DZZ5型自動氣象站硬件故障診斷流程與方法

徐劍平　臧海光　楊萌

摘要 新型站的建成，極大增強了本地綜合觀測能力。介紹了新型站的系統設計和硬件結構，通過與上一代自動站進行比較，總結出新型站硬件故障診斷流程和方法，為快速確診故障點、順利排除故障提供了可靠依據。

關鍵詞 DZZ5型自動氣象站；硬件結構；故障診斷

中圖分類號 P415.1+2 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）07-0250-02

Abstract The construction of new automatic weather stations has greatly enhanced local comprehensive observation ability.The system design and hardware structure of new stations were introduced，and the hardware fault diagnosis process and methods of new stations were summarized through comparison with last-generation automatic stations，thus providing reliable basis for rapid fault diagnosis and smooth fault removal.

Key words DZZ5 automatic weather stations；hardware structure；fault diagnosis

隨著氣象現代化工作的推進，新型自動氣象站建設已全面推廣。新型站實現了主要氣象現象的全天候、高分辨率、高精度的連續自動觀測，提高了地面氣象觀測能力的同時，也對運行中的故障排除時效提出了更高的要求。簡潔實用的故障診斷流程，快速有效的故障排除方法，是保障新型站高效運行的必要條件，也是提升氣象裝備保障能力的要求之一。

1 DZZ5新型自動氣象站系統結構

1.1 結構設計

新型自動站是為了滿足中國氣象局針對目前和未來若干年內對地面氣象探測業務的需求，而專門設計、研制的多功能綜合氣象觀測系統。DZZ5新型自動站采用了最先進的嵌入式系統技術和CAN總線技術，采用的是“主采集器+外部總線+分采集器+傳感器+外圍設備”的結構設計方式，能夠實現全要素、綜合觀測的能力，同時具備高性能、多功能的數據處理能力。

1.2 硬件結構

DZZ5新型自動氣象站硬件結構包括采集系統、傳感器系統、通訊系統和供電系統[1]。采集系統負責自動氣象站所有數據的收集、存儲及分析運算，是由HY3000主采集器加氣候分采集器、輻射分采集器、地溫分采集器和土壤水分分采集器構成。傳感器系統是根據不同的觀測需要，配置不同的傳感器，用以測量相應的氣象要素。通訊系統用以將采集核心處理后的數據，傳輸到計算機。供電系統用以提供整個自動氣象站系統運行的電力供應。采集器之間采用CAN總線進行數據通訊。主采集器系統與終端計算機采用長線進行串口數據通訊。整個系統的供電由交流電轉+12V DC作為主電源，配蓄電池作為后備電源。

1.3 與上一代CAWS600系列自動站的差異

與上一代自動氣象站CAWS600相比，DZZ5新型自動氣象站有以下優點[2]：一是數據處理速度快，數據處理功能強，數據存儲量大，采用文件系統存儲記錄數據，增加了數據質量控制信息。二是擴充方便，通過CAN總線技術，可以實現采集系統的隨意擴展及裁減。三是支持多串口、多種通訊方式、支持Web Server訪問功能等。在故障維修中，正因為上述優點，DZZ5新型自動氣象站的故障點確診過程更為復雜。

2 DZZ5新型自動氣象站硬件故障診斷方法

2.1 軟硬件故障的判別

新型站常見故障可以分為軟件故障和硬件故障。進行故障診斷時首先需要通過ISOS軟件串口終端或串口調試軟件向自動站發（如DMGD）讀數指令[3]，對故障進行初步的軟硬件故障判別。軟件故障主要是業務軟件故障，表現為ISOS軟件可以接受到自動站發出的完整正確的數據報文，但數據處理不正確。硬件故障主要是數據故障和整站無響應故障，表現為沒有任何數據、指令返回或者返回數據中某些數據缺測或與實際不符。圖1為DZZ5型自動氣象站故障診斷總流程。

2.2 常用硬件故障診斷工具

齊全的維修工具和備件是縮短維修時間的重要保證。排查硬件故障時需準備下列工具：筆記本電腦（帶串口）、串口調試助手軟件、萬用表、雙孔標準通訊線、采集器測試線、大頭針或回形針（用于連接萬用表表筆無法觸及的部位）、內六角1套、螺絲刀、小一字螺絲刀、防水膠帶等。

2.3 數據故障診斷

使用ISOS軟件的串口終端，向自動站發送DMGD讀數指令，若返回的觀測數據不完整或者某些數據與實際不符，則為數據故障。圖2 為數據故障診斷子流程。

數據故障的排查應依據傳感器、分采集器、防雷板、采集器的信號流向進行。依據各種傳感器信號的測量方法，首先應檢測有數據異常的傳感器正常與否，確認傳感器無故障后，就應確認分采集器、主分采集器間的通道是否正常。確認前端無故障后，檢查HY3000數據采集器是否正常，如果數據采集器正常，就只能證明系統接地不良。通常情況下傳感器故障只要排除了這幾種情況，數據輸出就應處于正常[4]。

2.4 整站無響應故障診斷

向自動站發送DMGD指令，若接收不到自動站任何響應，則為電源或者通信系統故障，統稱為整站無響應故障。圖3為整站無響應故障診斷子流程。

首先檢查自動站的直流供電狀態，如果自動站直流供電不正常，則為電源系統故障，如果自動站直流供電正常，故障極可能為通訊系統故障。

對電源系統故障的排查包括自動站自身供電的檢查和外圍通訊部件供電狀態檢查，可能的原因主要包括以下幾種：自動站電源系統故障、因負載故障而引發的電源短路故障、因短路燒毀保險管、外圍通訊部件電源故障。依次用萬用表檢測交流電輸入輸出端電壓、充電控制器輸入輸出電壓、無交流供電情況下蓄電池在連接負載時輸出端電壓、保險管是否正常，以此排除電源系統故障。由主、分采集器、傳感器等負載產生短路而導致電源系統產生短路的故障也是電源系統主要故障之一。對于這類故障，首先要斷開直流開關，檢查負載線路有無短路，如有短路現象，需進一步斷開所有負載，然后逐項增加負載，尋找短路點。如負載無短路現象，則需考慮該現象是否為偶發情況。

通訊系統故障主要表現為業務軟件無法收集到自動站的數據，或者通過監控終端人工發送指令，自動站無響應。其主要原因有以下幾種：串口通訊電纜出現短路或斷路、串口參數設置與實際不符、采集器或者計算機串口出現故障、串口隔離器出現異常。首先檢查計算機數據收集軟件串口參數是否與實際相符，包括串口號、波特率、數據位、停止位、校驗位等；然后檢查通訊電纜是否短路或斷路，特別是航空插頭焊接點是否出現斷路；最后分別對采集器串口、計算機串口和2個串口隔離器進行排查。

3 結語

在自動站維修過程中，故障點的確診是最為基本和重要的。依據本文所述故障診斷流程和方法快速確診故障點后，應及時對故障部位進行維修或者更換備件，保障自動站正常工作。

4 參考文獻

[1] 華云升達（北京）氣象科技有限責任公司.DZZ5型自動氣象站用戶手冊[M].北京：氣象出版社，2013：70-71.

[2] 陳冬冬，楊志彪，施麗娟，等.新型自動氣象站結構特點及其優越性[J].氣象水文海洋儀器，2011，28（4）：93-99.

[3] 丁圣，王欣.新型自動氣象站故障檢測方法[J].氣象水文海洋儀器，2014（6）：91-95.

[4] 米雷，李炳昆，王路陽，等.DZZ5型自動氣象站維護與故障處理[J].現代農業科技，2015（1）：245.