淺談民航自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)中氣壓傳感器的故障分析和排查

摘要：隨著國(guó)內(nèi)民航氣象事業(yè)的不斷發(fā)展，自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)成為民航氣象設(shè)備系統(tǒng)中不可或缺的一部分，其穩(wěn)定性也直接影響著民航氣象對(duì)外服務(wù)的質(zhì)量。智慧氣象監(jiān)測(cè)儀在氣象設(shè)備維護(hù)工作中給機(jī)務(wù)員的工作效率帶來(lái)極大的提高，在整個(gè)自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)中，原始的氣壓值一般由安裝在跑道邊的氣壓儀測(cè)量提供，輸入到系統(tǒng)主機(jī)后進(jìn)而計(jì)算出場(chǎng)面氣壓QFE、修正海壓QNH等必須顯示在用戶(hù)界面的要素。本文將以芬蘭vaisala公司的自動(dòng)氣象站MAWS301為例，簡(jiǎn)述其氣壓值在用戶(hù)界面偶發(fā)丟失的分析、排查過(guò)程。

關(guān)鍵字：自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)；氣壓傳感器；故障分析；排查

自動(dòng)氣象站MAWS301和 PTB330氣壓儀概述

自動(dòng)氣象站MAWS301

自動(dòng)氣象站MAWS301主要由風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、氣壓傳感器、雨量傳感器、數(shù)據(jù)采集器以及電力系統(tǒng)等構(gòu)成。其中以數(shù)據(jù)采集器QML201為核心，其余各要素傳感器分別以不同的傳輸方式與其相連接。數(shù)據(jù)采集器將各傳感器原始數(shù)據(jù)接收后，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換、算法處理等操作，再按照設(shè)置的時(shí)間間隔將各要素?cái)?shù)據(jù)以RS-485、RS- 232、modem等傳輸方式推送到系統(tǒng)服務(wù)器，由服務(wù)器進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)處理工作，并最終顯示在用戶(hù)界面。

PTB330氣壓儀

P TB330系列氣壓計(jì)使用vaisala開(kāi)發(fā)的BAROCAP硅電容絕對(duì)壓力傳感器進(jìn)行大氣壓測(cè)量。其內(nèi)部配有一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)這樣的氣壓計(jì)模塊。在整個(gè)MAWS301自動(dòng)站的構(gòu)造中，PTB330與數(shù)據(jù)采集器相隔很近，因此氣壓計(jì)一般采用RS-232傳輸方式與數(shù)據(jù)采集器相連。采用這種傳輸方式的時(shí)候，數(shù)據(jù)采集器QML201內(nèi)部需要插入一塊與之相匹配的DSU232模塊。在這樣的連接情況下，便可以使用數(shù)據(jù)采集器的維護(hù)口，對(duì)氣壓計(jì)進(jìn)行透?jìng)鬟B接，進(jìn)而對(duì)氣壓計(jì)做一些相關(guān)配置。

故障現(xiàn)象及其故障分析

故障現(xiàn)象

根據(jù)用戶(hù)描述，長(zhǎng)期以來(lái)，在用戶(hù)顯示界面的QNH值和QFE值會(huì)偶而發(fā)生同時(shí)丟失現(xiàn)象，丟失時(shí)間幾秒到幾十秒、一分鐘不等。維護(hù)人員查看相關(guān)歷史記錄，氣壓數(shù)據(jù)確實(shí)有丟失情況。

故障分析

由于用戶(hù)界面的相關(guān)氣壓值丟失的持續(xù)時(shí)間很短，且發(fā)生丟失情況的時(shí)間毫無(wú)規(guī)律，非常偶然，所以無(wú)法在出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行常規(guī)的檢查和操作。針對(duì)類(lèi)似于這種比較特殊的故障現(xiàn)象，只能通過(guò)從數(shù)據(jù)源到終端顯示、從供電設(shè)施到傳輸線(xiàn)路、從軟件到硬件的整個(gè)系統(tǒng)一步步詳細(xì)分析和排查才能確定故障點(diǎn)。

首先需了解從數(shù)據(jù)源到終端顯示的整個(gè)傳輸線(xiàn)路，如圖1所示。

根據(jù)傳輸線(xiàn)路可以知道，風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、氣壓等數(shù)據(jù)首先均由數(shù)據(jù)采集器收集，傳送到服務(wù)器，經(jīng)過(guò)服務(wù)器處理后顯示在界面。查看歷史記錄，發(fā)現(xiàn)在氣壓數(shù)據(jù)丟失的同一點(diǎn)次，溫濕度數(shù)據(jù)正常接收和顯示。因此按照常規(guī)故障分析經(jīng)驗(yàn)，可以首先排除它們的共同節(jié)點(diǎn)故障。也就是說(shuō)，在氣壓數(shù)據(jù)丟失的時(shí)刻，可以判定數(shù)據(jù)采集器是正常工作的，傳輸線(xiàn)路是穩(wěn)定的。而氣壓傳感器和數(shù)據(jù)采集器使用的是同一個(gè)15V供電端子，因此可以判定供電也是正常的。通過(guò)以上分析和排除，在數(shù)據(jù)丟失的點(diǎn)次，可疑的故障點(diǎn)有兩個(gè)：氣壓傳感器自身沒(méi)有數(shù)據(jù)輸出，或者是服務(wù)器的氣壓計(jì)算服務(wù)停止。

對(duì)于每個(gè)傳感器原始數(shù)據(jù)，服務(wù)器均有相應(yīng)的一項(xiàng)計(jì)算服務(wù)，這些服務(wù)是單獨(dú)運(yùn)行的。有可能氣壓計(jì)算服務(wù)停止導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，但查看歷史記錄發(fā)現(xiàn)在數(shù)據(jù)丟失的時(shí)候，服務(wù)器并未收到氣壓傳感器發(fā)送來(lái)的原始數(shù)據(jù)。因此，最可疑故障點(diǎn)為氣壓傳感器本身。

故障排除措施

按照正常排故思路，應(yīng)該直接更換氣壓傳感器的備件進(jìn)行觀察，但上文中提到跑道三端的氣壓計(jì)均有類(lèi)似的數(shù)據(jù)偶發(fā)丟失情況。三個(gè)氣壓計(jì)均故障的概率很小，由此也可以推斷出故障點(diǎn)為氣壓傳感器的某個(gè)共同性質(zhì)。使用維護(hù)終端連接數(shù)據(jù)采集器，可以在界面中看到數(shù)據(jù)以報(bào)文形式自動(dòng)推送。每三秒鐘推送一次風(fēng)數(shù)據(jù)，而溫度、濕度、氣壓、雨量、狀態(tài)信息等均為一分鐘推送一次。在第1章節(jié)中介紹過(guò)，這些數(shù)據(jù)是通過(guò)不同傳輸方式、不同物理通道與數(shù)據(jù)采集器連接的。他們的傳輸是獨(dú)立的，互相之間沒(méi)有影響。如果氣壓傳感器自身故障，則數(shù)據(jù)采集器中便會(huì)沒(méi)有氣壓數(shù)據(jù)的顯示，而不影響其他數(shù)據(jù)，這也符合故障現(xiàn)象。

在連續(xù)輸出數(shù)據(jù)的界面，輸入如下命令，進(jìn)入氣壓傳感器：

open

open DSU232_0_1

同樣，在氣壓計(jì)正常輸出數(shù)據(jù)的情況下，也會(huì)看到氣壓數(shù)據(jù)以報(bào)文形式每隔一分鐘輸出一次。只是報(bào)文格式與數(shù)據(jù)采集器中的不同，這里的更為詳細(xì)，包括三個(gè)氣壓模塊的值、平均值、氣壓變化趨勢(shì)等。這里的輸出格式是可以配置的，對(duì)應(yīng)命令為form，格式是有一定限制的，由固定的字符和一些空格組成，配置不正確的話(huà)會(huì)導(dǎo)致氣壓傳感器無(wú)法輸出。由此可以發(fā)現(xiàn)，氣壓傳感器會(huì)因?yàn)榕渲玫膯?wèn)題無(wú)法輸出數(shù)據(jù)。通過(guò)查閱資料和在備件上面做實(shí)驗(yàn)，氣壓傳感器的常規(guī)配置有：

addr 修改氣壓計(jì)的ID

form 設(shè)置輸出格式

intv 設(shè)置輸出間隔

seri 設(shè)置端口速率

smode 轉(zhuǎn)換傳輸模式

這些命令都可能導(dǎo)致氣壓計(jì)不輸出數(shù)據(jù)，但是相關(guān)配置基本是出廠的默認(rèn)配置，也沒(méi)有人去修改。在用戶(hù)界面氣壓能夠有效且長(zhǎng)期正常顯示，只是偶爾丟失，說(shuō)明這些配置是穩(wěn)定可靠的。

可以確定，在數(shù)據(jù)丟失的時(shí)刻，數(shù)據(jù)采集器沒(méi)有向服務(wù)器推送氣壓數(shù)據(jù)。上文講過(guò)，數(shù)據(jù)采集器一分鐘推送一次氣壓數(shù)據(jù)。而數(shù)據(jù)采集器接收來(lái)自氣壓計(jì)的數(shù)據(jù)頻次取決于氣壓計(jì)輸出間隔的配置。通過(guò)查閱資料，了解到數(shù)據(jù)采集器的采集機(jī)制，比如氣壓一分鐘輸出的數(shù)據(jù)是數(shù)采器在這一分鐘內(nèi)接收到的來(lái)自氣壓計(jì)的最后一次有效數(shù)據(jù)。也就是說(shuō)，一分鐘內(nèi)數(shù)采器收到兩次氣壓數(shù)據(jù)，如果第二次有效，則顯示第二次；一分鐘內(nèi)收到六次，第六次有效，則顯示第六次。通過(guò)這一原理，查看氣壓計(jì)的輸出間隔，發(fā)現(xiàn)被設(shè)置為一分鐘。這樣一來(lái)，數(shù)采器每分鐘只能收到一次氣壓數(shù)據(jù)。如果一切正常，這樣配置是沒(méi)問(wèn)題的，但氣壓傳感器作為戶(hù)外的持續(xù)供電工作設(shè)備，要求每分鐘都必須正常有效輸出數(shù)據(jù)，就會(huì)產(chǎn)生隱患。比如某一時(shí)刻氣壓孔被小蟲(chóng)子堵一下，又或者內(nèi)部運(yùn)算在某一分鐘出錯(cuò)等原因，均會(huì)導(dǎo)致偶然的氣壓數(shù)據(jù)丟失。而如果將氣壓計(jì)的輸出間隔設(shè)置小一些，10秒或15秒，數(shù)采器在一分鐘內(nèi)能夠接收6或者4次氣壓數(shù)據(jù)，這樣對(duì)氣壓計(jì)的容錯(cuò)率就高了很多，能夠基本保證數(shù)采器每分鐘都能收到有效氣壓數(shù)據(jù)。

>intv 10 s

Output intrv. ： 10 s

>r

最終，使用intv命令將氣壓計(jì)的輸出間隔設(shè)為10秒。后續(xù)觀察中，用戶(hù)未反映再有氣壓丟失情況，查看歷史記錄，也無(wú)原始數(shù)據(jù)丟失情況。