DZZ5新型自動氣象站故障實例分析*

江雪婧 ， 張 琪 ， 孫美麗

（1.江西信息應用職業技術學院氣象系，江西 南昌 330031；2.廣東省清遠市氣象局，廣東 清遠 511510）

提高防災減災能力，做好應對氣候變化工作，是黨和政府對氣象部門的根本要求，也是氣象工作者的重要責任。而地面新型自動氣象站提供的準確、可靠的觀測數據，是提高預報預測準確率和氣象防災減災服務能力的重要保證。因此，確保自動氣象站的穩定運行成為地面氣象觀測工作的重中之重，這就需要裝備保障人員熟練掌握自動氣象站的故障排查和處理技術。課題組通過分析江西信息應用職業技術學院觀測場DZZ5新型自動氣象站在運行中出現的故障實例，來闡述設備的信號檢測及故障處理流程，以期為氣象裝備保障人員實際工作提供參考[1]。

1 新型自動氣象站結構及故障處理流程介紹

新型自動氣象站主要包括傳感器、采集器、綜合集成硬件控制器、通信接口、系統電源和業務終端等。采集器包括一個主采集器和若干分采集器，主采集器是自動氣象站的核心，完成基本氣象要素傳感器和各個分采集器的數據采樣，并對數據進行處理、存儲及傳輸。分采集器負責所接入傳感器對應氣象要素的測量，將獲得的采樣數據通過總線發送給主采集器。綜合集成硬件控制器實現多觀測設備通過一根光纖與業務終端進行數據傳輸，具有數據透明傳輸功能和數據格式轉換功能[2]。

線路連接為傳感器的輸出直接接入主采集器或接入分采集器，分采集器通過CAN總線接入主采集器，主采集器通過RS232接口接入綜合集成硬件控制器，轉換為光纖信號，經過光電轉換模塊轉換后通過網線接入業務機。從傳感器到業務機，任何一個設備、一根傳輸線出現故障，都會導致自動觀測數據無法正常采集。

經總結，故障一般分為所有觀測要素數據異常、某一類觀測要素數據異常以及某一項觀測要素數據異常。對于不同類型的故障有著不同的處理流程，對應的判斷流程如圖1所示。

圖1 新型自動氣象站故障處理步驟

2 故障實例分析

課題組挑選了3種典型性故障進行分析，分別對應圖1中的所有觀測要素數據異常的情況、某一類觀測要素數據異常的情況以及某一項觀測要素數據異常的情況。

2.1 故障實例1：所有要素異常故障實例分析

值班員發現ISOS軟件觀測界面所有觀測要素均缺測，一般如果是單個要素出現故障，則多為傳感器故障，但是所有傳感器同時出現故障的概率極低，所以不考慮是傳感器故障。根據自動站的線路連接情況進行分析，所有觀測要素均出現缺測的原因主要有以下幾種情況：一是采集器到業務機之間的通信通道出現故障；二是采集器故障；三是電源故障，導致采集器未供上電，無法正常工作。具體是哪種故障，需要依次排查[3]。

值班員排查步驟如下：1）使用ISOS軟件向采集器發送命令，無響應，說明采集器與業務機未能建立通信。2）前往觀測場，通過查看采集器面板上的指示燈情況來判斷采集器的運行狀態，正常情況下系統指示燈應為一秒閃爍一次。經過查看發現RUN指示燈不亮，懷疑未能供上電。3）萬用表選擇直流電壓檔，量程選擇20 V，測量采集器的供電電壓，測得電壓為0 V，確定為電源故障。4）萬用表選擇交流電壓檔，測空氣開關電壓，查看是否有市電輸入，測得238 V，正常。5）測量空氣開關的輸出電壓、電源控制器的輸入電壓，均為238 V交流電，正常；測量電源控制器的輸出電壓，測得13.8 V，正常。6）測量保險絲輸出端電壓，測得0 V，不正常。將保險絲擰出，發現保險絲斷裂，更換保險絲后，自動站供電恢復正常，數據恢復正常采集。

2.2 故障實例2：溫度、濕度數據異常故障實例分析

值班員通過ISOS業務軟件發現溫度、濕度數據缺測，不正常。先進行原因分析，導致溫度、濕度數據缺測的原因主要有以下幾種：一是溫濕度分采集器故障；二是溫濕度分采集器到HY3000主采集器的通信故障；三是溫濕度傳感器到溫濕度分采集器的通信故障；四是溫濕度傳感器故障。需要值班員通過排查確定故障點。

值班員的排查步驟如下：1）斷開溫濕度分采集器中的溫度插頭，將大頭針插入插頭中，萬用表選擇電阻檔，量程選擇200 Ω，測量鉑電阻阻值數據，異端電阻為108.5 Ω，同端電阻為2.8 Ω，正常。2）用螺絲刀擰開溫濕度分采集器的盒蓋上螺絲，打開盒蓋查看內部線路情況，如圖2所示，萬用表選擇直流電壓檔，量程選擇20 V，在分采集器盒內的濕度信號接線端子處進行電壓測量，測得電壓值為0.63 V，數據正常。排除溫濕度傳感器故障及溫濕度傳感器到溫濕度分采集器的通信故障。3）萬用表選擇蜂鳴檔（通斷檔），測量分采集器CAN接口至HY3000主采集器CAN接口通信線通斷情況，有蜂鳴聲，線路正常，排除分采集器至主采集器之間的通信故障。4）懷疑為溫濕度分采集器故障，但臺站無專業設備，無法診斷，采取替換法進行故障排查，更換新的溫濕度分采集器，數據恢復正常[4]。

圖2 溫濕度分采集器內部

2.3 故障實例3：降水數據異常故障實例分析

有持續降水現象，但是值班員通過ISOS業務軟件發現無降水數據，判斷為降水數據異常。通常導致有降水但是沒有降水數據的原因有以下幾種：一是承水器或漏斗堵死，導致收集到的雨水無法流向計量漏斗；二是干簧管或磁鋼失效；三是雨量傳感器到采集器的通信故障；四是采集器上I1接口模塊故障。需要值班員通過排查確定故障點。

值班員的排查步驟如下：1）查看承水器及漏斗出水口，水流通暢無堵塞現象。2）將萬用表打到蜂鳴檔，紅黑表筆分別接到雨量傳感器的紅黑接線柱，如圖3所示，輕輕翻動雨量傳感器的計數翻斗，正常情況下，計數翻斗每翻轉一次，干簧管和磁鋼吸合一次，產生一個開關信號輸出，對應聽到萬用表發出“滴”的一聲蜂鳴聲。經測試，正常。3）檢查雨量傳感器到采集器的通信是否正常。將防雷板上的8、9通道接口拆下并用一根回形針將8、9通道短接，同樣將萬用表打到蜂鳴檔，表筆接到紅黑接線柱，無蜂鳴聲，說明線路不通。經排查，發現是線路被老鼠咬斷，接好通信線后，降水數據恢復正常[5-9]。

圖3 雨量傳感器的信號測量

3 結束語

引起自動氣象站故障的原因是多種多樣的，鑒于自動氣象站故障處理的時效性要求，為了能夠做到快速地對故障進行定位并處理，要求氣象裝備保障人員不僅僅要掌握自動氣象站的線路連接、信號檢測和處理流程等，同時也要具備充足的實踐經驗。而課題組是在實際保障工作中遇到各種故障，經總結后挑選較為典型的案例來進行故障原因分析、故障排查及處理，以期為氣象裝備保障人員實際工作提供參考。