DZZ5新型自动气象站故障实例分析*

江雪婧 ， 张 琪 ， 孙美丽

（1.江西信息应用职业技术学院气象系，江西 南昌 330031；2.广东省清远市气象局，广东 清远 511510）

提高防灾减灾能力，做好应对气候变化工作，是党和政府对气象部门的根本要求，也是气象工作者的重要责任。而地面新型自动气象站提供的准确、可靠的观测数据，是提高预报预测准确率和气象防灾减灾服务能力的重要保证。因此，确保自动气象站的稳定运行成为地面气象观测工作的重中之重，这就需要装备保障人员熟练掌握自动气象站的故障排查和处理技术。课题组通过分析江西信息应用职业技术学院观测场DZZ5新型自动气象站在运行中出现的故障实例，来阐述设备的信号检测及故障处理流程，以期为气象装备保障人员实际工作提供参考[1]。

1 新型自动气象站结构及故障处理流程介绍

新型自动气象站主要包括传感器、采集器、综合集成硬件控制器、通信接口、系统电源和业务终端等。采集器包括一个主采集器和若干分采集器，主采集器是自动气象站的核心，完成基本气象要素传感器和各个分采集器的数据采样，并对数据进行处理、存储及传输。分采集器负责所接入传感器对应气象要素的测量，将获得的采样数据通过总线发送给主采集器。综合集成硬件控制器实现多观测设备通过一根光纤与业务终端进行数据传输，具有数据透明传输功能和数据格式转换功能[2]。

线路连接为传感器的输出直接接入主采集器或接入分采集器，分采集器通过CAN总线接入主采集器，主采集器通过RS232接口接入综合集成硬件控制器，转换为光纤信号，经过光电转换模块转换后通过网线接入业务机。从传感器到业务机，任何一个设备、一根传输线出现故障，都会导致自动观测数据无法正常采集。

经总结，故障一般分为所有观测要素数据异常、某一类观测要素数据异常以及某一项观测要素数据异常。对于不同类型的故障有着不同的处理流程，对应的判断流程如图1所示。

图1 新型自动气象站故障处理步骤

2 故障实例分析

课题组挑选了3种典型性故障进行分析，分别对应图1中的所有观测要素数据异常的情况、某一类观测要素数据异常的情况以及某一项观测要素数据异常的情况。

2.1 故障实例1：所有要素异常故障实例分析

值班员发现ISOS软件观测界面所有观测要素均缺测，一般如果是单个要素出现故障，则多为传感器故障，但是所有传感器同时出现故障的概率极低，所以不考虑是传感器故障。根据自动站的线路连接情况进行分析，所有观测要素均出现缺测的原因主要有以下几种情况：一是采集器到业务机之间的通信通道出现故障；二是采集器故障；三是电源故障，导致采集器未供上电，无法正常工作。具体是哪种故障，需要依次排查[3]。

值班员排查步骤如下：1）使用ISOS软件向采集器发送命令，无响应，说明采集器与业务机未能建立通信。2）前往观测场，通过查看采集器面板上的指示灯情况来判断采集器的运行状态，正常情况下系统指示灯应为一秒闪烁一次。经过查看发现RUN指示灯不亮，怀疑未能供上电。3）万用表选择直流电压档，量程选择20 V，测量采集器的供电电压，测得电压为0 V，确定为电源故障。4）万用表选择交流电压档，测空气开关电压，查看是否有市电输入，测得238 V，正常。5）测量空气开关的输出电压、电源控制器的输入电压，均为238 V交流电，正常；测量电源控制器的输出电压，测得13.8 V，正常。6）测量保险丝输出端电压，测得0 V，不正常。将保险丝拧出，发现保险丝断裂，更换保险丝后，自动站供电恢复正常，数据恢复正常采集。

2.2 故障实例2：温度、湿度数据异常故障实例分析

值班员通过ISOS业务软件发现温度、湿度数据缺测，不正常。先进行原因分析，导致温度、湿度数据缺测的原因主要有以下几种：一是温湿度分采集器故障；二是温湿度分采集器到HY3000主采集器的通信故障；三是温湿度传感器到温湿度分采集器的通信故障；四是温湿度传感器故障。需要值班员通过排查确定故障点。

值班员的排查步骤如下：1）断开温湿度分采集器中的温度插头，将大头针插入插头中，万用表选择电阻档，量程选择200 Ω，测量铂电阻阻值数据，异端电阻为108.5 Ω，同端电阻为2.8 Ω，正常。2）用螺丝刀拧开温湿度分采集器的盒盖上螺丝，打开盒盖查看内部线路情况，如图2所示，万用表选择直流电压档，量程选择20 V，在分采集器盒内的湿度信号接线端子处进行电压测量，测得电压值为0.63 V，数据正常。排除温湿度传感器故障及温湿度传感器到温湿度分采集器的通信故障。3）万用表选择蜂鸣档（通断档），测量分采集器CAN接口至HY3000主采集器CAN接口通信线通断情况，有蜂鸣声，线路正常，排除分采集器至主采集器之间的通信故障。4）怀疑为温湿度分采集器故障，但台站无专业设备，无法诊断，采取替换法进行故障排查，更换新的温湿度分采集器，数据恢复正常[4]。

图2 温湿度分采集器内部

2.3 故障实例3：降水数据异常故障实例分析

有持续降水现象，但是值班员通过ISOS业务软件发现无降水数据，判断为降水数据异常。通常导致有降水但是没有降水数据的原因有以下几种：一是承水器或漏斗堵死，导致收集到的雨水无法流向计量漏斗；二是干簧管或磁钢失效；三是雨量传感器到采集器的通信故障；四是采集器上I1接口模块故障。需要值班员通过排查确定故障点。

值班员的排查步骤如下：1）查看承水器及漏斗出水口，水流通畅无堵塞现象。2）将万用表打到蜂鸣档，红黑表笔分别接到雨量传感器的红黑接线柱，如图3所示，轻轻翻动雨量传感器的计数翻斗，正常情况下，计数翻斗每翻转一次，干簧管和磁钢吸合一次，产生一个开关信号输出，对应听到万用表发出“滴”的一声蜂鸣声。经测试，正常。3）检查雨量传感器到采集器的通信是否正常。将防雷板上的8、9通道接口拆下并用一根回形针将8、9通道短接，同样将万用表打到蜂鸣档，表笔接到红黑接线柱，无蜂鸣声，说明线路不通。经排查，发现是线路被老鼠咬断，接好通信线后，降水数据恢复正常[5-9]。

图3 雨量传感器的信号测量

3 结束语

引起自动气象站故障的原因是多种多样的，鉴于自动气象站故障处理的时效性要求，为了能够做到快速地对故障进行定位并处理，要求气象装备保障人员不仅仅要掌握自动气象站的线路连接、信号检测和处理流程等，同时也要具备充足的实践经验。而课题组是在实际保障工作中遇到各种故障，经总结后挑选较为典型的案例来进行故障原因分析、故障排查及处理，以期为气象装备保障人员实际工作提供参考。