新型區(qū)域自動(dòng)氣象站的故障判斷及處理

王飛

摘 要：區(qū)域自動(dòng)氣象站作為國家區(qū)域天氣觀測網(wǎng)的重要組成部分，對加強(qiáng)中小尺度天氣系統(tǒng)的研究、提高省市區(qū)域?yàn)?zāi)害性天氣監(jiān)測能力和防災(zāi)減災(zāi)氣象服務(wù)水平具有十分重要意義。本文對DZZ5新型區(qū)域自動(dòng)氣象站常見的故障及維修方法進(jìn)行深度剖析，希望能為廣大區(qū)域站保障人員提供參考，提高區(qū)域站維修效率。

關(guān)鍵詞：區(qū)域自動(dòng)氣象站;傳感器;故障;調(diào)試

Abstract： As an important part of the national regional weather observation network， the regional automatic station plays an important role in strengthening the research of small and medium scale weather system， improving the ability of regional disastrous weather monitoring and meteorological service level of disaster prevention and mitigation in our city. This paper analyzed the common faults and maintenance methods of DZZ5 new regional automatic station， hoping to provide reference for the support personnel of regional stations and improve the maintenance efficiency of regional stations.

Keywords： regional automatic weather station;sensor;fault;debugging

1 區(qū)域自動(dòng)氣象站的組成

DZZ5型區(qū)域自動(dòng)氣象站為河南地區(qū)的主流區(qū)域自動(dòng)氣象站，主要由采集器、GPRS通信系統(tǒng)、太陽能供電系統(tǒng)、防雷單元和氣象要素傳感器組成。氣象要素傳感器主要包括雨量傳感器、風(fēng)向傳感器、風(fēng)速傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器和氣壓傳感器。各類傳感器與采集器相連。采集器按程序設(shè)定收集、存儲(chǔ)、處理各氣象要素值，并通過GPRS通信系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)中心[1]。

2 常見故障分析及處理

2.1 供電系統(tǒng)故障

區(qū)域自動(dòng)氣象站供電系統(tǒng)主要由太能板、電源適配器和蓄電池組成。蓄電池充電不足和性能下降往往會(huì)造成部分站點(diǎn)白天數(shù)據(jù)傳輸正常，晚上無數(shù)據(jù)上傳[2]。北方的冬季日照時(shí)間短，如果遇到持續(xù)霧霾天氣，太陽能供電系統(tǒng)會(huì)受到一定影響。鉛酸蓄電池性能受溫度影響較大，冬季蓄電池性能嚴(yán)重下降。當(dāng)蓄電池電壓低于11 V時(shí)，電源適配器啟動(dòng)自我保護(hù)，自動(dòng)關(guān)閉負(fù)載電源輸出，從而造成采集器和通信模塊無電源輸入而關(guān)機(jī)。通過登錄河南省氣象局開發(fā)的“地面氣象觀測監(jiān)控管理平臺(tái)（SMOS）”，查詢該站點(diǎn)最后一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾妷?。如果電壓低?1 V，基本斷定為供電系統(tǒng)故障。維修人員需要帶萬用表、蓄電池、電源適配器等工具及備件到現(xiàn)場測量并更換故障部件。

2.2 通信卡故障

通信卡存在的主要故障是通信卡欠費(fèi)停機(jī)。對于此種故障，首先建議對每個(gè)站的SIM卡進(jìn)行備案登記。其次，若發(fā)現(xiàn)某站點(diǎn)無數(shù)據(jù)傳輸，撥打SIM卡運(yùn)營商客服電話，咨詢該站點(diǎn)SIM卡是否存在欠費(fèi)停機(jī)情況。例如，移動(dòng)SIM卡可以撥打10086客服查詢。如果存在欠費(fèi)停機(jī)情況，及時(shí)繳費(fèi)便可恢復(fù)數(shù)據(jù)傳輸。

2.3 GPRS信號(hào)、通信模塊故障

新鄉(xiāng)地區(qū)在用的DZZ5型區(qū)域自動(dòng)氣象站均采用GPRS進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通信模塊有TG04、HY-TG04（814）兩種型號(hào)，HY-TG04（814）支持4 G網(wǎng)絡(luò)通信。隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，4 G網(wǎng)絡(luò)已成為各大移動(dòng)通信運(yùn)營商的主流網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)各大移動(dòng)通信運(yùn)營商已逐步停止對2 G無線信號(hào)的維護(hù)，這就造成部分安裝2 G通信模塊的站點(diǎn)偶爾出現(xiàn)通信故障。排查和故障處理方法為：①排查天線及數(shù)據(jù)卡是否松動(dòng);②如果設(shè)備為2 G通信模塊，現(xiàn)場更換其他通信運(yùn)營商通信卡測試或者升級為4 G通信模塊;③設(shè)備為4 G通信模塊，首先確定SIM卡是否支持4 G網(wǎng)絡(luò)，如果支持4 G，將SIM卡取出安裝于手機(jī)，看是否能找到4 G網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。如果手機(jī)上網(wǎng)正常，則說明GPRS信號(hào)無異常，需要用筆記本及相關(guān)調(diào)試軟件對通信模塊進(jìn)行測試。例如，TG04、HY-TG04（814）通信模塊可以用“華云尚通本地維護(hù)管理軟件”核對配置參數(shù)，并查看通信狀態(tài)。如果配置信息無誤，通信仍無法附著網(wǎng)絡(luò)，則說明通信模塊故障，需更換通信模塊。

2.4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)故障

數(shù)據(jù)采集器是區(qū)域自動(dòng)氣象站的核心部分，DZZ5型區(qū)域自動(dòng)氣象站采用HY3000型數(shù)據(jù)采集器。對于采集系統(tǒng)故障的現(xiàn)場核查，維修人員需要攜帶筆記本（安裝有相關(guān)調(diào)試軟件）、雙母頭交叉調(diào)試線、USB轉(zhuǎn)串口線、萬用表等工具及備件。在核查過程中，要觀察采集器運(yùn)行指示燈是否亮，如果不亮，用萬用表判斷是否存在供電故障。如果供電正常，則需要排查采集器自身的故障。首先，在斷電情況下使用雙母頭交叉調(diào)試線及USB轉(zhuǎn)串口線將筆記本與采集器RS232-1口連接，并打開相關(guān)調(diào)試軟件，設(shè)置好對應(yīng)的串口參數(shù)，例如，HY3000采集器串口參數(shù)為（9 600，n，8，1）;然后給采集器加電，若采集器不能正常啟動(dòng)或者正常啟動(dòng)后輸入相關(guān)命令無返回或者返回錯(cuò)誤，則需要刷新采集器程序或者更換采集器。

2.5 防雷板故障

防雷板是采集器的防雷保護(hù)裝置。傳感器信號(hào)線進(jìn)入機(jī)箱經(jīng)防雷板轉(zhuǎn)接至采集器。防雷板可有效緩解傳感器遭受雷電襲擊時(shí)對采集器的損壞[3]。但是，當(dāng)雷擊或者防雷板元件老化時(shí)也會(huì)造成防雷板故障，從而使某一項(xiàng)或者幾項(xiàng)傳感器數(shù)據(jù)異常。防雷板故障排查及處理方法主要為：①跳過防雷通道將兩端接線直接連接，如果故障消失，則可確認(rèn)是防雷板故障;②如果確認(rèn)故障在防雷板，則檢查其各個(gè)通道分別有無對地短路或兩端開路現(xiàn)象，并檢查相鄰?fù)ǖ篱g有無短路現(xiàn)象;③如果確認(rèn)某個(gè)通道有問題，則將此通道連接的線纜移至空余通道，或者更換防雷板。

2.6 傳感器故障

傳感器故障主要指某個(gè)傳感器數(shù)據(jù)無法采集或者采集到的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)值差值較大。造成這些情況的原因大多為線路連接故障和傳感器老化。處理這類故障需要進(jìn)行現(xiàn)場測量，必要時(shí)更換傳感器。

2.6.1 雨量傳感器。雨量傳感器的主要故障為降水無雨量計(jì)數(shù)或者雨量偏小。故障處理措施為：①檢查雨量筒及傳感器是否堵塞，由于雨量傳感器位于野外，落葉、鳥糞、小蟲很容易堵塞雨量筒及雨量傳感器漏斗，若有堵塞，應(yīng)及時(shí)清理;②檢查雨量傳感器的干簧管是否損壞，用萬用表電阻檔測量干簧管兩端，翻轉(zhuǎn)一次翻斗，萬用表應(yīng)該有一個(gè)跳變，如果表針沒有變化，則說明干簧管已損壞，更換即可;③檢查雨量傳感器信號(hào)線是否破塤、采集器雨量接線端子是否松動(dòng)。在故障檢測及處理過程中也存在特殊情況，即萬用表測量干簧管跳變正常，雨量信號(hào)線也無斷路，采集器卻無法采集雨量。造成這種情況的原因在于干簧管老化、性能下降，干簧管吸合后，形成脈沖信號(hào)太弱，采集器無法正常感應(yīng)。此外，還要注意的是，對雨量傳感器維護(hù)、維修過程中，要注意將信號(hào)線接頭用膠帶包裹好，以免短路造成無效降水。

2.6.2 風(fēng)速、風(fēng)向傳感器。以DZZ5區(qū)域站安裝的EL15-1C風(fēng)速傳感器和EL15-2C風(fēng)向傳感器為例。第一，風(fēng)向或者風(fēng)速數(shù)據(jù)缺測。對此，查看傳感器信號(hào)線是否斷路及對應(yīng)采集器接線端子是否有松動(dòng)或者虛接;測量采集器給濕度傳感器供電是否正常，用萬用表測量采集器端對應(yīng)風(fēng)向、風(fēng)速傳感器供電線路接線端子與地電壓，正常電壓為5 V左右;測量風(fēng)速傳感器信號(hào)輸出是否正常，用萬用表測量信號(hào)線模輸出電壓，EL15-1C風(fēng)速傳感器正常值為2.5 V左右，風(fēng)向輸出信號(hào)類型：7位數(shù)字量（格雷碼）。第二，風(fēng)向、風(fēng)速與實(shí)際差值較大。風(fēng)向、風(fēng)速傳感器長期工作，軸承會(huì)出現(xiàn)磨損情況，表現(xiàn)為風(fēng)杯、風(fēng)向部分響應(yīng)靈敏度降低。由于現(xiàn)場校準(zhǔn)比較麻煩，所以建議在日常維護(hù)風(fēng)向、風(fēng)速時(shí)，直接更換備件。對換下的傳感器更換軸承或者送回處廠家維修并校準(zhǔn)。

2.6.3 溫度傳感器。區(qū)域站常用的溫度傳感器為Pt100鉑電阻傳感器，如圖1所示。溫度傳感器存在的故障及處理措施如下。第一，溫度數(shù)據(jù)缺測。首先查看溫度線及相應(yīng)的采集器接線端子是否有松動(dòng)或者虛接。如果沒有，則需要用萬用表測量溫度數(shù)據(jù)線是否有斷路，將萬用表調(diào)至通斷檔，分別用表筆測量信號(hào)線1腳與2腳和3腳與4腳，如果無蜂鳴說明線路斷路，需更換信號(hào)線。第二，監(jiān)測到的溫度與實(shí)際相差較大。對此，可以利用萬用表電阻檔測量1腳（或者2腳）與3腳（或者4腳）之間的電阻值[R1]，測量1腳與2腳（或者3腳與4腳）之間的電阻值[R2]。[R1]減去[R2]求得鉑電阻的電阻大小[R]，利用公式（1）算出測量時(shí)的溫度值，并與標(biāo)準(zhǔn)溫度對比，對溫度傳感器的狀況進(jìn)行初步判斷，若差別較大，則說明傳感器損壞，需更換溫度傳感器。

2.6.4 濕度傳感器。以常用的HYHMP-155型濕度傳感器（見圖2）為例。該傳感器出現(xiàn)的主要故障為溫度數(shù)據(jù)缺測。對此，首先要查看溫度信號(hào)線是否斷路及對應(yīng)采集器接線端子是否有松動(dòng)或者虛接;其次，測量采集器給濕度傳感器供電是否正常，用萬用表測量采集器端對應(yīng)濕度傳感器供電線路接線端子與地電壓，正常電壓為12 V左右;再次，測量濕度傳感器信號(hào)輸出是否正常，用萬用表測量信號(hào)線模擬輸出電壓，正常值為0～1 V。如果濕度值與標(biāo)準(zhǔn)值差值較大，說明濕度傳感器電子元件靈敏度故障，需更換傳感器。

2.6.5 氣壓傳感器。氣壓傳感器安裝于機(jī)箱內(nèi)部，相對受外界環(huán)境影響較小。氣壓缺測時(shí)檢查氣壓傳感器與采集器連接線路及供電是否正常。氣壓值異常時(shí)，檢查通氣孔內(nèi)是否被異物、灰塵堵住，保證通氣順暢。在日常維護(hù)過程中，也曾出現(xiàn)過更換氣壓傳感器后采集器無法正常讀取氣壓數(shù)據(jù)的情況。這主要是由氣壓傳感器串口參數(shù)和采集器端通信串口參數(shù)不一致造成的。新型DZZ5區(qū)域自動(dòng)氣象站采集器默認(rèn)氣壓通信串口參數(shù)為（9600，n，8，1），而有些氣壓傳感器出廠時(shí)參數(shù)并非如此。例如，筆者在實(shí)際工作中就遇到串口參數(shù)為（9600，E，7，1）的氣壓傳感器。這就需要用氣壓配置軟件PTB210-wizard對氣壓傳感器串口參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)置，然后再接入采集器。因此，當(dāng)需要更換氣壓傳感器時(shí)，首先要確認(rèn)氣壓傳感器備件的串口參數(shù)。

3 結(jié)語

區(qū)域自動(dòng)氣象站作為氣象觀測體系的重要組成部分，在全國范圍內(nèi)已得到廣泛建設(shè)和應(yīng)用。隨之而來的維護(hù)、維修工作也日益繁重。作為區(qū)域站保障維護(hù)人員，掌握科學(xué)的故障判斷及處理方法就顯得尤為重要。筆者結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)對區(qū)域自動(dòng)氣象站保障工作中遇到的故障進(jìn)行概括總結(jié)，并提出故障處理措施，希望能為廣大區(qū)域自動(dòng)氣象站保障人員提供參考，提高區(qū)域自動(dòng)氣象站保障能力和傳輸及時(shí)率。

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