雷達機房動力環境監控系統的建立及應用

曹凱明，董立亭，蘇 菲

(貴州省大氣探測裝備與保障中心，貴州 貴陽 550081)

1 引言

新一代天氣雷達為氣象監測、預報、預警提供了重要氣象資料，在氣象防災減災和氣象服務等方面發揮了重大的作用。雷達能否正常運行不僅取決于雷達自身狀態，還取決于穩定可靠的供電系統。由于電網和外界環境等因素的影響，使得雷達在運行過程中會出現電壓浪涌、瞬變、過壓、欠壓以及電壓中斷等情況，造成雷達設備元件受損、狀態異常等嚴重后果。另外，雷達工作時，對機柜內的環境溫濕度要求也比較嚴格，雷達機柜雖配有風機進行通風降溫，但由于長期運行，容易出現老化、短路的故障，從而引起機柜溫度升高，造成雷達工作異常。因此，通過建立雷達機房動力環境監控系統，實現對雷達UPS、溫濕度等的實時監控，及時掌握雷達的供電狀況及機柜內溫濕度變化的情況，從而保障雷達穩定工作的動力環境，提高雷達運行的穩定性和效率。

2 實現原理

雷達動力環境監控系統是在省級保障中心建立監控中心站，在各雷達站建立監控子系統，通過采集UPS 工作狀態、機房環境溫濕度等信息，利用氣象專網集中傳送到省級保障中心，相關用戶使用客戶端訪問中心站的方式來查看各站點的監控信息。如圖1 所示。

圖1 雷達機房動力環境監控結構圖

2.1 監控中心

省級保障中心通過中心站軟件實現對所有雷達機房的統一管理，中心站主機和模塊之間，以網絡連接，采用主從方式通過TCP/IP 協議相互通訊，將采集到的原始數據進行分析處理，并將原始數據及處理結果提交數據庫進行存儲，同時提供給監控中心、客戶端軟件使用。

2.2 動力設備監控系統:UPS 主機監測

新一代天氣雷達所使用的均為智能型UPS，為雷達提供穩定的電壓，穩定的頻率，濾除雜訊，保證雷達不受電網波動干擾，對整機設備提供全面的供電保護十分重要。UPS 的連接方式如圖2 所示。

通過UPS 廠家提供的通訊協議及智能通訊接口，接入到網絡適配器上，經過網絡適配器的解析和轉換后再傳輸到監控中心，實現對UPS 運行狀態的統一管理。完成對UPS 輸入輸出電壓、輸出電流、輸出頻率、整流器狀態、逆變器狀態、電池狀態、旁路狀態和負載狀態等工作參數的實時監控。一旦UPS 出現異常，系統會通過界面閃爍、聲音、電話短信等方式進行報警，并提供相應的處理提示，期間還會對重要的參數作曲線記錄，使雷達機務人員對UPS 的狀況有全面的了解。

圖2 UPS 監控連接方式圖

2.3 設備環境監控系統

2.3.1 機柜溫濕度監測 通過對雷達機柜加裝高精度溫濕度傳感器，檢測各雷達機柜內的溫、濕度情況。并且當機柜內的溫濕度超過預定值時，系統將進行語音、短信、電話等的報警。機柜溫濕度監控連接方式如圖3 所示。

圖3 機柜溫濕度監控連接方式圖

2.3.2 機房溫濕度監測 對雷達站機房的普通空調進行實時監控。普通空調自身不提供通訊接口和協議，監控系統無法直接對其進行監測、設定和控制。因此，通過使用空調智能控制器來學習空調遙控器的開啟關閉、工作模式、溫度調整等紅外信號，利用工控機和監控系統，使用485 轉接頭與設備進行通訊，從而實現對機房空調的監控。

2.3.3 其它環境監控 要保證雷達設備、網絡、供電等能長期而可靠地運行，還可以加裝漏水檢測、煙霧感應、門磁開關、大樓風機等環境監控項目。都可以通過接入到網絡適配器的方式進行解析和轉換后，再傳輸到監控中心對其進行統一管理。

3 雷達機房動力環境監控系統的應用

3.1 溫度環境監控

速調管是新一代天氣雷達的核心部件，它的性能直接影響到雷達探測的回波質量、運行成本和使用時間，使用和維護好速調管是雷達站提高業務質量和降低成本的主要環節之一。由于速調管功率較大，在工作中需要散發大量熱量。機柜風機風量大小必須達到設備要求，如果冷卻系統出現故障，風量不足，電子槍的金屬與陶瓷封接處表面溫差超過限度，會造成速調管損壞。

如圖4 所示，在雷達機房動力環境監控系統中，監控到興義新一代天氣雷達的高頻機柜溫度出現異常報警，值班員通過檢查該雷達高頻機柜的溫度，發現從3月11日起間歇性出現異常偏高，超出設置的最高溫度閥值33℃。通過聯系雷達機務人員，對該機柜進行檢查，發現機柜的風機由于長時間持續工作，已經出現異常響聲和運轉不穩定的現象，機務人員立即對該機柜的風機進行處理，更換風機后該機柜的溫度回到正常值，避免因風機故障引起速調管損壞，從而影響雷達的業務運行。

圖4 興義高頻機柜溫度曲線圖

3.2 濕度環境監控

雷達機房的最佳相對濕度范圍是40%～60%。機房濕度長期過高會腐蝕開關線路，進而導致設備元件功能失效，引起雷達故障。在雷達數據處理設備中，電路板隨著濕度水平的波動而膨脹和收縮。這些電路板膨脹和收縮會破壞微電子電路和印刷板插頭。當相對濕度較高時，水蒸氣在電子元器件或電介質材料表面形成水膜，容易使電子元器件之間形成通路。當相對濕度過低時，容易產生較高的靜電電壓。如果相對濕度為30%，靜電電壓可達51 000V;相對濕度為20%，靜電電壓可達1 萬V。高達上萬伏的靜電電壓對雷達設備的影響是顯而易見的。

如圖5 所示，通過系統監控發現雷達機房濕度在15—16 時期間報警，超出設置的正常閥值，聯系該雷達站機務人員及時對機房進行通風、除濕處理后恢復正常。

圖5 雷達機房濕度曲線圖

3.3 UPS 動力監控

新一代天氣雷達的機房由監控、伺服、調制、高頻和接收5 大機柜組成，各部件協同工作保證雷達穩定運行。當某部件出現故障或性能下降時，會直接或間接地影響到雷達的整體性能，其中某些部件出現異常時，可以通過監控其動力供應情況直接反應出來。

如圖6 所示，某雷達不能正常開啟高壓，從監控系統中監測到該雷達因加高壓異常導致輸出電流波動較大，超出正常工作電流的波動范圍，通過檢查相關部件，發現為脈沖變壓器損壞，更換后恢復正常。

圖6 雷達輸出電流曲線圖

4 總結

通過建立雷達動力環境監控系統，實現對全省新一代天氣雷達的UPS 供電系統狀態、雷達工作機柜溫濕度、機房空調溫濕度的實時監控，掌握其運行狀況，并通過報警等功能，及時發現雷達故障隱患，采取措施進行維護，減少或消除因雷達電源系統和運行環境造成的故障，進一步提高雷達保障效率。實現雷達系統集中管理，分散控制的科學管理。該項目建設可作為省級天氣雷達維修測試平臺的重要內容之一，對提高省級天氣雷達維修測試平臺的業務內涵和豐富運行監控具有重要作用。