區域自動氣象觀測站常見故障診斷方法總結

徐建文，宋方超，朱富生，侯進忠，趙慧琴

區域自動氣象觀測站常見故障診斷方法總結

徐建文1，宋方超1，朱富生2，侯進忠1，趙慧琴1

（1.山西省晉城市氣象局，山西 晉城 048000；2.山西省高平市氣象局，山西 晉城 048400）

區域自動氣象觀測站（簡稱區域站）是國家級氣象觀測網的重要組成部分，在城鎮精細化預報、災害性天氣預測預警、地質災害預警、汛期決策服務中發揮著重要作用。因區域站野外運行環境惡劣，時常出現各種故障，影響觀測資料的及時性、準確性和可用率。通過對區域站維護維修過程中遇到的實際問題進行綜合分析，總結出了維護和故障排除中的方法、技巧和經驗，以便在日后工作中參考，提高區域站觀測資料的可用率。

區域站；故障；排除方法；故障分析

區域站是自動觀測自動采集數據，自動通過移動GPRS網傳輸數據為主要手段。承擔地面氣象要素的時空加密觀測任務，提供區域性高時空分辨率的中小尺度災害性天氣、局部環境和區域氣候等觀測數據。區域站是國家級氣象觀測站的重要補充，在氣象業務及各種服務中發揮著積極的作用。

1 結構組成與工作原理

以DZZ4型區域站為例，區域站通常由硬件及軟件兩部分組成。硬件包括各要素傳感器、數據采集器、數據通信終端和外部設備等；軟件包括采集器嵌入式軟件和氣象業務軟件（包括采集軟件、數據應用軟件）兩類。

外部設備包括電源、終端微機和外存儲設備等。采集器是區域氣象站核心，主要完成數據采集、數據處理和系統運行管理功能，其由硬件和嵌入式軟件組成。硬件包含高性能嵌入式處理器、高精度A/D電路、高精度實時時鐘電路、大容量的程序和數據存儲器、傳感器接口、通信接口、外接存儲器接口、監測電路、指示燈等，硬件系統能夠支持嵌入式實時操作系統的運行。

采集器主要有兩大功能：①完成基本氣象要素傳感器和各掛接分采集器的數據采樣，對采樣數據進行控制運算、數據計算處理、數據質量控制、數據記錄存儲，實現數據通信和傳輸，與終端電腦或遠程數據中心進行交互；②擔當管理者角色，對組成區域站的其他分采集器進行管理，包括網絡管理、運行管理、配置管理、時鐘管理等以協同完成區域站的功能。

2 故障判斷方法

保障維護好區域站須做到以下幾點：要建立一套詳細規范維修維護記錄；維護時攜帶必要的配件和維修工具；保存好各種傳感器、采集器及電源等輔助設備說明書；熟練掌握采集器和各類傳感器基本結構和工作原理。以上述幾點為基礎，用恰當的判斷故障方法，可快速排查出故障發生的部位。以下三種方法是最常用方法。

2.1 電原理法

電原理法的原則重點在分析，當故障發生時，除非危及人身或財產安全，盡量保留故障現象，以利于分析，因為有時干擾、虛焊等原因造成的故障現象在一次正常的操作后有可能會消失，但故障還會隨機出現，必須徹底修復，而此時故障現象暫時消失，導致無法分析查找、排除而留下隱患。所以保留故障現象進行細致分析，找出最符合電原理的故障原因，從而排除故障。

2.2 排除法

整套采集器的部件很多，要準確確定故障部位比較困難，應該斷開部件之間的相互連線，把產品分成一個個獨立的部分，范圍就會縮小，檢查分析就相對容易一些。

2.3 替代法

在大致判斷了故障部位后，用好的部件替代可能出問題的部件，確定故障現象是否消除，如果設備正常，說明所替代下來的部件已損壞。

上述三種方法相輔相成，不是獨立的，只有經過長期實踐，把這些方法融為一體，才能在維修過程中得心應手[1]。

3 故障分析及解決

因風速風向傳感器安裝在10 m高風桿頂部，站址處在較為空曠的野外，在夏季極易受到雷電影響，而導致傳感器損壞或數據異常，更換傳感器須放倒風桿，這是十分麻煩的，因此在不得已放倒風桿以前要大致排查出故障發生部位。

3.1 風速風向傳感器故障診斷

風速數據缺測時可能原因有以下幾種：先檢查風電纜與采集器連接及采集器參數配置是否正確；檢查風速采集器的工作電壓是否正常；在工作電壓正常情況下，檢查風速傳感器的信號輸出頻率，用萬用表頻率擋測量頻率信號輸出，在風杯轉動情況下有頻率輸出即為正常；檢查風速傳感器電纜是否損壞；如上述均正常，可能是采集器或風速傳感器出現故障。風速傳感器測得數據偏小可能原因有以下幾種：采集器參數配置可能不正確；風速傳感器啟動風速偏大；如上述均正常，可能是采集器或風速傳感器出現故障。

3.2 風向傳感器故障診斷

風向傳感器缺測時排查方法有以下幾種：檢查采集器參數配置情況是否正確；檢查風速采集器的工作電壓是否正常，如工作電壓不正常則是采集器供電通道故障；檢查風速傳感器電纜是否損壞；如上述均正常，可能是采集器或風向傳感器工作。

3.3 雨量傳感器故障診斷

雨量數據較為常見，數據出現異常時，在沒有堵塞情況下，如數據仍異常則可能有以下幾種，應逐步排除：檢查雨量傳感器信號線纜與采集器連接及采集器參數配置是否正確；使用萬用表鳳鳴檔，將萬用表的紅黑表筆與雨量傳感器接線柱對接，翻動計數翻斗，雨量傳感器有開關信號輸出，每翻動一次萬用表蜂鳴一次；如上述均正常，可能是采集器或雨量傳感器故障。

雨量傳感器的核心部件是干簧管，無數據時很大可能是干簧管損壞，更換即可。有時也會出現翻斗軸承阻力過大，應更換。

3.4 溫度傳感器故障診斷

目前氣象業務中最常用的溫度傳感器是鉑電阻溫度傳感器，其利用金屬鉑在溫度變化時自身電阻也隨之改變的特性來測量溫度。判斷溫度傳感器故障的常用方法是測量其各線端間的電阻值，具體方法為：檢查溫度傳感器信號線纜與采集器連接及采集器參數配置是否正確；溫度傳感器采用4線制方式接入采集器，使用萬用表歐姆檔分別測量鉑電阻兩端（紅、黃或紅、黑之間）和鉑電阻同一端（紅、紅或黃、黑之間）兩電阻，正常情況下，紅黃或紅黑兩端電阻在90～120 Ω，紅紅或黃黑兩端電阻在0～10 Ω；如上述均正常，可能是采集器或溫度傳感器出現故障。

3.5 濕度傳感器故障診斷

通常使用的濕度是相對濕度。目前區域站對濕度的測量主要使用濕敏電容式傳感器。故障發生時可能原因有以下幾種，應逐步排除：檢查濕度傳感器信號線纜與采集器連接及采集器參數配置是否正確；檢查濕度傳感器供電電壓，用萬用表電壓檔測量濕度傳感器供電電壓是否正常；在供電電壓正常情況下，測量濕度信號輸出線與屏蔽線之間的直流電壓是否在0～1 V，如測量的電壓為0.5 V，則表示當前濕度傳感器輸出的濕度值為50%，以此判斷傳感器的好壞。如上述均正常，可能是采集器或濕度傳感器出現故障。

3.6 濕度傳感器故障診斷

區域站使用硅膜盒電容式氣壓傳感器測量大氣壓，其中的感應元件是電容式硅膜盒。當該變容硅膜盒外界大氣壓力發生變化時，單晶硅膜盒的彈性膜片隨著發生行變而引起硅膜盒平行電容器電容量改變，通過測量電容量計算大氣壓。當氣壓增加時，單晶硅膜盒的彈性膜片向下彎曲，電壓增大；當氣壓減少時，向上彎曲，電壓減小。

在多年運行中，氣壓傳感器發生故障的次數很少，因其結果復雜，如出現故障只能更換新的，也出現過數據異常情況，可根據其工作原理進行簡單排查。在檢查接線和參數設置無誤后，再逐步排除。

3.7 供電單元故障診斷

區域站數據缺測時首先考慮供電單元是否正常，供電單元包括太陽能板、蓄電池、PV控制器。電源故障主要是由于電池不能給設備正常供電，在先檢查供電線路連接無松動和保險無燒毀情況下，可從以下幾個方面排查。

首先用萬用表直流電壓檔測量太陽能板的輸出電壓。在排除接線無松動情況下，如無輸出或電壓偏低，則判斷是太陽能板損壞；再測量采集器上的輸入電壓，如低于正常值，則可能是蓄電池性能下降充電不足，需更換電池。

當因白天數據采集造成晚上缺測時或者一兩天陰雨天氣出現缺測情況，可初步判斷是電池使用時間過長導致性能下降，蓄電能力不強，需更換電池[2]。因長時間陰雨天氣，太陽能板不能對電池充電，長時間導致電池虧損，需更換備用電池。站點周圍有樹木建筑物等較高的障礙物，影響陽光直接照射到太陽能板上，降低了太陽能利用效率，導致電池充電不足。

當陽光充足且障礙物阻擋，區域站卻不工作，可能原因有以下幾種：太陽能板端電源輸出線松動未可靠連接到PV控制器；蓄電池電源過低，致使PV控制器自動關閉負載，電池充電正常后自動恢復；PV控制器故障，需更換；太陽能板性能下降，需更換。

3.8 通信單元故障診斷

晉城所有區域站均采用GPRS通信方式上傳數據，當發現某個站點連續幾個時次無數據時。到達現場后再確定供電正常情況下，用筆記本讀取實時數據，如能讀取數據且正常，則說明各要素傳感器和采集器在正常運行，此時可基本判斷為通信傳輸方面出現問題。再進一步觀察通信模塊指示燈閃爍是否正常，如果不正常，啟用另一家通信公司卡看是否恢復正常，如不正常再排查。檢查天線是否生銹或折損，檢查SIM卡座連接是否可靠，是否重新插拔；可確認站點此處的GPRS信號強弱，若是信號強弱問題，聯系通信公司調整基站信號強度，此時立即用另外一家通信公司卡替換恢復數據上傳。如果上述檢查均正常，再進一步排查通信模塊參數配置是否發生異常變化，聯系省局信息中心核實此站數據上傳的IP地址和映射端口號是否正確。如果上述檢查均正常，則說明通信模塊出現故障，更換即可解決。

3.9 采集器故障診斷

采集器發生故障的原因也是多方面的，但常見的是采集器死機，一般斷電重新啟動即可恢復正常。如果未能恢復正常可按照以下步驟進行排查：斷電重啟后觀察采集器狀態指示燈，如指示燈不正常顯示則說明采集器已壞[3]，需更換；指示燈正常顯示，用RS232串口調試線連接筆記本電腦與采集器，確認二者連接是否成功，如果不能連接成功說明采集器已壞，需更換；如果能連接成功，進一步檢查采集器參數配置是否發生異常變化；無變化時再讀取各要素實時數據，檢查采集到數據正確情況，如果數據全部或單個數據異常說明采集器出現故障。

4 結束語

隨著區域氣象觀測站網不斷完善，以及省局對上傳數據嚴格考核的進一步要求，人們對日常維護維修的要求越來越高，在某個程度上來講，定期對站點環境巡視顯得格外重要。總結近十年來觀測數據異常和裝備故障現象，絕大部分是由于站點環境差造成的。所以此項工作對維護保障人員要求必須具備很強的責任心。出現故障要在規定時間內及時解決，同時做好維護維修記錄，不斷總結積累經驗，把故障率降到最低，保障區域站設備運行安全和數據完整。

［1］徐澤東，廖鑫.無人站、區域站常見故障維護維修［J］.青海氣象，2010（9）：46-49.

［2］于希，周暉.DWSZ-A型區域氣象站的故障維修探討［J］.硅谷，2015（4）：153-154.

［3］朱雪峰，樂影誼.榆林市區域自動站運行情況及常見故障診斷排除［J］.陜西氣象，2011（1）：44-46.

P415.12

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.20.045

2095－6835（2019）20－0105－02

〔編輯：嚴麗琴〕