自動氣象站常見故障及其處理方法經(jīng)驗

黃龍斐

摘 要 在實際工作中，由于自動站更新快，各種人為和環(huán)境因素造成自動站故障頻發(fā)，嚴(yán)重影響了阿壩州氣象數(shù)據(jù)的正常采集與傳輸?；诖耍Y(jié)合自動站各系統(tǒng)的原理，通過對自動站常見故障的修復(fù)經(jīng)驗的分析提煉，總結(jié)出了一診、二查、三排除和排除法、比較法、就近法相結(jié)合的自動站故障排除處理方法，有效提高了阿壩州常規(guī)自動站的故障修復(fù)效率。以下總結(jié)的一些經(jīng)驗供同行交流探討。

關(guān)鍵詞 CAWS600型自動站；傳感器；流程圖；故障分析

中圖分類號：P415.12 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：1673-890X（2015）30--04

1 概述

目前，阿壩州常規(guī)測報使用的是CAWS600型自動氣象站，主要由傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、主控微機(jī)和通訊接口等部分組成。CAWS600型自動站室外部分有：溫度、濕度、氣壓（采集器機(jī)箱內(nèi)）、地溫、風(fēng)向風(fēng)速、雨量、輻射和蒸發(fā)等傳感器，供電系統(tǒng)和CAWS600數(shù)據(jù)采集器及前置機(jī)。室內(nèi)部分主要有：主機(jī)、打印機(jī)和UPS不間斷電源等。自動站的數(shù)據(jù)采集工作是通過微處理器進(jìn)行實時控制和采集處理實現(xiàn)的[1]。各傳感器的感應(yīng)元件隨著氣象要素的變化，使相應(yīng)傳感器輸出的電量產(chǎn)生變化，這種變化由數(shù)據(jù)采集器所采集，并進(jìn)行線性化和定標(biāo)處理，既可通過模數(shù)轉(zhuǎn)換實現(xiàn)工程量到要素量的轉(zhuǎn)換，再對數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，獲取各個氣象要素值，并按一定的格式存儲在采集器中，也可通過標(biāo)準(zhǔn)RS232通信口傳送到主控微機(jī)中，并實時顯示[2]。

2 常見故障分析與處理

為了便于分析故障，把自動站常見故障分為2種類型。故障類型1：無數(shù)據(jù)采集型（表現(xiàn)為數(shù)據(jù)全無或者間斷性無法采集到數(shù)據(jù)）。故障類型2：數(shù)據(jù)異常軟故障型（表現(xiàn)為傳感器或采集器工作異常，時斷時續(xù)或者不完整）。

2.1 電源系統(tǒng)故障分析

2.1.1 電源系統(tǒng)原理

自動站采集器電源是直接從2節(jié)蓄電池獲取供電的，可以使電源干擾大為降低。通電時，先開直流開關(guān)，再開空氣開關(guān)；斷電時，先關(guān)空氣開關(guān)，再關(guān)直流開關(guān)。在交流電斷電的情況下，蓄電池可以給采集器供電2～3 d。開啟電壓12.3 V開始輸出（工作），關(guān)閉電壓11.9 V，關(guān)閉輸出開始充電12.7 V，停止充電14.7 V。

2.1.2 電源系統(tǒng)常見故障及分析處理

常見的電源系統(tǒng)故障類型1和故障類型2。故障類型1診斷處理方法：首先查看位于輸出線上的輸出保險管是否正常，然后查看連接線路情況，查看空氣開關(guān)是否打開，電源變換器是否正常，若打開電源開關(guān)指示燈不亮一般為供電系統(tǒng)12 V電源未供上（需要檢查時，最好關(guān)閉開關(guān)、斷開交流電源線，再順序檢查輸入、控制、輸出等）。故障類型2診斷處理方法：首先檢查保險管，電源輸出過低或過高，均會導(dǎo)致數(shù)據(jù)異常。

2.1.3 典型事例分析

事例1：某站計算機(jī)軟件多次間斷性地出現(xiàn)無任何數(shù)據(jù)的情況，之后幾分鐘能從采集器上卸載數(shù)據(jù)。

診斷處理方法。一診：本例不難判斷出故障屬于故障類型1，故障應(yīng)該是在采集器到計算機(jī)之間。二查：進(jìn)行分段按流程檢查、檢測，先檢查采集器、計算機(jī)和各傳感器，然后檢查電源。三排除：根據(jù)檢查結(jié)果排除故障范圍，本例最終發(fā)現(xiàn)指示燈時亮?xí)r不亮?xí)r，12 V供電偏低，不足11 V，更換DY-01問題即解決。這個實例也是電源影響采集器的常見故障之一。

事例2：某站出現(xiàn)多次間斷性無數(shù)據(jù)。

診斷處理方法如下。一診：故障出在哪一部位，本例同上屬于故障類型1。二查：按流程排查，采集器傳感器和電源均正常，而采集器間斷性地出現(xiàn)重啟或者關(guān)閉狀態(tài)，此時檢查電源接頭發(fā)現(xiàn)接頭松動，造成接觸不良。三排除：發(fā)現(xiàn)接頭松動接著排除其他故障原因，接好接頭數(shù)據(jù)恢復(fù)正常。這也是阿壩州自動站常見故障之一。

2.1.4 電源系統(tǒng)檢查流程

電源系統(tǒng)故障排查流程見圖1。

2.2 通訊系統(tǒng)故障分析

2.2.1 通訊系統(tǒng)工作原理

CAWS-QJ01通訊預(yù)處理單元通過RS-232C標(biāo)準(zhǔn)串行通訊口與主機(jī)和采集單元通訊。根據(jù)主控機(jī)的要求把預(yù)處理后的數(shù)據(jù)傳到主機(jī)，為功能強(qiáng)大的主控機(jī)后處理提供可靠的保證。

2.2.2 通訊系統(tǒng)常見故障及分析處理

常見的通信系統(tǒng)故障大部分屬于故障類型1。電源正常，無法采集到數(shù)據(jù)，常見通訊電纜接頭接觸不良，主要是接頭處松動、通訊口和采集器芯片損壞以及時鐘不準(zhǔn)所造成。

2.2.3 事例分析

事例1：某站電源正常，但是沒有數(shù)據(jù)。

診斷處理方法如下。一診：先判斷故障屬于故障類型1。二查：檢查確定傳感器采集器和電源均正常，故障集中在通信線路上，且線路接頭都沒有問題。三排除：最后檢查線路發(fā)現(xiàn)通訊線被老鼠咬斷所致。

事例2：某站自動站軟件上所有數(shù)據(jù)都沒有，重新啟動軟件，每次運行到30%時即不再運行。

診斷處理方法如下。一診：首先診斷故障屬于故障類型1。二查：檢查采集器是否正常，燈是否3 s一閃，然后檢查通訊線路。如果是采集器沒有問題，應(yīng)當(dāng)去掉串口隔離器。三排除：如去掉窗口隔離器后軟件恢復(fù)正常，則排除其他環(huán)節(jié)確定是串口隔離器的問題，更換串口隔離器；如果仍未恢復(fù)正常，則排除其他環(huán)節(jié)確定是電腦串口的問題，更換電腦串口。本例是阿壩州許多自動站多發(fā)故障之一。其主要原因是接口受雷擊或者降水影響造成，建議廠家提高接口質(zhì)量并注意定期檢查保養(yǎng)。

2.2.4 通訊系統(tǒng)故障排查流程

通信系統(tǒng)故障排查流程見圖2。

2.3 單要素和傳感器故障分析

2.3.1 單要素基本組成

溫濕傳感器：溫濕傳感器同時測量空氣溫度和相對濕度。氣壓傳感器：PTB220是完全補(bǔ)償?shù)臄?shù)字氣壓表，具有較寬的工作溫度和氣壓測量范圍。雨量傳感器：SL3-1雨量傳感器用來測量地面降雨量。風(fēng)速傳感器：EL15-2C是紅外切割產(chǎn)生脈沖信號的傳感器。風(fēng)向傳感器：EL15-2E是低啟動風(fēng)速的光電風(fēng)向傳感器。蒸發(fā)傳感器：AG1-2蒸發(fā)傳感器由超聲波傳感器和不銹鋼圓筒架組成。地溫傳感器：測量原理是鉑導(dǎo)體電阻值隨溫度升高而增加的特性。

2.3.2 單要素和傳感器常見故障及分析處理

常見的各要素故障類型1和故障類型2。

（1）溫度故障類型1和故障類型2。診斷處理方法：取下溫度傳感器在防雷板上的插頭（防雷板1～4號線），用萬用表電阻200 Ω檔量取，測量溫度傳感器標(biāo)號1、2端之間的電阻值是否在1～8 Ω，3、4端之間的電阻值是否也在1～8 Ω（內(nèi)阻R內(nèi)），1、3或者2、4端之間的電阻值是否在80～120 Ω（外阻R）。若以上測量中，有一項指標(biāo)超出范圍，應(yīng)在百葉箱內(nèi)傳感器與接線的接頭處繼續(xù)測量。如果以上測量均不能滿足要求，則應(yīng)更換溫度傳感器。

溫度計算公式：T=（R-R內(nèi)-100）/0.385

（2）濕度故障類型1和故障類型2。診斷處理方法：用萬用表電壓20 VDC檔測量，防雷板6、7腳之間電壓應(yīng)為12VDC左右。取下濕度傳感器在防雷板上的插頭（防雷板5號線），注意該插頭不要與其他插頭短路，用萬用表電壓20 VDC檔測量，濕度傳感器信號插頭第5腳與防雷板第7腳之間的電壓應(yīng)為0～1 VDC（V），相對應(yīng)的相對濕度為100%RH。若測量中，指標(biāo)超出范圍，則應(yīng)在百葉箱內(nèi)傳感器與接線的接頭處繼續(xù)測量。如果以上測量均不能滿足要求，則應(yīng)更換濕度傳感器。

濕度計算公式：H=V*100%

（3）氣壓故障類型1和故障類型2。診斷處理方法：用萬用表電壓20VDC檔量取氣壓傳感器信號端，對CAWS600-B型機(jī)，接在DT50模擬通道3+、3-端口之間電壓應(yīng)為0～2.5VDC（V）。取下氣壓傳感器接頭，用萬用表電壓20 VDC檔測量氣壓傳感器接頭供電，第7腳與第9腳之間的電壓應(yīng)為12 VDC左右。如果以上測量均不能滿足要求，更換氣壓傳感器。

氣壓計算公式：P=（1200/5）V+500

（4）雨量故障類型1和故障類型2。診斷處理方法：用量杯量取10 mL水緩慢注入雨量筒承水器，察看顯示值是否為15.6 mm降雨量，直接用手翻動計數(shù)翻斗，用萬用表電阻導(dǎo)通檔量取輸出信號，導(dǎo)通次數(shù)與反動次數(shù)是否一致，否則更換干簧管。

（5）風(fēng)速故障類型1和故障類型2。診斷處理方法：用萬用表電阻20 VDC電壓檔量取，防雷板標(biāo)號15端與16端之間的電壓值是否在12 V左右，逐級量值至橫臂接線盒處，用萬用表電阻20 VDC電壓檔量取，防雷板標(biāo)號14端與16端之間的電壓值是否在6 V左右（V），逐級量值至橫臂接線盒處。如果以上測量均不能滿足要求，則應(yīng)更換風(fēng)速傳感器。

風(fēng)速計算公式：S=75/11.5*V

（6）風(fēng)向故障類型1和故障類型2。診斷處理方法：用萬用表電阻20 VDC電壓檔量?。悍览装鍢?biāo)號15端與16端之間的電壓值是否在12 V左右，逐級量值至橫臂接線盒處，用萬用表電阻20 VDC電壓檔量取，防雷板標(biāo)號17端與16端之間的電壓值是否在0～2.5 V（V），逐級量值至橫臂接線盒處。如果以上測量均不能滿足要求，則應(yīng)更換風(fēng)向傳感器。

風(fēng)向計算公式：D=360/2.5*V

（7）蒸發(fā)故障類型1和故障類型2。診斷處理方法：用萬用表電流200 mA檔量取，蒸發(fā)信號線（防雷板第26腳）的電流應(yīng)為4～20 mA，或用萬用表電流20 V檔量取，蒸發(fā)信號線（防雷板第26腳）與地（防雷板第28腳）之間的電壓應(yīng)為0.3～2.1 V。用萬用表電流20 V檔量取蒸發(fā)傳感器供電是否為12 VDC左右。如果以上檢查中任意一項不滿足要求，應(yīng)更換蒸發(fā)傳感器。

（8）地溫故障類型1。診斷處理方法：這種情況很有可能是地溫變送器電路板故障所致，檢查時可將地溫傳感器信號插頭取下（防雷板18～21端口），并將空氣溫度傳感器插頭（防雷板1～4端口）取下，插入地溫傳感器插座內(nèi)。地溫故障類型2。診斷處理方法：這種情況可能是地溫變送器受到干擾造成的。也有可能是該傳感器位于CAWS-BS01地溫變送器的接線端松動，請檢查并擰固。還有一種可能是人工觀測與儀器測量的對象畢竟不是同一個對象，一般來說地溫場的恒定是一個長期的過程，土壤松緊程度及土質(zhì)等因素對其都會有一定的影響，這是最常見的一種情況。如果傳感器本身不穩(wěn)定或者各級連接線接觸不良也會測量超差，所以請仔細(xì)觀察一下它的波動范圍，如果連續(xù)的一段過程上下波動比較大，有可能就是這個原因引起的。

2.3.3 典型事例分析

事例1：某站出現(xiàn)地溫5 cm缺測，其他地溫全部正常。

診斷處理方法如下。一診：先判斷是故障類型1。二查：檢查電源通訊一切正常，地溫變送器也沒有問題，這時將地溫變送器上5 cm地溫和10 cm地溫的4根數(shù)據(jù)線互換發(fā)現(xiàn)，此時5 cm地溫出現(xiàn)數(shù)值和前面10 cm一樣，而10 cm缺測。三排除：通過此法可以判斷出5 cm地溫傳感器需要更換。本例歸納為比較法：利用地溫傳感器原理相同進(jìn)行互換，不需要按照常規(guī)的檢測方法去檢查傳感器，節(jié)約成本找出故障傳感器的問題，從而達(dá)到排除故障目的。

事例2：某站持續(xù)大風(fēng)，最大風(fēng)速26 m/s，風(fēng)向、風(fēng)速突然均不正常，風(fēng)向239°，風(fēng)速0.0 m/s。

診斷處理方法如下。一診：先判斷是故障類型2。二查：因考慮到可能是風(fēng)大原因引起風(fēng)向、風(fēng)速不正常，應(yīng)該是室外儀器故障，并且判斷應(yīng)該不是風(fēng)向、風(fēng)速傳感器問題，因為二者同時出現(xiàn)故障可能性較低，故推斷為風(fēng)電纜故障。三排除：放下風(fēng)桿，重新拔插10芯電纜插頭，排除故障，風(fēng)正常，說明插頭故障。這種單個要素通過經(jīng)驗就近排除的方法可以不用死板的應(yīng)用檢查流程從電源系統(tǒng)，通訊系統(tǒng)等一一排除的方法來查找故障，這樣在實際操作中更節(jié)約時間和資源。本例歸納為就近法。

2.3.4 單要素檢查流程

以地溫為例的歸納檢查流程見圖3。

3 小結(jié)

目前，全州要求基本基準(zhǔn)站雙套站平穩(wěn)運行，一般站正處于CAWS600型過渡到DZZ5新型自動站的關(guān)鍵時候，所以CAWS600型自動站的故障排除和維護(hù)維修成為我們的必修課。本文針對自動站的原理、傳感器的原理，結(jié)合日常工作歸納出以下幾點經(jīng)驗：排查故障首先要通過故障現(xiàn)象確定故障是哪一類型，本文將其概括為故障型類1、故障類型2；本文結(jié)合工作經(jīng)驗總結(jié)出了一診、二查、三排除的方法，不斷縮小故障范圍，具有較強(qiáng)的實用性；排查故障流程圖是必不可少的工具；在檢查測試過程中總結(jié)出了排除法、比較法、就近法三種簡單的方法，其中比較法和就近法適用于特殊情況的單個要素出現(xiàn)的故障排查。

參考文獻(xiàn)

[1]甘肅省氣象局.CAWS600型自動氣象站硬件原理及維護(hù)維修技術(shù)培訓(xùn)教材[S].2007.

[2]王國華，高建英，單欣慰，等.淺談CAWS600-B型自動氣象站的日常維護(hù)[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2011（10）.

（責(zé)任編輯：劉昀）