综合集成硬件控制器及其故障处理方法分析

胡玲 韩波 朱保美

摘 要：2020年4月1日起，山东省地面气象观测自动化改革正式实现业务运行，自动化观测能力显著提升。随着新型自动化观测设备的增加，主采集器已没有足够接口直接挂接，而DPZ1型综合集成硬件控制器的投入使用解决了由于设备增加、线路繁多而无法直接挂接问题。本文详细介绍了DPZ1型综合集成硬件控制器系统的组成和工作原理，并以庆云国家气象观测站一次DPZ1型综合集成硬件控制器故障解决过程为例，介绍故障排查方法，探讨DPZ1型综合集成硬件控制器故障处理的流程和方法，有效地提升气象工作人员对故障的分析处理能力和应急响应能力。

关键词：综合集成硬件控制器;系统组成;工作原理;故障分析;排查方法

中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）32-0140-03

Abstract： Starting from April 1， 2020， the automatic reform of surface meteorological observation in Shandong Province has officially realized business operation， and the ability of automatic observation has been significantly improved. With the increase of new automatic observation equipment， the main collector has not enough interfaces to directly connect， and the use of the DPZ1 comprehensive integrated hardware controller solves the problem of being unable to directly connect due to the increase in equipment and numerous lines. This paper introduced the composition and working principle of the DPZ1 integrated hardware controller system in detail， and took the process of solving the failure of the DPZ1 integrated hardware controller at Qingyun National Meteorological Observatory as an example to introduce the troubleshooting methods， and discussed the process and method of DPZ1 comprehensive integrated hardware controller failure processing， so as to effectively improve the analysis and processing capabilities of meteorological personnel and emergency response capabilities.

Keywords： comprehensive integrated hardware controller;system composition;working principle;failure analysis;troubleshooting method

當前，山东省地面气象观测自动化改革已经正式实现业务运行，地面气象观测业务已基本实现自动化。自动化观测设备增多，线路越来越多，主采集器已无法直接接入，而DPZ1型综合集成硬件控制器可以把天气现象仪、日照传感器、天脸等新型设备灵活地接入和配置，为更多的自动气象观测设备投入业务使用提供条件[1-2]。

庆云国家气象观测站于2017年正式使用DPZ1综合集成硬件控制器，本文通过本站的一次故障探究DPZ1型综合集成硬件控制器故障处理流程和方法，为设备的维护、故障排查提供参考，旨在提高基层综合气象业务人员的应急保障能力。

1 DPZ1型综合集成硬件控制器特点

一是集成度高。将多串口通信、信号转换、光电隔离、数据转换和光电转换（光猫）等功能高度集成在一起，设备安装方便，连接简单。二是通信方式设置灵活。具有8路可插拔RS-232/485/422接口模块，用户可根据实际需求灵活设置每路接口的通信方式。三是支持数据转换功能。可根据台站非数据字典格式的设备开发数据转换模块，完成观测设备固定数据格式到数据字典格式的转换，以便设备快速接入ISOS软件。四是高可靠性。采用军工级的元器件筛选及生产工艺，保证仪器稳定运行。

2 DPZ1型综合集成硬件控制器的作用

DPZ1型综合硬件集成控制器高度集成多串口通信、信号转换、光电隔离、数据转换和光电转换（光猫）等功能模块，通过光纤将采用不同通信方式的多个设备数据进行远距离传输，有效解决了气象业务台站原有观测系统“四多”和“四低”的实际问题，满足业务发展的要求。

3 硬件部分

3.1 综合集成硬件控制器的基本组成

硬件部分之间通过光纤连接，进行数据传输，如图1所示。通信控制模块主要实现设备接入、核心控制和光电转换3个功能。DPZ1型综合集成硬件控制器接口及面板指示灯说明如图2、图3所示所示。

DPZ1型综合集成硬件控制器的通信接口由8个可插拔RS-232/485/422接口、4个RJ45接口、一组ST光纤收发接口、2个USB母口和1个SD卡插槽（主要用户存储数据）组成。其拥有2个电源指示灯，7个状态指示灯，8个RS-232/485/422接口通信指示灯，两组ST光纤收发接口通信指示灯（通信控制模块和光电转换模块）。另外，其拥有两个按键，即系统复位按键和恢复出厂设置按键。内部集成了光纤接口，室内配备以太网光纤转换器实现100Base-TX（RJ45）和100Base-FX（光纤信号）的转换。同时，其还配有防雷措施，内部采用光电隔离和浪涌保护，可抑制电磁干扰。当正常工作时，指示灯处于常亮状态。

3.2 软件部分

3.2.1 软件组成软件包括驱动软件、服务软件和虚拟串口三个部分。DPZ1型综合集成硬件控制驱动软件SMOPORT，服务软件为nettocom及comtonet，软件实现对DPZ1型综合集成硬件控制器的配置、业务计算机虚拟串口的管理以及业务计算机虚拟串口与DPZ1型综合集成硬件控制器间的数据传输等。

3.2.2 软件安装设置方法。首先安装驱动程序，当安装成功后，将交换机和光电转换模块用网线连接，之后运行软件，输入默认的用户名和密码登录，输入IP地址并保持IP地址和设备处于同一个网段，之后进入后台就能修改密码和相关配置文件。

4 本站一次典型故障现象描述、解决过程及数据处理

4.1 故障现象

2019年5月16日11：00，庆云国家气象观测站业务软件运行次数已达万余次，值班员考虑采集次数过多，为清除缓存，重新启动计算机。11：08重启计算机后打开测报软件（ISOS），ISOS首页各项观测数据通信状态灯为红色（正常为绿色），全部气象要素数据显示缺测，显示采集失败。

4.2 故障解决过程

根据故障排除由简到难/逐个排除的原则，对故障进行以下处理[3-4]。

首先分析所有数据缺测，排除采集器故障可能，因直接挂接到串口服务器的日照、天气现象等数据同时缺测，而采集器故障不会影响直接挂接到串口服务器的日照、天气现象等数据。

排除主采故障后，怀疑是采集软件故障，检查ISOS软件正常，nettocom及comtonet服务开启，信号线路连接正确、软件设置正确、端口设置正常均与实际相符。再次重启计算机，仍所有数据缺测。因此，更换备份微机，仍全部缺测。将主站计算机更换到备份站后，数据显示正常，排除計算机及软件故障。

接着，经检查，室内通信转换模块供电正常，综合硬件集成控制器供电正常，重启综合集成硬件控制器后仍无数据。检查计算机与综合硬件控制器通信线路，可能是光纤线路造成的故障，对光纤进行打光测试后发现，光纤线路正常，此时确定故障点在综合硬件集成控制器。将笔记本电脑直接连到综合硬件集成控制器RJ45以太网输出口，有数据。判定为光电转换模块故障。

最后，因DPZ1型综合集成硬件控制器刚开始投入使用且价格较高，本站无备份，立即通过协调从邻近站借用一台综合硬件集成控制器，更换后，全部恢复正常。

4.3 数据处理

因此次故障只是DPZ1型综合集成硬件控制器故障，不影响各主采各要素以及日照采集器、天气现象等方面的存储功能，对缺测时段数据进行历史数据下载，补发更正后，全部数据入库正常，无缺测发生，对数据可用率无影响。

5 结论

虽然此次故障得到了有效解决，但有很多问题值得台站人员思考。当前，各台站要重视故障排除方法，熟悉设备组成和工作原理，做好对新上设备且价格昂贵的部分仪器的备份。在实际工作中，综合气象业务人员应详细了解DPZ1型综合集成硬件控制器的组成、工作原理及软件设置方法，结合相关文献材料分析故障，同时做好数据管理和备份工作，确保观测数据及时上传，提高台站装备保障能力，最终实现自身的顺利转型。

参考文献：

[1]白韧.一次自动气象站串口服务器故障处理过程的探讨[J].农业与技术，2019（16）：153-154.

[2]沈玉亮，方海涛，陆斌，等.DPZ1型综合集成硬件控制器系统组成及故障判断方法[J].气象水文海洋仪器，2017（2）：89-92.

[3]朱汉青，刘彬，范佳林，等.基于双套自动气象站运行的综合集成硬件控制器故障诊断分析[J].气象水文海洋仪器，2019（2）：101-102.

[4]华云升达（北京）气象科技有限责任公司.串口服务器培训手册[Z].2015.