自動氣象站常見故障及其處理方法經驗

黃龍斐

摘 要 在實際工作中，由于自動站更新快，各種人為和環境因素造成自動站故障頻發，嚴重影響了阿壩州氣象數據的正常采集與傳輸。基于此，結合自動站各系統的原理，通過對自動站常見故障的修復經驗的分析提煉，總結出了一診、二查、三排除和排除法、比較法、就近法相結合的自動站故障排除處理方法，有效提高了阿壩州常規自動站的故障修復效率。以下總結的一些經驗供同行交流探討。

關鍵詞 CAWS600型自動站；傳感器；流程圖；故障分析

中圖分類號：P415.12 文獻標志碼：B 文章編號：1673-890X（2015）30--04

1 概述

目前，阿壩州常規測報使用的是CAWS600型自動氣象站，主要由傳感器、數據采集系統、供電系統、主控微機和通訊接口等部分組成。CAWS600型自動站室外部分有：溫度、濕度、氣壓（采集器機箱內）、地溫、風向風速、雨量、輻射和蒸發等傳感器，供電系統和CAWS600數據采集器及前置機。室內部分主要有：主機、打印機和UPS不間斷電源等。自動站的數據采集工作是通過微處理器進行實時控制和采集處理實現的[1]。各傳感器的感應元件隨著氣象要素的變化，使相應傳感器輸出的電量產生變化，這種變化由數據采集器所采集，并進行線性化和定標處理，既可通過模數轉換實現工程量到要素量的轉換，再對數據進行篩選，獲取各個氣象要素值，并按一定的格式存儲在采集器中，也可通過標準RS232通信口傳送到主控微機中，并實時顯示[2]。

2 常見故障分析與處理

為了便于分析故障，把自動站常見故障分為2種類型。故障類型1：無數據采集型（表現為數據全無或者間斷性無法采集到數據）。故障類型2：數據異常軟故障型（表現為傳感器或采集器工作異常，時斷時續或者不完整）。

2.1 電源系統故障分析

2.1.1 電源系統原理

自動站采集器電源是直接從2節蓄電池獲取供電的，可以使電源干擾大為降低。通電時，先開直流開關，再開空氣開關；斷電時，先關空氣開關，再關直流開關。在交流電斷電的情況下，蓄電池可以給采集器供電2～3 d。開啟電壓12.3 V開始輸出（工作），關閉電壓11.9 V，關閉輸出開始充電12.7 V，停止充電14.7 V。

2.1.2 電源系統常見故障及分析處理

常見的電源系統故障類型1和故障類型2。故障類型1診斷處理方法：首先查看位于輸出線上的輸出保險管是否正常，然后查看連接線路情況，查看空氣開關是否打開，電源變換器是否正常，若打開電源開關指示燈不亮一般為供電系統12 V電源未供上（需要檢查時，最好關閉開關、斷開交流電源線，再順序檢查輸入、控制、輸出等）。故障類型2診斷處理方法：首先檢查保險管，電源輸出過低或過高，均會導致數據異常。

2.1.3 典型事例分析

事例1：某站計算機軟件多次間斷性地出現無任何數據的情況，之后幾分鐘能從采集器上卸載數據。

診斷處理方法。一診：本例不難判斷出故障屬于故障類型1，故障應該是在采集器到計算機之間。二查：進行分段按流程檢查、檢測，先檢查采集器、計算機和各傳感器，然后檢查電源。三排除：根據檢查結果排除故障范圍，本例最終發現指示燈時亮時不亮時，12 V供電偏低，不足11 V，更換DY-01問題即解決。這個實例也是電源影響采集器的常見故障之一。

事例2：某站出現多次間斷性無數據。

診斷處理方法如下。一診：故障出在哪一部位，本例同上屬于故障類型1。二查：按流程排查，采集器傳感器和電源均正常，而采集器間斷性地出現重啟或者關閉狀態，此時檢查電源接頭發現接頭松動，造成接觸不良。三排除：發現接頭松動接著排除其他故障原因，接好接頭數據恢復正常。這也是阿壩州自動站常見故障之一。

2.1.4 電源系統檢查流程

電源系統故障排查流程見圖1。

2.2 通訊系統故障分析

2.2.1 通訊系統工作原理

CAWS-QJ01通訊預處理單元通過RS-232C標準串行通訊口與主機和采集單元通訊。根據主控機的要求把預處理后的數據傳到主機，為功能強大的主控機后處理提供可靠的保證。

2.2.2 通訊系統常見故障及分析處理

常見的通信系統故障大部分屬于故障類型1。電源正常，無法采集到數據，常見通訊電纜接頭接觸不良，主要是接頭處松動、通訊口和采集器芯片損壞以及時鐘不準所造成。

2.2.3 事例分析

事例1：某站電源正常，但是沒有數據。

診斷處理方法如下。一診：先判斷故障屬于故障類型1。二查：檢查確定傳感器采集器和電源均正常，故障集中在通信線路上，且線路接頭都沒有問題。三排除：最后檢查線路發現通訊線被老鼠咬斷所致。

事例2：某站自動站軟件上所有數據都沒有，重新啟動軟件，每次運行到30%時即不再運行。

診斷處理方法如下。一診：首先診斷故障屬于故障類型1。二查：檢查采集器是否正常，燈是否3 s一閃，然后檢查通訊線路。如果是采集器沒有問題，應當去掉串口隔離器。三排除：如去掉窗口隔離器后軟件恢復正常，則排除其他環節確定是串口隔離器的問題，更換串口隔離器；如果仍未恢復正常，則排除其他環節確定是電腦串口的問題，更換電腦串口。本例是阿壩州許多自動站多發故障之一。其主要原因是接口受雷擊或者降水影響造成，建議廠家提高接口質量并注意定期檢查保養。

2.2.4 通訊系統故障排查流程

通信系統故障排查流程見圖2。

2.3 單要素和傳感器故障分析

2.3.1 單要素基本組成

溫濕傳感器：溫濕傳感器同時測量空氣溫度和相對濕度。氣壓傳感器：PTB220是完全補償的數字氣壓表，具有較寬的工作溫度和氣壓測量范圍。雨量傳感器：SL3-1雨量傳感器用來測量地面降雨量。風速傳感器：EL15-2C是紅外切割產生脈沖信號的傳感器。風向傳感器：EL15-2E是低啟動風速的光電風向傳感器。蒸發傳感器：AG1-2蒸發傳感器由超聲波傳感器和不銹鋼圓筒架組成。地溫傳感器：測量原理是鉑導體電阻值隨溫度升高而增加的特性。

2.3.2 單要素和傳感器常見故障及分析處理

常見的各要素故障類型1和故障類型2。

（1）溫度故障類型1和故障類型2。診斷處理方法：取下溫度傳感器在防雷板上的插頭（防雷板1～4號線），用萬用表電阻200 Ω檔量取，測量溫度傳感器標號1、2端之間的電阻值是否在1～8 Ω，3、4端之間的電阻值是否也在1～8 Ω（內阻R內），1、3或者2、4端之間的電阻值是否在80～120 Ω（外阻R）。若以上測量中，有一項指標超出范圍，應在百葉箱內傳感器與接線的接頭處繼續測量。如果以上測量均不能滿足要求，則應更換溫度傳感器。

溫度計算公式：T=（R-R內-100）/0.385

（2）濕度故障類型1和故障類型2。診斷處理方法：用萬用表電壓20 VDC檔測量，防雷板6、7腳之間電壓應為12VDC左右。取下濕度傳感器在防雷板上的插頭（防雷板5號線），注意該插頭不要與其他插頭短路，用萬用表電壓20 VDC檔測量，濕度傳感器信號插頭第5腳與防雷板第7腳之間的電壓應為0～1 VDC（V），相對應的相對濕度為100%RH。若測量中，指標超出范圍，則應在百葉箱內傳感器與接線的接頭處繼續測量。如果以上測量均不能滿足要求，則應更換濕度傳感器。

濕度計算公式：H=V*100%

（3）氣壓故障類型1和故障類型2。診斷處理方法：用萬用表電壓20VDC檔量取氣壓傳感器信號端，對CAWS600-B型機，接在DT50模擬通道3+、3-端口之間電壓應為0～2.5VDC（V）。取下氣壓傳感器接頭，用萬用表電壓20 VDC檔測量氣壓傳感器接頭供電，第7腳與第9腳之間的電壓應為12 VDC左右。如果以上測量均不能滿足要求，更換氣壓傳感器。

氣壓計算公式：P=（1200/5）V+500

（4）雨量故障類型1和故障類型2。診斷處理方法：用量杯量取10 mL水緩慢注入雨量筒承水器，察看顯示值是否為15.6 mm降雨量，直接用手翻動計數翻斗，用萬用表電阻導通檔量取輸出信號，導通次數與反動次數是否一致，否則更換干簧管。

（5）風速故障類型1和故障類型2。診斷處理方法：用萬用表電阻20 VDC電壓檔量取，防雷板標號15端與16端之間的電壓值是否在12 V左右，逐級量值至橫臂接線盒處，用萬用表電阻20 VDC電壓檔量取，防雷板標號14端與16端之間的電壓值是否在6 V左右（V），逐級量值至橫臂接線盒處。如果以上測量均不能滿足要求，則應更換風速傳感器。

風速計算公式：S=75/11.5*V

（6）風向故障類型1和故障類型2。診斷處理方法：用萬用表電阻20 VDC電壓檔量取：防雷板標號15端與16端之間的電壓值是否在12 V左右，逐級量值至橫臂接線盒處，用萬用表電阻20 VDC電壓檔量取，防雷板標號17端與16端之間的電壓值是否在0～2.5 V（V），逐級量值至橫臂接線盒處。如果以上測量均不能滿足要求，則應更換風向傳感器。

風向計算公式：D=360/2.5*V

（7）蒸發故障類型1和故障類型2。診斷處理方法：用萬用表電流200 mA檔量取，蒸發信號線（防雷板第26腳）的電流應為4～20 mA，或用萬用表電流20 V檔量取，蒸發信號線（防雷板第26腳）與地（防雷板第28腳）之間的電壓應為0.3～2.1 V。用萬用表電流20 V檔量取蒸發傳感器供電是否為12 VDC左右。如果以上檢查中任意一項不滿足要求，應更換蒸發傳感器。

（8）地溫故障類型1。診斷處理方法：這種情況很有可能是地溫變送器電路板故障所致，檢查時可將地溫傳感器信號插頭取下（防雷板18～21端口），并將空氣溫度傳感器插頭（防雷板1～4端口）取下，插入地溫傳感器插座內。地溫故障類型2。診斷處理方法：這種情況可能是地溫變送器受到干擾造成的。也有可能是該傳感器位于CAWS-BS01地溫變送器的接線端松動，請檢查并擰固。還有一種可能是人工觀測與儀器測量的對象畢竟不是同一個對象，一般來說地溫場的恒定是一個長期的過程，土壤松緊程度及土質等因素對其都會有一定的影響，這是最常見的一種情況。如果傳感器本身不穩定或者各級連接線接觸不良也會測量超差，所以請仔細觀察一下它的波動范圍，如果連續的一段過程上下波動比較大，有可能就是這個原因引起的。

2.3.3 典型事例分析

事例1：某站出現地溫5 cm缺測，其他地溫全部正常。

診斷處理方法如下。一診：先判斷是故障類型1。二查：檢查電源通訊一切正常，地溫變送器也沒有問題，這時將地溫變送器上5 cm地溫和10 cm地溫的4根數據線互換發現，此時5 cm地溫出現數值和前面10 cm一樣，而10 cm缺測。三排除：通過此法可以判斷出5 cm地溫傳感器需要更換。本例歸納為比較法：利用地溫傳感器原理相同進行互換，不需要按照常規的檢測方法去檢查傳感器，節約成本找出故障傳感器的問題，從而達到排除故障目的。

事例2：某站持續大風，最大風速26 m/s，風向、風速突然均不正常，風向239°，風速0.0 m/s。

診斷處理方法如下。一診：先判斷是故障類型2。二查：因考慮到可能是風大原因引起風向、風速不正常，應該是室外儀器故障，并且判斷應該不是風向、風速傳感器問題，因為二者同時出現故障可能性較低，故推斷為風電纜故障。三排除：放下風桿，重新拔插10芯電纜插頭，排除故障，風正常，說明插頭故障。這種單個要素通過經驗就近排除的方法可以不用死板的應用檢查流程從電源系統，通訊系統等一一排除的方法來查找故障，這樣在實際操作中更節約時間和資源。本例歸納為就近法。

2.3.4 單要素檢查流程

以地溫為例的歸納檢查流程見圖3。

3 小結

目前，全州要求基本基準站雙套站平穩運行，一般站正處于CAWS600型過渡到DZZ5新型自動站的關鍵時候，所以CAWS600型自動站的故障排除和維護維修成為我們的必修課。本文針對自動站的原理、傳感器的原理，結合日常工作歸納出以下幾點經驗：排查故障首先要通過故障現象確定故障是哪一類型，本文將其概括為故障型類1、故障類型2；本文結合工作經驗總結出了一診、二查、三排除的方法，不斷縮小故障范圍，具有較強的實用性；排查故障流程圖是必不可少的工具；在檢查測試過程中總結出了排除法、比較法、就近法三種簡單的方法，其中比較法和就近法適用于特殊情況的單個要素出現的故障排查。

參考文獻

[1]甘肅省氣象局.CAWS600型自動氣象站硬件原理及維護維修技術培訓教材[S].2007.

[2]王國華，高建英，單欣慰，等.淺談CAWS600-B型自動氣象站的日常維護[J].現代農業科技，2011（10）.

（責任編輯：劉昀）