DZZ5型自動(dòng)氣象站常見故障診斷分析

高毅超，林夢婕，陳 強(qiáng)

1.福州農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站，福建福州 350000；2.福建省福清市氣象局，福建福清 350300；3.福州農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站 350000

自動(dòng)氣象站對我國工農(nóng)業(yè)發(fā)展發(fā)揮了重要作用，其可以準(zhǔn)確監(jiān)視氣象各要素變化。所以，在預(yù)防自然災(zāi)害方面，自動(dòng)氣象站的穩(wěn)定運(yùn)行具有十分關(guān)鍵的作用。為了保證自動(dòng)氣象站的穩(wěn)定運(yùn)行，必須保證其設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，但在實(shí)際工作中，難免會出現(xiàn)特殊情況，影響檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)問題。因此，相關(guān)人員必須加大對自動(dòng)氣象站的研究力度，通過探索其常見故障，采取針對性的處理方法，從而提升數(shù)據(jù)的可用性與準(zhǔn)確性，為各行各業(yè)提供更加精準(zhǔn)的氣象數(shù)據(jù)[1]。

1 DZZ5新型自動(dòng)氣象站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

DZZ5新型自動(dòng)氣象站采用了嵌入式系統(tǒng)技術(shù)和外部總線技術(shù)。結(jié)構(gòu)為“主采集器+外部總線+分采集器+傳感器+外圍設(shè)備”，按系統(tǒng)功能分可將氣象站分為四大部分，即采集系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和供電系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用“主采集器+分采集器”的方式是為了實(shí)現(xiàn)多氣象要素實(shí)時(shí)監(jiān)測，提高數(shù)據(jù)處理能力，其中主采集器是自動(dòng)氣象站核心，主采集器直接掛接溫度、濕度、氣壓、降水量、風(fēng)速、風(fēng)向、蒸發(fā)等傳感器。分采集器為氣候、地溫、輻射、土壤水分、其他觀測分采集器。分采集器均由硬件和嵌入式系統(tǒng)軟件組成，硬件系統(tǒng)可支持嵌入式系統(tǒng)正常運(yùn)行。傳感系統(tǒng)包括溫濕度傳感器、氣壓傳感器、蒸發(fā)量測量傳感器、輻射傳感器等。氣象站電源系統(tǒng)分別為交流供電方式和太陽能供電方式。太陽能電源系統(tǒng)由電源控制器、免維護(hù)電池和太陽能電池板組成；交流供電電源系統(tǒng)由空氣開關(guān)、防雷器、電源控制器和免維護(hù)電池組成，其中太陽能電池板是自動(dòng)站電源系統(tǒng)的關(guān)鍵部位[2]。無線通信系統(tǒng) 支 持TCP/IPOverGPRS或CDMA數(shù)據(jù)通信方式和GSM短消息數(shù)據(jù)通信方式，2種方式之間可互為備份，按照設(shè)定工作參數(shù)定時(shí)從采集器中下載實(shí)時(shí)氣象要素觀測數(shù)據(jù)，依照通信協(xié)議方式發(fā)送至中心服務(wù)器，同時(shí)可接受中心站特定指令完成相關(guān)操作。

2 DZZ5型自動(dòng)氣象站的優(yōu)勢與重要性

2.1 DZZ5型自動(dòng)氣象站優(yōu)勢

DZZ5型自動(dòng)站是為了滿足中國氣象局對地面氣象探測業(yè)務(wù)的需求，而專門設(shè)計(jì)、研制的多功能綜合氣象觀測系統(tǒng)。新型自動(dòng)站采用了最先進(jìn)的嵌入式系統(tǒng)技術(shù)和外部總線技術(shù)，采用的是“主采集器+外部總線+分采集器+傳感器+外圍設(shè)備”的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式。具備高性能、多功能的數(shù)據(jù)處理能力，具備較強(qiáng)的耐酸雨、防水防塵的能力，采集準(zhǔn)確度高、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，具備較強(qiáng)的防雷擊能力，具備遠(yuǎn)程診斷的功能，低消耗，易擴(kuò)展，便于安裝和維護(hù)。

2.2 DZZ5自動(dòng)氣象站的重要性

DZZ5自動(dòng)氣象站儀器主要傳感器、采集器、通信系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、安裝附件、其他輔助件等部分組成，主要通過各個(gè)部分的傳感器和電源系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)測與采集數(shù)據(jù)，通過穩(wěn)定的電源系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)不間斷的監(jiān)測監(jiān)控。隨著科技的發(fā)展，新型自動(dòng)氣象觀測儀器用高性能微處理器為主控CPU，大容量內(nèi)置存儲器，大屏幕漢字圖形液晶顯示屏，一屏顯示多路氣象要素?cái)?shù)據(jù)和圖形，便于現(xiàn)場觀測，且具備停電保護(hù)功能，斷電后不會丟失已存儲的數(shù)據(jù)。同時(shí)，可以獲取觀察數(shù)據(jù)，使觀察內(nèi)容更加豐富，時(shí)效性和穩(wěn)定性更強(qiáng)，有助于氣象觀測人員管理歸類和分析數(shù)據(jù)，使觀測數(shù)據(jù)更加有效化和準(zhǔn)確化，同時(shí)預(yù)測天氣，對區(qū)域內(nèi)的抗災(zāi)害能力具有重大意義。由于新型的自動(dòng)氣象站觀測儀器的電子元件較多，結(jié)構(gòu)很精密，雖然對天氣觀測具有穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，但是長時(shí)間受到天氣、地域、海拔、人為等因素的影響，難免出現(xiàn)故障，一旦出現(xiàn)問題，將會導(dǎo)致氣象數(shù)據(jù)異常，因此新型自動(dòng)氣象觀測儀器的日常維護(hù)和故障排查是氣象站工作的重中之重[3]。

3 DZZ5新型自動(dòng)氣象站的常用方法概述

3.1 溯源法

溯源法是根據(jù)自動(dòng)氣象站的故障表現(xiàn)檢索運(yùn)行中可能出現(xiàn)的差錯(cuò)，逐步追溯至源頭。在出現(xiàn)故障時(shí)，根據(jù)自動(dòng)氣象站配備的說明手冊說明和常態(tài)化運(yùn)行機(jī)制，嚴(yán)謹(jǐn)推敲故障表現(xiàn)與系統(tǒng)原理的因果關(guān)系，清晰思考之后快速定位至問題可能出現(xiàn)的地方。比如，當(dāng)氣象要素值缺測或者數(shù)值明顯偏大或偏小，則表明大概率是傳感器或連接線路不正常，可依據(jù)從后至前逐個(gè)判斷的辦法回溯源頭，并采取相應(yīng)措施修復(fù)。

3.2 替換法

替換法是在排查出可疑故障部位后，以可疑部位原件相同型號的備替換之，替換后檢驗(yàn)故障是否被修復(fù)，被修復(fù)則表明是該部位元件損壞所致的。替換法一般被用于溯源法之后。比如，氣溫要素的觀測數(shù)據(jù)有跳變現(xiàn)象，通過溯源法鎖定至故障點(diǎn)在傳感器，則可用溫度傳感器的備件替換原件，再觀察氣溫跳變現(xiàn)象是否消失，消失則表明原傳感器已壞掉，直接更換即可排除。替換時(shí)需切斷電源，禁止帶電操作，避免損壞整個(gè)觀測系統(tǒng)。

3.3 測量法

測量法主要被用于硬件故障判斷，可使用監(jiān)測儀器測量可能損壞的部位，根據(jù)所測結(jié)果判斷異常所在之處。在判斷線纜連接是否正常；傳感器或部件電阻、電壓、電流是否符合標(biāo)準(zhǔn)；輸入輸出電源電壓是否正常時(shí)，均可以測量結(jié)果為依據(jù)判斷故障部位和原因。無可用備件替換時(shí)，測量法為準(zhǔn)確定位故障的重要方法。比如，系統(tǒng)故障最終鎖定在終端計(jì)算機(jī)顯示觀測數(shù)據(jù)異?；蛉睖y，則其癥結(jié)可能在通信系統(tǒng)或觀測設(shè)備。通信系統(tǒng)故障的解決思路是先查看計(jì)算機(jī)與自動(dòng)站之間的通信正常與否，若可正常反饋表明業(yè)務(wù)軟件無異常，當(dāng)沒有反饋時(shí)則表明計(jì)算機(jī)綜合集成硬件控制器之間有硬件故障。當(dāng)通信系統(tǒng)無異?；蚬收闲迯?fù)后仍有數(shù)據(jù)缺測或異常，則去排查自動(dòng)站設(shè)備。

4 常見故障與處理

4.1 電源故障

DZZ5型自動(dòng)氣象站的電源系統(tǒng)，分為交流供電、太陽能供電和交流加太陽能供電3種供電方式。當(dāng)電源出現(xiàn)故障時(shí)，檢查輸入交流電（空開、電源模塊輸入），檢查輸出直流電（電源模塊輸出、各傳感器供電輸出），如果輸出不正常時(shí)，可將所有負(fù)載去掉，檢查此時(shí)電源模塊輸出情況。通過依次接入負(fù)載的方式，可以逐一排除故障部分。

4.2 通訊故障

DZZ5型自動(dòng)氣象站的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，可以根據(jù)實(shí)際使用需求采用不同的數(shù)據(jù)通信方式。同時(shí)，采用串口通信方式、光纖通訊方式、串口服務(wù)器通信方式和無線數(shù)據(jù)通信方式4種通信方式中的一種。當(dāng)計(jì)算機(jī)收不到數(shù)據(jù)、軟件界面上顯示空白、串口通信監(jiān)視顯示命令超時(shí)，用調(diào)試線接在采集器上，檢查采集器是否正常。通過短路串口的2、3針的方法，檢查計(jì)算機(jī)串口是否正常?；蛘哂萌f用表檢查通信線是否正常。檢查光纖模塊，或者減產(chǎn)串口隔離器是否正常。

4.3 對雨量檢測器的維護(hù)和技術(shù)保障

我國南部沿海地區(qū)，雨季降水量偏多，自動(dòng)氣象站檢測設(shè)備工作時(shí)很容易出現(xiàn)問題，從而導(dǎo)致設(shè)備測量的雨量與實(shí)際雨量不符或者沒有數(shù)據(jù)顯示，致使相關(guān)人員無法準(zhǔn)確判斷雨量信息，進(jìn)而影響觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量。這種情況下，就需要?dú)庀笳緝?nèi)工作人員立即維修故障設(shè)備，排查造成問題的原因。不同設(shè)備根據(jù)不同的情況采取不同的修理方法。注意事項(xiàng)，比如雨量數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題時(shí)，這時(shí)候就需要維護(hù)雨量傳感器，檢查設(shè)備是否出現(xiàn)堵塞情況，若是設(shè)備堵塞，則進(jìn)行全面、細(xì)致度檢查，排除堵塞原因和物體，對傳感器進(jìn)行處理。另外，在日常設(shè)備維護(hù)中，若是遇到設(shè)備零件損壞的情況，需要及時(shí)更換零件，以延長設(shè)備的使用年限，此過程需要專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行，防止更換零件過程中丟失觀測數(shù)據(jù)。

4.4 溫度傳感器的維護(hù)和技術(shù)保障

儀器無法顯示溫度數(shù)據(jù)，或者出現(xiàn)不正常的溫度數(shù)據(jù)時(shí)，表示溫度傳感器出現(xiàn)了問題。這時(shí)，相關(guān)人員需要全方位仔細(xì)地檢查設(shè)備線路連接，以此判斷是否因?yàn)榫€路問題而出現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，若是，則需要立即改正線路，保證設(shè)備能夠繼續(xù)正常運(yùn)行。

4.5 氣壓傳感器的維護(hù)和技術(shù)保障

氣壓傳感器是由真空膜盒氣壓傳感裝置組成的，當(dāng)外界的氣壓發(fā)生變化時(shí)，設(shè)備會根據(jù)變化而發(fā)生不同的形變，檢測員就可以根據(jù)形變讀出相應(yīng)的氣壓數(shù)值。氣壓傳感器出現(xiàn)問題，很可能是因?yàn)楫惓９╇妼?dǎo)致的，需要注意的是，維護(hù)人員在解決此類問題時(shí)，必須先切斷電源，再進(jìn)行維護(hù)工作，否則會出現(xiàn)事故。

5 DZZ5自動(dòng)氣象站的維護(hù)和技術(shù)保障措施

5.1 確保自動(dòng)氣象站內(nèi)供電系統(tǒng)運(yùn)行不中斷

自動(dòng)氣象站內(nèi)的檢測設(shè)備都是需要供電系統(tǒng)提供電力才可以運(yùn)行的。若供電系統(tǒng)出現(xiàn)問題，檢測設(shè)備就無法正常運(yùn)行，嚴(yán)重會損壞設(shè)備。因此，要確保供電設(shè)備的正常運(yùn)行。首先，需要專業(yè)人員在日常維護(hù)和技術(shù)保障的過程中24小時(shí)監(jiān)測供電系統(tǒng)，并立即解決遇到的問題。其次，需要每天檢查電路連接設(shè)備和耗電裝置，不能有絲毫松懈。如果監(jiān)測設(shè)備出現(xiàn)問題，需要及時(shí)向上級報(bào)告，并根據(jù)實(shí)際情況維修或者更換設(shè)備。

5.2 建立相關(guān)的自動(dòng)氣象站維修、技術(shù)保障制度

自動(dòng)氣象站的工作設(shè)備不但需要設(shè)定相應(yīng)的功能，還需要在惡劣的環(huán)境下正常運(yùn)行，因此需要?dú)庀笳救藛T制定完善的制度來管理這些設(shè)備，以確保站內(nèi)日常維護(hù)和技術(shù)保障工作的順利開展。首先，針對那些暴露在外的設(shè)備，需要重點(diǎn)對待，提高檢測、維護(hù)、保養(yǎng)的頻率。同時(shí)在檢測過程中，遇到任何問題都需要立即采取緊急措施，切斷電源，進(jìn)行維修工作。惡劣天氣后，工作人員需要立即檢查設(shè)備，并更換損壞的零件，確保不會影響日后的觀測工作。

5.3 自動(dòng)氣象站軟件需及時(shí)升級

需要在軟件上處理自動(dòng)氣象站內(nèi)的設(shè)備檢測出的數(shù)據(jù)后，才能呈現(xiàn)出數(shù)據(jù)。軟件能否正常運(yùn)行也決定了檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，定期更新軟件，因此需要定時(shí)檢測軟件。氣象檢測所用的軟件，是由采集器系統(tǒng)、地面氣象系統(tǒng)、自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)組成的，這3個(gè)部分相輔相成、共同作用，完成氣象觀測工作，然而這3個(gè)系統(tǒng)的作用不同，因此維護(hù)方式也不同。采集系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，工作人員需要定期刪除系統(tǒng)垃圾以確保軟件能流暢運(yùn)行；地面觀測系統(tǒng)監(jiān)測天氣變化，工作人員需要隨時(shí)更新軟件，確保系統(tǒng)是最新的；自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)是定期校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的，確保氣象數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

5.4 建立健全維護(hù)保障制度，提高工作人員素質(zhì)

氣象數(shù)據(jù)可以由設(shè)備自動(dòng)檢測，可是部分維護(hù)工作仍舊離不開技術(shù)人員。因此，在制定制度時(shí)，需要落實(shí)到具體技術(shù)人員，明確每個(gè)技術(shù)人員的工作和責(zé)任心。同時(shí)，站內(nèi)需要完善獎(jiǎng)懲制度和激勵(lì)制度，讓員工的付出得到回報(bào)，從而調(diào)動(dòng)員工工作的積極性和主動(dòng)性。另外，氣象局也需要加大人才培養(yǎng)力度，定期開展培訓(xùn)、交流會等活動(dòng)，為做工提供學(xué)習(xí)和交流的機(jī)會，提高員工自身的素質(zhì)。氣象站需要建立健全的維修保障體系，提高自動(dòng)化維修和技術(shù)支持的規(guī)范化與效率化水平，從而發(fā)揮員工工作的作用。

5.5 對自動(dòng)氣象站的日常管理加強(qiáng)重視

觀測業(yè)務(wù)工作人員要及時(shí)檢查和校準(zhǔn)觀測儀器，保證自動(dòng)氣象站可以正常運(yùn)行，注重對監(jiān)測儀器的檢修，適當(dāng)備份重要監(jiān)測儀器，以避免因儀器故障而造成氣象站停止運(yùn)行而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。氣象站監(jiān)測儀器的安全防護(hù)措施主要包括：維持采集器表面的整潔、氣象站及其周圍環(huán)境要保持清潔和平整、經(jīng)常檢查雨量桶是否安裝牢固、清潔溫濕傳感器時(shí)使用軟毛刷等柔軟物、保證氣壓傳感器的暢通、專用氣象站計(jì)算機(jī)終端經(jīng)常殺毒，并備份。

6 結(jié)束語

近些年來，各地自動(dòng)氣象站為當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展作出了卓越貢獻(xiàn)，保障了農(nóng)業(yè)順利生產(chǎn)，給人們的出行帶來了巨大便利。各地自動(dòng)氣象站有針對性地解決容易遇到的問題，及時(shí)解決遇到的突發(fā)性問題，同時(shí)提高工作人員維護(hù)和技術(shù)保障工作的能力，建立健全的設(shè)備管理、維護(hù)保障、維修和技術(shù)保障、員工獎(jiǎng)懲制度，使自動(dòng)氣象站工作可以高效、有序地進(jìn)行。