水文遙測設備常見故障分析與維護

劉田田 錢學智

水文遙測設備常見故障分析與維護

劉田田 錢學智

一、概述

水文遙測設備是水文信息化建設的重點，報汛通信部分是水文遙測系統的基礎，主要包括報汛站的雨水情信息自動采集和傳輸。水文遙測設備的普及大大提高了水文部門在水文觀測中的工作效率，為水文測報工作帶來了便利，同時也降低了水文檢測人員野外作業的危險性。近年來，隨著遙測站點的不斷增加，水文遙測設備發生故障的概率也逐漸增高，這對水文工作人員在遙測設備管理維護方面也提出了新的要求。

二、水文遙測設備結構及工作原理

水文遙測設備主要由遙測終端（RTU）、通信模塊（DTU）、傳感器、電源系統以及接收處理等設備組成。遙測設備大多設立于比較偏遠的河邊站房內，所有測站均按微功耗要求設計，采用太陽能電池板浮充蓄電池，可保證連續45天陰雨天氣條件下正常供電。報汛通信部分是水文遙測系統的基礎，水情信息通過傳感器采集，由測站的遙測終端（RTU）存儲并轉發至測站所屬分中心。測站與分中心、省中心之間的通信采用無線通信方式，要求雙信道備份。江蘇水文系統設計一般以移動GPRS VPDN為主信道，電信CDMA VPDN為備份信道。移動GPRS VPDN主信道數據由遙測終端發送至所屬分中心站，信息在分中心落地、校驗、入庫。通過交換軟件，實時水情數據從分中心數據庫實時傳輸至省中心數據庫。電信CDMA VPDN備用信道數據發送至省中心，信息在省中心落地、校驗、進入省中心遙測前端庫。省中心數據采集平臺軟件接收到數據后，通過水利信息網將數據傳輸至分中心數據采集平臺。

系統總體功能結構圖見圖1。

圖1 水文監測系統總體功能結構圖

三、徐州中心遙測設備主要任務

在江蘇省13個市級站網中，徐州是水文遙測站點最多的一個城市。2000年開始,徐州水文分局就引進澳大利亞設備，建立了國家防汛指揮系統徐州示范區，現已建有徐州分中心（66個站點）、徐州中小河流（139個站點）、徐州洼地治理（1個站點）、水文基層服務測站系統（10個站點）、徐州市淺層地下水（1個站點）、水文手冊（3個站點）、省界斷面改造（4個站點）、墑情監測站（7個站點）等多套遙測系統，共231個站點，分布在徐州市及邳州、新沂、睢寧、豐縣、沛縣，確保滿足水文信息化的要求。

徐州水文分局遙測設備的主要任務是通過遙測終端（RTU）實時采集雨、水情傳感器數據（及少數測站的墑情、流量傳感器數據），數據處理程序每隔5分鐘即采集以上數據，并對其間采集的所有實時數據進行處理，然后通過GPRS、CDMA通道傳送至中心站。中心采集平臺采用南瑞公司的遙測站通信采集平臺，如果因設備故障造成缺數現象，可以在分中心對指定測站、指定時間進行數據召測，保證數據的在線率。

徐州水文分局站點較多，所以遙測設備維護任務繁重。日常工作中最常見的設備故障主要是通信故障、電源故障。如通信模塊（DTU）本身發生故障，就需要對DTU進行更換，或者手機卡出現欠費、沒有進行實名制等問題，就需要聯系移動或電信公司進行解決；電源出現問題同樣會造成數據中斷，有可能是充電控制器存在問題，需要進行更換，或者蓄電池出現問題無法充電，甚至太陽能電板被盜。

四、水文遙測設備常見故障分析

數據采集器是遙測站主控制設備，提供數據采集、存儲、處理和遠程通信功能。通信終端是遙測站與中心站之間的通信設備。圖1中是雙信道配置，如果采用單信道配置則只有一個終端。蓄電池是遙測站的主電源設備，國際國內一般配置額定電壓為12V～13.8V）的蓄電池。浮充電源是給蓄電池補充電能的設備，常見的有太陽能蓄電池板、交流直流充電器、風力發電設備等，徐州水文分局主要使用太陽能蓄電池板。傳感器是被測量物體參數按要轉化為具體對應數據的設備。常見的水文遙測設備故障有通信問題、傳感器問題、電源問題、數據采集儀問題等。

1.通信問題

（1）如果出現通信模塊故障，首先看通信模塊的顯示燈閃爍是否正常。一般GPRS的power燈會間隔5秒鐘左右閃爍一次，如果net燈在閃爍，說明GPRS沒有和中心站連上，需要檢查手機卡和模塊是否正常。將手機卡從RTU上取下，放在手機中，測試是否通信正常，如果沒有問題，說明通信模塊有問題，需要更換。

（2）CDMA的net燈正常情況下會連續的閃爍，如果出現間斷地緩慢閃爍，說明CDMA沒有連上網絡，需要檢查手機卡以及網絡。同時，要確保這兩個模塊的天線連接良好。

（3）如果南瑞公司的遙測站通信采集平臺上所有測站的GPRS信道或CDMA信道不通，說明問題出現在分中心機房，也有可能是運營商方面出現問題，檢查是否有線路連接出現問題，網絡是否正常，如有問題應及時聯系移動公司（GPRS信道出現問題）或者電信公司（CDMA信道出現問題）。

2.傳感器問題

（1）沒有雨量數據

首先檢查雨量計有沒有堵塞，用萬用表測量雨量計到RTU的線路有沒有問題。如果存在問題，說明線路發生短路或者斷路，應該及時對雨量線進行更換或者將出現問題位置重新接線。如果沒有問題，應對雨量筒進行滴定，觀察翻斗能不能正常翻動，同時觀察RTU有沒有雨量數據顯示；如沒有顯示，把萬用表打到通斷檔，把萬用表兩端接在雨量計接線柱兩端，緩慢翻動翻斗，留意有沒有滴滴聲，沒有的話說明雨量計有問題。

（2）沒有水位數據

①浮子水位計RTU顯示9999，首先檢查浮子水位計的黑色接線有沒有按順序接好（如果發現RTU顯示的水位數據與浮子表盤不一致，一般也是接線沒按線序接好）；如果接線沒有問題，可以更換新的水位計以確定是不是水位計損壞。

②超聲波水位計RTU顯示9999，首先檢查RTU從左到右第3個插頭的兩根線和485轉換模塊之間有沒有連結好，如果沒有問題可更換一個新的485轉換模塊。

3.電源問題

儀器運行中斷，或者蓄電池電壓很低，一般是蓄電池、太陽能板或者充電控制器出現問題。檢查步驟如下：

（1）檢查蓄電池電壓。用萬用表測量蓄電池電壓，如果蓄電池電壓正常，則需要測量RTU上面從左到右第二個插頭上端子的電壓是否正常。如果電壓正常，說明電源系統無故障，應該是RTU有問題；如果沒有電壓，就要檢查線路。

（2）如果蓄電池電壓很低，需檢查連接太陽能板的電壓是否正常，如果正常，而且太陽能板和充電控制器以及蓄電池之間的線路也沒有問題，說明充電控制器壞了。如果在白天正常光照下，太陽能板電壓低于12V，說明太陽能板有問題。

4.數據采集儀問題

（1）如果發往平臺軟件的數據出現不正常的數值，一般是RTU主板出了問題，需要更換主板（更換主板后必須重新設置站號和站點的類型）。

（2）如果中心檢測不到固態存儲，可先通過電腦下載固態存儲；如果現場也沒有固態存儲，說明RTU主板有問題。

（3）RTU總是自動重啟，可檢查線路是否有短路，尤其是通信模塊（DTU）的接線。

五、結語

水文遙測工作是水文事業現代化和信息化的基礎，是水文測報方式改革的重要成果。加強日常水文遙測設備巡檢，做好水文遙測設備管理和維護工作是自動測報系統入庫率、準確率的根本保障，對于水文服務領域的拓展,以及水文服務質量的提升也有著重要的意義

（作者單位：江蘇省水文水資源勘測局徐州分局 221000）