關(guān)于DZZ5 氣象自動站故障處理與維護的總結(jié)和思考

唐明興 貢覺群培 次仁尼瑪

（山南市氣象局，西藏 山南 856000）

1 DZZ5 氣象自動站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

實際上，對DZZ5 型號自動氣象站來說，其主要由四部分組成：采集器、傳感器、供電單元和通信線路。主采集器的主要作用是控制系統(tǒng)流程，同時還處理相關(guān)數(shù)據(jù)信息，其是整個系統(tǒng)核心控制單元集；而當前現(xiàn)代化水平較高的ARM9 架構(gòu)CPU 則是主采集器處理器的主要型號，將其與外部電路配合使用，共同構(gòu)成了核心處理單元，同時還包含數(shù)據(jù)采集器單元，采集常規(guī)性氣象要素數(shù)據(jù)是其的主要作用。由于氣溫和相對濕度均屬于擴充之后的氣象要素數(shù)據(jù)，主要是在分采集器的作用下，將CAN 總線技術(shù)集成到主采集器，對數(shù)據(jù)進行采集。而Pt100 鉑電阻是溫度傳感器的主要感應部位器件；濕敏電容是濕度傳感器的主要感應部件，信號輸出過程中的電壓值在0～1V 之間。在借助于光纖轉(zhuǎn)換器、光纖之后，實現(xiàn)主采集器與終端計算機之間的通訊主要是借助于串口與串口服務器。[1]

1.2 結(jié)構(gòu)特點

同第一代自動氣象站的結(jié)構(gòu)進行比較，DZZ5 型自動氣象站的特點有：（1）在設計的過程中，主要是對中國氣象局制定的數(shù)據(jù)協(xié)議、相關(guān)標準、數(shù)據(jù)計算方法進行統(tǒng)一，實現(xiàn)了不同氣象要素傳感器、采集器與不同廠家對應設備之間的互調(diào)；（2）由于主要結(jié)構(gòu)是主采集器與分采集器進行結(jié)合，實現(xiàn)了對不同氣象要素的觀測，在處理觀測數(shù)據(jù)時的性能較高，同時還能隨意擴展；（3）支持多硬件、多進程和多任務，配置時的靈活性水平較高，增強了新型自動氣象站對觀測數(shù)據(jù)的處理能力；（4）在對采集系統(tǒng)進行隨意裁減和擴展的過程中需借助于外部總線；（5）主/分采集器利用了CAN 總線的通信功能；（6）部分氣象要素的采樣頻率得到了增強，提升了氣象要素數(shù)據(jù)的準確度。

2 DZZ5 自動氣象站常見故障及處理辦法

通過日常工作經(jīng)驗總結(jié)，為了在最短的時間內(nèi)找出故障部位，可以選用三種常見故障排除法。一是替換法，該法是最簡單直接有效的方法，應保證在部件完好的基礎上進行，也就是使用新設備替換可能存在異常的故障器件，若故障排除，則判定是設備自身故障；二是排除法，若不能確定故障具體位置，可以注意判斷無故障的設備，逐個排除后，剩余的則為故障設備；三是測試法，主要利用萬用表儀器測量問題設備的電阻、電壓值，結(jié)合檢測數(shù)據(jù)判斷設備是否出現(xiàn)故障問題。

2.1 采集系統(tǒng)故障

2.1.1 采集單元故障

在實際的地面氣象觀測工作中，若是發(fā)現(xiàn)計算機的相關(guān)數(shù)據(jù)卸載異常、整點觀測到的氣象要素數(shù)據(jù)缺失、監(jiān)控軟件不能正常運行；部分氣象要素數(shù)據(jù)缺測或亂碼。出現(xiàn)故障問題的原因可能有：雷雨天氣下，控制面板、采集器主板、采集單元因遭受雷擊而出現(xiàn)損壞；電磁干擾的出現(xiàn)也會使氣象要素數(shù)據(jù)采集率增加。若是出現(xiàn)這種問題，需要工作人員對通信軟件參數(shù)設置狀況進行查看，選擇手工方式卸載計算機數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)采集器復位操作，若采集器指示燈閃爍間隔異常，需檢查交流燈與直流燈的顏色；若兩燈均正常，則說明采集單元故障，可對其直接維修或更換。

2.1.2 通道防雷板故障

在實際的觀測工作中，若是發(fā)布部分觀測到的氣象要素數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，其主要原因可能是采集器通信板、防雷管因雷擊而受損或者被擊穿。工作人員可測量不同通道的電阻值情況，檢查上下通道及與其他通道的連通狀況，若出現(xiàn)上下不通或連通其他通道，說明防雷板遭到損壞，需重新更換或者是維修通道防雷板。[2]

2.2 溫度傳感器故障

溫度傳感器主要是通過鉑電阻來實現(xiàn)對溫度的測量，若是臺站實際運行時出現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)異常或缺測，需認真查看溫度傳感器的工作狀況，判斷其是否出現(xiàn)故障問題，可從以下幾方面進行排除：（1）將溫度傳感器感應部分用雙手握緊，利用手上的余溫判斷溫度數(shù)據(jù)是否增加，進而判斷感應部位是否異常；（2）打開溫濕度傳感器接線盒，借助于萬用表的電阻檔對1 與2或3 與4 接線柱間的電阻值進行測量，該數(shù)值相對較小，幾乎接近0；之后則是分別測量1 與3 或2 與4 接線柱間的電阻值，若最終測出的電阻值在80～125Ω 之間，且電纜線正常，則說明溫度傳感器異常；（3）替代法，選擇地溫傳感器來代替溫度傳感器，之后則依次取出溫度傳感器防雷板接線端口，并將地溫傳感器一端與防雷板上的溫度端口相連，另一端則放置在百葉箱內(nèi)，并認真檢查溫度數(shù)值，進而判斷溫度數(shù)據(jù)是否異常，若正常，則可能溫度傳感器故障，重換即可；反之，溫度通道出現(xiàn)故障，可逐一查看溫濕度接線盒、延長線、采集器連接處；（4）若觀測到的溫度數(shù)據(jù)出現(xiàn)跨越式跳變，則可能是屏蔽線異常，需全面檢查，若是判斷時屏蔽線異常，需重新更換。

2.3 風向風速傳感器故障

在日常地面氣象觀測工作中，若是風向傳感器的指北針同正北方向不一致會導致觀測到的風向數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差，日常維護中需注意查看和糾正。若是風向風速傳感器運行較長時間后，因軸承自身的磨損或塵埃進入縫隙的影響，會增加軸承轉(zhuǎn)動摩擦阻力，使得啟動風速變大或者轉(zhuǎn)動較為困難，進而導致觀測到的風速數(shù)據(jù)比實際值偏小，出現(xiàn)靜風天氣的頻率較高；若是風杯組件緊固件出現(xiàn)松脫不到位，也會對風杯的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生影響，為了及時發(fā)現(xiàn)問題需要加強日常監(jiān)控，對傳感器單獨維護或重換，就能使故障問題得到解決；由于冬季降雪期間的氣溫相對偏高，再加上溫度下降與風速偏小的共同影響，會造成之前融化的雪水或者濕雪出現(xiàn)凍結(jié)，凍住了傳感器風向標與風杯，最終觀測到的風速數(shù)據(jù)為0，風向始終維持不變，值班人員需對降雪天氣下的傳感器轉(zhuǎn)動狀態(tài)進行實時監(jiān)控，一旦受凍需第一時間找人處理，使其盡快恢復正常；若是在夏季出現(xiàn)強雷暴天氣，在結(jié)束之后會導致風向風速數(shù)據(jù)異常，此時判定傳感器被雷電擊中，需對傳感器重新更換；氣象要素數(shù)據(jù)異常也可能是連接線纜與采集器或傳感器的接口接觸不良或線纜受損，為了對風傳感器本身的故障問題進行判斷，此時可以選用替代法。[3]

經(jīng)過對政策實行的理論考察，并在相關(guān)學者研究的基礎上，計劃生育政策的實行模式可以概括為三種： 動員模式、強制模式、交換模式。 需要說明的是，三種實行模式雖說都有自己發(fā)展的邏輯路徑，但是由于計劃生育政策的不變性，三種實行模式并不是完全相互獨立的，而是交叉重疊的。

2.4 濕度傳感器故障

在日常地面氣象觀測工作中，若是發(fā)現(xiàn)無濕度數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)異常，則可能是濕度傳感器出現(xiàn)故障。由于濕度傳感器的精確度水平較高，為了防止超出維護期范圍或接地屏蔽異常，需將日常保養(yǎng)和維護工作做好，否則會影響地面觀測工作的順利推進。若是傳感器無濕度數(shù)據(jù)信息，可將對應命令輸入后檢查原始的濕度數(shù)據(jù)信息是否存在，若存在，需查看濕度傳感器本身，濕度傳感器在對信號輸出時選擇的是模擬信號，電壓值的最大值為1V，最小值為0v。為測量大地與輸出端的電壓數(shù)值，需要借助于萬用表的電壓檔，最將其與規(guī)定范圍內(nèi)的電壓值進行比對，若是在測量范圍內(nèi)，說明濕度傳感器正常，說明采集器通道故障；反之，濕度傳感器故障，重新更換即可。

2.5 氣壓傳感器故障

氣壓傳感器屬于高精度傳感器，主要通過數(shù)字輸出，若是觀測工作中發(fā)現(xiàn)氣壓數(shù)據(jù)異常，此時需要工作人員選擇串口方式對傳感器內(nèi)的原始氣壓數(shù)據(jù)進行檢查，若是原始氣壓數(shù)據(jù)不存在，需逐一查看臺站線纜、供電和屏蔽連接情況。其主要操作步驟是利用串口分別于計算機、氣壓傳感器進行連接，或者是通過調(diào)試串口發(fā)送OPEN COM4 命令，保證計算機與氣壓傳感器間可以正常通訊，在打開串口調(diào)試助手之后，設置成對應的9600、E、7、1 形式，在英文格式下發(fā)送“.P”；查看是否可以返回到對應氣壓數(shù)據(jù)，若能，說明氣壓傳感器正常，反之需重新更換。

2.6 地溫傳感器故障

若是有以下表現(xiàn)形式，則說明地溫傳感器出現(xiàn)故障：（1）觀測到的地溫數(shù)據(jù)偏高或偏低；（2）地溫數(shù)據(jù)跳變或間歇性異常；（3）地溫數(shù)據(jù)出現(xiàn)缺測；（4）地溫數(shù)值始終在-24.6℃該數(shù)值停留；（5）0cm 處的地溫數(shù)據(jù)異常。這些故障問題出現(xiàn)的原因可能有：（1）因強干擾信號的作用出現(xiàn)間歇性數(shù)據(jù)異常；（2）地溫轉(zhuǎn)接盒有進水或接觸不良，進而導致觀測到的地溫數(shù)據(jù)出現(xiàn)缺測；（3）地溫探頭受損、老化等；（4）溫度采集器通道異常；（5）通信線纜遭受損壞或接觸不良。

針對故障的處理可以采取以下方法：（1）對異常設備接地重新操作；（2）針對松動的地溫轉(zhuǎn)接盒接頭重新擰緊；（3）重新更換或檢修地溫傳感器；（4）確保地溫通道芯片的良好接觸；（5）利用萬用表電阻檔對地溫傳感器進行測量，進而判斷溫度傳感器是否出現(xiàn)異常，若是傳感器受損，需對其重新更換或維修；（6）在判斷地溫變送器故障問題時，可直接更換地溫傳感器相鄰傳感器，若是發(fā)現(xiàn)故障問題可重新對地溫變送器進行更換或者是維修。

3 DZZ5 自動氣象站的日常維護

3.1 采集器的日常維護

針對采集器的日常維護，主要是對主采集器運行指示燈秒閃狀況和CF 卡指示燈情況進行檢查。另外，針對采集器接口與各個傳感器及業(yè)務計算機間的連接牢固情況進行查看。為了避免采集器機箱內(nèi)出現(xiàn)灰塵、雜物，每月需將采集器打開對其進行清理，并查看底部進線孔的密封情況。每年春季到來之前需全面查看防雷設施，多次測量接地電阻值。

3.2 百葉箱和溫濕度分采集器維護

測報人員需每月對百葉箱內(nèi)的灰塵及時進行清理，禁止用手或者不清潔的物體與溫濕度傳感器的保護罩直接進行接觸?？梢赃x用干潔的毛刷刷拭或用濕抹布擦拭百葉，禁止選用濕抹布擦拭濾紙部分，需選用干凈的毛刷。

3.3 風向風速傳感器維護

每年需對風向風速傳感器進行定期維護一次，對風傳感器軸承進行清洗，針對風杯、風向標體轉(zhuǎn)動的靈活性和平穩(wěn)性水平經(jīng)常進行查看；在降雹天氣結(jié)束之后，需要對風傳感器表面進行查看，避免出現(xiàn)損壞；同時還要做好風標指北方位的檢查和校準。若是出現(xiàn)重度污染天氣，工作人員應選擇對應工具清除干凈轉(zhuǎn)動與靜止部件縫隙中的污垢。在清洗風傳感器滾動軸承時可選擇在密封條件下。在清洗滾動軸承時，因兩邊含有防塵蓋，可不用將其取下。為了清除干凈軸承表面的臟污，應將其放置在汽油中，浸泡時間控制在30min～60min 之間，并多次進行旋轉(zhuǎn)。

3.4 氣壓傳感器的日常維護

只有在斷開電源之后方能對氣壓傳感器進行更換或安裝，并對供電電壓進行測量，使其處于規(guī)定范圍內(nèi)，若電壓不穩(wěn)定觀測到的部分氣壓數(shù)據(jù)極易出現(xiàn)缺測。由于氣壓傳感器主要安裝在機箱內(nèi)，應輕輕打開機箱門，避免出現(xiàn)較大氣流。為了確保氣壓的精準度水平，在條件允許的情況下，可以每年對照良好的便攜標準儀器進行一次檢查。[4]

3.5 地溫傳感器的維護

1.地面和淺層地溫傳感器維護。應確保地面和淺層地溫傳感器周圍的土壤疏松、平整且沒有雜草，降雨天氣結(jié)束后需及時耙松板結(jié)的地表土；對其的傳感器的埋設情況進行檢查，將傳感器上的雨露和雜物擦拭干凈。

2.深層地溫傳感器維護。在降雨和積雪融化后需對深層地溫傳感器進行檢查，認真查看橡膠套管內(nèi)是否存在積水，一旦發(fā)現(xiàn)積水，可以將海綿或棉花綁在竹竿上，將其放入到管內(nèi)吸干積水，若套管內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)積水，需查找原因，及時維修或者是對橡膠套管進行更換。