DZZ5新型自動氣象站故障實例分析*

江雪婧 ， 張 琪 ， 孫美麗

（1.江西信息應(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)院氣象系，江西 南昌 330031；2.廣東省清遠(yuǎn)市氣象局，廣東 清遠(yuǎn) 511510）

提高防災(zāi)減災(zāi)能力，做好應(yīng)對氣候變化工作，是黨和政府對氣象部門的根本要求，也是氣象工作者的重要責(zé)任。而地面新型自動氣象站提供的準(zhǔn)確、可靠的觀測數(shù)據(jù)，是提高預(yù)報預(yù)測準(zhǔn)確率和氣象防災(zāi)減災(zāi)服務(wù)能力的重要保證。因此，確保自動氣象站的穩(wěn)定運行成為地面氣象觀測工作的重中之重，這就需要裝備保障人員熟練掌握自動氣象站的故障排查和處理技術(shù)。課題組通過分析江西信息應(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)院觀測場DZZ5新型自動氣象站在運行中出現(xiàn)的故障實例，來闡述設(shè)備的信號檢測及故障處理流程，以期為氣象裝備保障人員實際工作提供參考[1]。

1 新型自動氣象站結(jié)構(gòu)及故障處理流程介紹

新型自動氣象站主要包括傳感器、采集器、綜合集成硬件控制器、通信接口、系統(tǒng)電源和業(yè)務(wù)終端等。采集器包括一個主采集器和若干分采集器，主采集器是自動氣象站的核心，完成基本氣象要素傳感器和各個分采集器的數(shù)據(jù)采樣，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、存儲及傳輸。分采集器負(fù)責(zé)所接入傳感器對應(yīng)氣象要素的測量，將獲得的采樣數(shù)據(jù)通過總線發(fā)送給主采集器。綜合集成硬件控制器實現(xiàn)多觀測設(shè)備通過一根光纖與業(yè)務(wù)終端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，具有數(shù)據(jù)透明傳輸功能和數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換功能[2]。

線路連接為傳感器的輸出直接接入主采集器或接入分采集器，分采集器通過CAN總線接入主采集器，主采集器通過RS232接口接入綜合集成硬件控制器，轉(zhuǎn)換為光纖信號，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后通過網(wǎng)線接入業(yè)務(wù)機。從傳感器到業(yè)務(wù)機，任何一個設(shè)備、一根傳輸線出現(xiàn)故障，都會導(dǎo)致自動觀測數(shù)據(jù)無法正常采集。

經(jīng)總結(jié)，故障一般分為所有觀測要素數(shù)據(jù)異常、某一類觀測要素數(shù)據(jù)異常以及某一項觀測要素數(shù)據(jù)異常。對于不同類型的故障有著不同的處理流程，對應(yīng)的判斷流程如圖1所示。

圖1 新型自動氣象站故障處理步驟

2 故障實例分析

課題組挑選了3種典型性故障進(jìn)行分析，分別對應(yīng)圖1中的所有觀測要素數(shù)據(jù)異常的情況、某一類觀測要素數(shù)據(jù)異常的情況以及某一項觀測要素數(shù)據(jù)異常的情況。

2.1 故障實例1：所有要素異常故障實例分析

值班員發(fā)現(xiàn)ISOS軟件觀測界面所有觀測要素均缺測，一般如果是單個要素出現(xiàn)故障，則多為傳感器故障，但是所有傳感器同時出現(xiàn)故障的概率極低，所以不考慮是傳感器故障。根據(jù)自動站的線路連接情況進(jìn)行分析，所有觀測要素均出現(xiàn)缺測的原因主要有以下幾種情況：一是采集器到業(yè)務(wù)機之間的通信通道出現(xiàn)故障；二是采集器故障；三是電源故障，導(dǎo)致采集器未供上電，無法正常工作。具體是哪種故障，需要依次排查[3]。

值班員排查步驟如下：1）使用ISOS軟件向采集器發(fā)送命令，無響應(yīng)，說明采集器與業(yè)務(wù)機未能建立通信。2）前往觀測場，通過查看采集器面板上的指示燈情況來判斷采集器的運行狀態(tài)，正常情況下系統(tǒng)指示燈應(yīng)為一秒閃爍一次。經(jīng)過查看發(fā)現(xiàn)RUN指示燈不亮，懷疑未能供上電。3）萬用表選擇直流電壓檔，量程選擇20 V，測量采集器的供電電壓，測得電壓為0 V，確定為電源故障。4）萬用表選擇交流電壓檔，測空氣開關(guān)電壓，查看是否有市電輸入，測得238 V，正常。5）測量空氣開關(guān)的輸出電壓、電源控制器的輸入電壓，均為238 V交流電，正常；測量電源控制器的輸出電壓，測得13.8 V，正常。6）測量保險絲輸出端電壓，測得0 V，不正常。將保險絲擰出，發(fā)現(xiàn)保險絲斷裂，更換保險絲后，自動站供電恢復(fù)正常，數(shù)據(jù)恢復(fù)正常采集。

2.2 故障實例2：溫度、濕度數(shù)據(jù)異常故障實例分析

值班員通過ISOS業(yè)務(wù)軟件發(fā)現(xiàn)溫度、濕度數(shù)據(jù)缺測，不正常。先進(jìn)行原因分析，導(dǎo)致溫度、濕度數(shù)據(jù)缺測的原因主要有以下幾種：一是溫濕度分采集器故障；二是溫濕度分采集器到HY3000主采集器的通信故障；三是溫濕度傳感器到溫濕度分采集器的通信故障；四是溫濕度傳感器故障。需要值班員通過排查確定故障點。

值班員的排查步驟如下：1）斷開溫濕度分采集器中的溫度插頭，將大頭針插入插頭中，萬用表選擇電阻檔，量程選擇200 Ω，測量鉑電阻阻值數(shù)據(jù)，異端電阻為108.5 Ω，同端電阻為2.8 Ω，正常。2）用螺絲刀擰開溫濕度分采集器的盒蓋上螺絲，打開盒蓋查看內(nèi)部線路情況，如圖2所示，萬用表選擇直流電壓檔，量程選擇20 V，在分采集器盒內(nèi)的濕度信號接線端子處進(jìn)行電壓測量，測得電壓值為0.63 V，數(shù)據(jù)正常。排除溫濕度傳感器故障及溫濕度傳感器到溫濕度分采集器的通信故障。3）萬用表選擇蜂鳴檔（通斷檔），測量分采集器CAN接口至HY3000主采集器CAN接口通信線通斷情況，有蜂鳴聲，線路正常，排除分采集器至主采集器之間的通信故障。4）懷疑為溫濕度分采集器故障，但臺站無專業(yè)設(shè)備，無法診斷，采取替換法進(jìn)行故障排查，更換新的溫濕度分采集器，數(shù)據(jù)恢復(fù)正常[4]。

圖2 溫濕度分采集器內(nèi)部

2.3 故障實例3：降水?dāng)?shù)據(jù)異常故障實例分析

有持續(xù)降水現(xiàn)象，但是值班員通過ISOS業(yè)務(wù)軟件發(fā)現(xiàn)無降水?dāng)?shù)據(jù)，判斷為降水?dāng)?shù)據(jù)異常。通常導(dǎo)致有降水但是沒有降水?dāng)?shù)據(jù)的原因有以下幾種：一是承水器或漏斗堵死，導(dǎo)致收集到的雨水無法流向計量漏斗；二是干簧管或磁鋼失效；三是雨量傳感器到采集器的通信故障；四是采集器上I1接口模塊故障。需要值班員通過排查確定故障點。

值班員的排查步驟如下：1）查看承水器及漏斗出水口，水流通暢無堵塞現(xiàn)象。2）將萬用表打到蜂鳴檔，紅黑表筆分別接到雨量傳感器的紅黑接線柱，如圖3所示，輕輕翻動雨量傳感器的計數(shù)翻斗，正常情況下，計數(shù)翻斗每翻轉(zhuǎn)一次，干簧管和磁鋼吸合一次，產(chǎn)生一個開關(guān)信號輸出，對應(yīng)聽到萬用表發(fā)出“滴”的一聲蜂鳴聲。經(jīng)測試，正常。3）檢查雨量傳感器到采集器的通信是否正常。將防雷板上的8、9通道接口拆下并用一根回形針將8、9通道短接，同樣將萬用表打到蜂鳴檔，表筆接到紅黑接線柱，無蜂鳴聲，說明線路不通。經(jīng)排查，發(fā)現(xiàn)是線路被老鼠咬斷，接好通信線后，降水?dāng)?shù)據(jù)恢復(fù)正常[5-9]。

圖3 雨量傳感器的信號測量

3 結(jié)束語

引起自動氣象站故障的原因是多種多樣的，鑒于自動氣象站故障處理的時效性要求，為了能夠做到快速地對故障進(jìn)行定位并處理，要求氣象裝備保障人員不僅僅要掌握自動氣象站的線路連接、信號檢測和處理流程等，同時也要具備充足的實踐經(jīng)驗。而課題組是在實際保障工作中遇到各種故障，經(jīng)總結(jié)后挑選較為典型的案例來進(jìn)行故障原因分析、故障排查及處理，以期為氣象裝備保障人員實際工作提供參考。