的光纖故障。可按照以下步驟進行故障排查：

1)打開ISOS軟件，檢查掛載該觀測設備的參數是否正常；

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

3)檢查串口服務器Port1端口相應的InUse指示燈是否正常，測試新型自動氣象站對應串口服務器的物理串口Port1和串口光纖轉換器；

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

3.2 全部觀測設備數據缺測故障處理流程

全部數據缺測即掛接在串口服務器上的所有觀測設備均發生數據缺測，故障原因可能為：計算機網卡故障或IP地址沖突；虛擬串口軟件運行異常；光纖交換機故障；主光纖故障；串口服務器故障。可按照以下步驟進行檢查：

1)檢查終端業務計算機的網卡和IP地址是否正常，網卡通過網線與交換機連接，燈亮則正常，或打開備份計算機的ISOS軟件查看數據采集是否正常；

2)打開串口調試軟件，選擇相應的串口號及串口參數后，向觀測設備發送數據采集指令，若有觀測數據并在串口服務器的監控網頁中看到串口收發正常，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，則需要重裝驅動軟件，然后配置虛擬串口，修改ISOS軟件相關串口號及配置參數；

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

①不能登錄串口服務器

首先檢查網卡和交換機是否正常，計算機的IP地址要和串口服務器的IP地址在同一網段；

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

最后檢查ZQZ-PT1通信轉換器是否正常：查看ZQZ-PT1通信轉換器的串口服務器和交換機的狀態指示燈是否正常。串口服務器出現故障的幾率比較大，斷電重啟串口服務器，觀察 PWR、Ready、Link、InUse 等指示燈，若指示燈不正常，則復位串口服務器，將串口服務器的RJ45端口通過網線接到筆記本電腦上，運行NPORT Administrator軟件進行虛擬端口映射并配置串口服務器IP地址，打開串口調試軟件，選擇相應的串口號及串口參數后，向觀測設備發送數據采集指令，若有觀測數據則串口服務器正常，若沒有接收到數據，則串口服務器損壞，更換串口服務器。

②可以登錄串口服務器

在終端計算機查看串口服務器的狀態監控網頁判斷串口是否正常，查看串口服務器的狀態指示燈是否正常。斷電重啟串口服務器，觀察 PWR、Ready、Link、InUse 等指示燈，若1個或多個指示燈不亮則復位串口服務器，重新配置業務計算機的虛擬串口和串口服務器的IP地址，使串口服務器正常；也可以參照串口服務器測試方法進行測試。

4 結束語

文章系統分析了地面氣象綜合觀測系統通信部分關鍵設備和關鍵節點的故障測試方法，利用串口軟件自發自收的方法逐步排除故障。詳細分析了單串口觀測設備數據缺測和全部觀測設備數據缺測的故障處理流程，技術人員依據地面綜合氣象觀測系統通信部分的故障處理方法，可縮短故障排查時間。

基于MOXA的NPORT 5650-8-DT串口服務器的地面氣象綜合觀測系統，使用光纖通信進行數據傳輸可以很好地避免電磁干擾等意外情況發生，提高了觀測系統的可擴展性、穩定性和可靠性。接入光纖交換機的計算機只需映射虛擬串口并安裝ISOS軟件，即可實現地面氣象綜合觀測系統數據采集的多機備份，同時通過串口服務器的Web訪問功能可實現觀測設備的遠程故障診斷，從而快速識別故障原因。