自動氣象觀測系統故障分析

楊紅

中國民航飛行學院洛陽分院，河南 洛陽，471001

0 引言

航空氣象觀測是民航氣象服務工作的重要組成部分，氣象服務對我國民航事業影響巨大，關系著民航事業安全，隨著人類活動的增加，對環境影響加劇，近年來復雜天氣的不斷涌現，我國邁入十四五發展時期，民航事業進入高速發展階段，為保障飛行安全和航班正常，我國許多機場都安裝了自動氣象觀測系統。自動氣象觀測系統承接著向航空氣象用戶和空中交通管制用戶提供實時機場跑道、地面天氣狀況，輔助氣象人員準確編發報和空中交通管制員做出正確決策的重要任務。

1 自動氣象觀測系統原理

洛陽安裝的是芬蘭VAISALA生產的MIDAS IV，于2004年投入使用。

1.1 設備的組成

MIDAS IV系統由外場設備和室內設備組成。外場設備是位于跑道附近特定測量點的氣象傳感器。洛陽北郊機場只有一條跑道，MIDAS IV系統中配置的傳感器由WAA151風速計、WAV151風標、PTB201A數字氣壓表、HMP45溫濕探頭、RG13H雨量計、FD12P現時天氣現象傳感器、FD12前散射能見度儀、LM11背景亮度計、CT25K云高儀、QL150燈光補償器組成。其中WAA151風速計、WAV151風向標、PTB201A數字氣壓表、HMP45溫濕探頭、RG13H雨量計的氣象參數是通過航空氣象分系統AWSS301來測量計算的。本場配置的傳感器清單及安裝位置如表1所示。

表1 洛陽自動觀測系統配置的傳感器及安裝位置

外場設備測量的數據通過MODEM傳送到室內單元，室內設備包括中央數據處理單元CDU（洛陽只有一個服務器，采用的是雙硬盤熱備份）、不間斷電源UPS、局域網LAN、維護工作站RCM、氣象顯示工作站WV、觀測員工作站（OWS）、AFTN接口、跑道燈光設置單元RSI50、調制解調器DMX55等設備組成。

2 自動氣象觀測系統的應用程序

MIDAS IV軟件包括兩組應用程序：終端用戶應用程序和系統維護應用程序。系統維護應用程序是用戶進行系統故障排除的工具。MIDAS IV 的IP地址使用范圍從192.168.1.0到192.168.1.255，將IP地址分配給服務器和工作站，地址不沖突就可以了。

使用系統維護應用程序，用戶可以執行日常的系統監視任務，還可以在需要時進行故障檢測。這些任務包括監視系統事件信息（Event Monitor），查看系統狀態（Diagnostic Monitor），查看傳感器數據傳輸（Sensor IO Monitor），與外場傳感器通訊（Sensor Terminal）[1]。用戶還可以用METAR/SPECI管理器定義METAR/ SPECI模板使用哪些傳感器的測量數據。MIDAS IV系統維護應用程序包括以下維護和監測應用程序：事件監視、故障監視、傳感器終端、傳感器IO監視和METAR/SPECI管理器。其中以下三項是維護設備人員平時維護時經常用到的。

（1）事件監測。事件監測是用戶日常監視系統狀態的工具，事件監控窗口如圖1所示。當系統事件發生時，MIDAS IV產生事件信息。這些事件信息有不同的狀態和類型，依照不同的事件狀態和類型，用戶可以決定進一步的行動。要啟動事件監測，可點擊應用程序工具欄中的圖標，也可以從Windows資源管理器雙擊C:MIDAS IVROAALMON.EXE來啟動事件監測[2]。

圖1 事件監控窗口

在該窗口中，用戶查看系統發出的信息。這些信息通知用戶系統事件，例如發出氣象報告和系統中的潛在問題。這些信息有著不同的類型和狀態。事件監測狀態圖標顏色解釋如表2所示。

表2 事件監測狀態圖標顏色解釋

事件監測中事件類型分為4種：內部、技術、信息提示、操作。內部和技術事件與系統功能有關。

不同情況下的事件類型如表3所示，根據事件類型，采取相應的行動解決問題。應使用故障排除工具，如故障監測和傳感器終端[3]。

表3 不同情況下的事件類型

（2）故障監測。故障監測（ROADIAG.EXE）應用是監測CDU狀態和內部參數的工具。它還是檢查遠程對象結構ROA組件的工具。用戶可以點擊應用程序工具欄中的按鈕啟動故障監測，還可以在資源管理器中雙擊C:MIDASIV/ROADIAG.EXE啟動故障監測。啟動故障監測后，用戶需要連接所使用的系統。在對象窗口中，用戶可以查看ROA對象的詳細資料。故障監測圖如圖2所示。

圖2 故障監測圖

故障監測窗口里狀態項中的圖標顏色給用戶一個大致情況指示。用戶查看狀態文字的組合以確定故障點。如果存在方式列狀態值為Unknow，表示有應用程序運行而未被授權。在此情況下，用戶應該到相應的工作站，停止未授權應用程序的運行。用戶可以通過IP地址查到該工作站。

（3）傳感器終端。傳感器終端（VTERMIN.EXE）應用程序是一個通過與傳感器和外場設備連接，用戶可以監視傳感器發送的信息，也可以向傳感器發出命令檢查設備狀態。當事件監測中出現技術類事件信息時，表示外場設備出現問題。在此情況下，用戶可以使用傳感器終端應用程序發現問題的原因。點擊應用程序工具欄上的鈕可啟動傳感器終端。也可以雙 擊C:/MIDASIV/VTERMIN.EXE啟動該應用。啟動傳感器終端應用程序時，會出現如圖3所示的窗口。

圖3 傳感器終端：主窗口

連接出現問題的傳感器，根據返回的參數信息可以判斷問題。使用傳感器終端，用戶可以連接外場設備的串行口。MIDAS IV系統中可以有2條線連接到外場設備：數據線和維護線。傳感器可以直接連到CDU或通過自動站接入。傳感器可以改為自動發送和查詢模式[4]。

2 自動氣象觀測系統出現的常見故障

2.1 MCU111通信單元受雷擊

MCU111是自動觀測系統室內外設備通信的核心單元，負責外場傳感器數據的采集，與室內CDU進行數據交換，并將處理后的數據傳送到各個工作站。包含有多達16路的插槽，接線很細，經常掉線，很容易受雷電影響故障。用維護終端配置超級終端（設置方法，打開維護終端點擊程序→ 附件→通訊→超級終端 →文件→ 新建連接→文件名→ 選擇“直接連接到串口1”→選擇“通訊速率300、數據位7、偶校驗E、停止位1、流量控制無”）。與MCU111相連，發現因雷擊使MCU111的參數均不對，重新設置參數后，系統恢復正常[5]。

2.2 CT25K顯示“Window Contamination”警告

這是CT25K窗口污染警告，需要清潔窗口。清潔窗口時，先用水沖洗以去除粗大的顆粒。在操作中，應該將機殼門關閉。用溫和的洗滌劑潤濕不起毛的布來清洗窗口，小心不要劃傷窗口表面。

2.3 CT25K上DCT51的LED D4測量間隔時間比正常的15秒要短得多

自檢測在5分鐘內未完成，設備不能完成補償調整。如果設備在室內操作，使用光學端蓋（黑帽）。其他原因可能是窗口臟了或補償光纖破損。當懷疑是補償纖維（CT25015）的問題時，補償纖維是用光導纖維制成的。小心觸摸纖維，不要扭絞，不要將纖維的端部被油脂或灰塵污染。更換光導纖維時嚴格按技術手冊要求操作。

2.4 CT25K鼓風機故障警告

檢查鼓風機電線是否連好，檢查窗口調節電路閘盒F2是否開啟（ON），用維護終端檢查CT25K的狀態信息，檢查線電壓是否存在并正確，檢查是否有可見物體堵塞鼓風機，最后原因可以是鼓風機受損，更換鼓風機。維護終端設置方法如下。（1）維護終端的設置方法，打開維護終端點擊程序→ 附件→通訊 → 超級終端→ 文件→ 新建連接→ 文件名→ 選擇“直接連接到串口1”→ 選擇“通訊速率2400、數據位7、偶校驗E、停止位1、流量控制無”。（2）維護終端的連接， 先關掉CT25K云高儀電源，然后將終端電纜CT3840一端連接到云高儀的外部接頭J4上，另一端連接到維護終端所設置的串口1中，打開CT25K電源開關和維護終端電源開關，即可進行通訊和鍵入命令。用命令GET STATUS可獲得狀態信息。狀態信息顯示了整個設備的內部控制情況，包括電壓的主要參數值、接收器和變送器、溫度、環境因素和內部加熱。變量前的星號（*）表示變量超過了警戒值。

2.5 CT25K激光溫度高或低警告

引起CT25K激光溫度高或低報警分幾種情況：第一種可能是環境溫度太高，如果環境溫度超過60°C，先不要操作云高儀；第二種可能是環境溫度太低，如果環境溫度低于-50°C，加熱能力將不足，先不要操作云高儀；第三種情況是云高儀使用電池工作，如果云高儀使用電池操作，所有加熱功能都失效，設備只能在-10°C以上操作，連接線電源并等候。第四種是加熱失敗，需要檢查加熱電路所在的激光控制板CTT21，檢查DC轉換器，提供加熱電流。利用維護終端連接CT25K，檢查狀態參數信息。如果是激光控制器CTT21出現問題，按技術手冊更換CTT21[6-7].

2.6 風速08號一側顯示為靜風或者08、26號風速有明顯偏差

先檢查為風向風速儀提供供電的電纜是否有松動、老化、開裂現象；然后檢查自動站內的通信設備和線路；以上都正常，如果在冬季，溫度低，溫度大，尤其雨雪天氣，會造成風向風速儀的軸承凍結，會出現風速不正常；另一種情況是風向風速儀長期工作，造成軸承生銹，轉動不靈活，放風桿更換軸承就可以了。

2.7 工作站沒有自動氣象觀測數據

檢查工作站電腦硬件和軟件均正常，檢查為工作站電腦無法登陸自動氣象觀測系統服務器讀取自觀數據。工作站電腦取消登陸域，改成登陸本機，在開始菜單中點擊計算機，查找192.168.1.10（服務器IP地址），打開服務器文件/history，輸入用戶名（administrator）及密碼，并選擇總是使用此身份登陸，然后把文件名為c:midasIV tvise.exe放到開始菜單的啟動項里。原因是洛陽是訓練與航班同時保障的機場，工作站終端有7個，超過了終端容量。使用這個方法可以增加工作站終端。

2.8 CDU沒有數據顯示

作為自動氣象觀測系統的服務器，沒有數據的情況有很多原因。作為維護人員，覺得比較典型的一次情況。查看服務器本身的系統和系統軟件都正常，用電腦連接各外場傳感器，數據傳輸也正常，MCU111數據接收也顯示正常，IP地址也沒問題，無意中碰了一下服務器與MCU111相連的數據線，發現有數據了。原因是數據線長期工作老化，重新更換數據線，服務器恢復正常。系統連續運行十幾年，各設備和線路都存在老化現象，隨著運行年限的增加，這種故障總是時有發生。

3 結論

洛陽作為飛行訓練和航班運輸共用的機場，承擔著運輸航班保障和飛行訓練的雙重任務。洛陽分院訓練飛機小，飛行頻次多，密集度高，飛行的高度低，對天氣的依賴更高，自動氣象觀測系統在天氣保障上起的作用更明顯。洛陽的自動氣象觀測設備運行已經十幾年，存在線路老化，備件和軟件均淘汰，只能在網上找二手的，運行性能較不穩定，更加要求維修人員加強系統的日常維護和業務學習，總結經驗，從而保障設備的運行正常，更好地為飛行訓練和航班保障提供精準的氣象情報。