自動氣象站常見故障分析

李焱乾

摘要：當前，全國所有地面氣象觀測臺站已更新為以新型自動氣象站為核心，綜合集成硬件控制器為手段的地面氣象觀測業務體系。新型站一般具備穩定的數據采集、處理、傳輸能力，由于需24h不間斷采集、處理、儲存和傳輸數據，硬件和軟件故障也時有發生。因此當前全面提升臺站業務人員的技術水平，使臺站業務一線人員熟練掌握新型站硬件和軟件的使用，具備故障判斷及處理故障的能力至關重要。

關鍵詞：自動氣象站;常見故障;措施

區域氣象觀測站以氣象要素的自動觀測為手段，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。區域自動站在偏遠地區可完成長期自動觀測任務，并且在天氣預報、自然災害防御及氣象專業服務等方面均可提供關鍵性的數據支撐。區域氣象觀測站數據是國家級氣象觀測站的重要補充，在為當地經濟社會發展、增強氣象監測手段和提高氣象服務能力方面發揮著重要作用。區域站在業務運行過程中可以實現長期無人值守自動觀測，其長期穩定觀測需要良好的日常維護和及時維修，因此區域站維修問題成為了基層業務人員更為關注的問題，也直接影響觀測數據的準確性和氣象業務質量。本文將區域站長期業務運行過程中出現的設備故障進行了總結，并對故障處理方法進行了深入討論，以期為區域站良好運行提供技術參考。

1區域站系統組成

DSD3型自動氣象站主要由采集器、傳感器、供電系統、無線通信部分組成，可以測量環境溫度和雨量等氣象要素，具有顯示、自動記錄、實時監測、數據存儲和數據通訊等功能，通過太陽能電池板給蓄電池充電，為傳感器、采集器、通信模塊供電。電源采用雙電池隔離分時供電技術，可有效地防止共模、差模干擾侵入。

2故障診斷及維修方法

2.1個別時次缺測

目前值班人員通過運行監控業務系統對區域站在線情況進行實時監控，數據來源于中心站，采集器與中心站每小時會自動對時1次，當設備運行過程中出現時鐘錯誤的故障，當前時次數據就會缺測，而通信終端心跳包時間實時更新仍然在線，正常情況下中心站會自動校時，區域站下一時次數據傳輸恢復正常;若心跳包時間不再更新，則通信中斷，需要現場維修。

2.2整站數據連續缺測

2.2.1供電故障

當供電系統出故障時，整站將停止工作，首先要檢查外觀，看太陽能板是否有污物、遮擋和損壞，連接線纜是否有損壞，電池是否有腐蝕、泄漏、凹癟或是鼓脹現象，連接線纜是否有損傷，接線端子是否有松動現象。外觀檢查正常的情況下，采用測量法進行測量，測量采集器電源輸入端子上的電壓，如果電壓讀數大于11.5V，則供電正常;如果電壓讀數小于11V，則可能是供電出現問題。在太陽能充電控制器上測量負載的正負端的電壓，如果在充電控制器上測量的電壓超過11.5V，但在數據采集器上測量的電壓明顯低于11.5V，則需要檢查它們之間的導線。在測量過程中，電池電壓大于11.5V，而太陽能控制器負載端電壓小于11.5V;或者太陽能板的電流輸出正常，而太陽能控制器的負載端電壓超過14.4V;或者采集器和太陽能充電控制器負載端的測量讀數都小于11.5V，斷開太陽能板的線纜來測量電池電壓，電壓讀數大于11.5V，則電池正常，但是控制器可能存在問題。電池電壓讀數小于11.5V，斷開電池，測量太陽能板上的電壓，測量之前需要斷開太陽能板與太陽能充電控制器之間的連接。在太陽能板能夠正常接受太陽光直射時測量，測量太陽能板電源線的末端裸線電壓，電壓小于額定值，則太陽能板損壞需要更換;或將數字萬用表設置在10A直流電流擋，測量太陽能電池板上的電流。為避免產生火花，在測試前臨時覆蓋太陽能電池板，連接好萬用表表筆后從太陽能電池板上取下覆蓋物，讓太陽能電池板暴露在陽光下。如果來自太陽能電池板的電流測量結果不顯示或明顯偏低，則太陽能電池板或太陽能電池板與電源之間連接的導線可能被損壞。當連接電池時，電壓低于11.5V，而斷開電池時，電壓升至14.4V，說明需要更換電池，更換下來的電池可以通過測量內阻檢測，當內阻測試值高于初始值40%時，可以判定電池性能變差，不能再充電使用。

2.2.2通信故障

通信模塊不工作或不能登錄網絡都會造成通信故障，正常運行時，通信模塊電源指示燈和網絡指示燈閃亮，有數據傳輸時數據燈閃亮。首先檢查供電是否正常，供電正常的情況下電源指示燈不亮，說明通信模塊故障需要更換。電源指示燈閃亮，網絡指示不亮，說明通信模塊未連接至網絡，可能的原因有：（1）環境信號不好;（2）SIM卡沒插好;（3）天線沒插好或斷開。在模塊配置正確的前提下，通過手機設置查看當地信號強度能否滿足工作要求、檢查天線的接觸是否良好、采集器串口到通信模塊的數據線是否接好，用橡皮擦或用棉簽沾點白醋把SIM卡金屬面氧化層去除，檢查完畢后給模塊重新加電，電源指示燈開始閃爍。剛開始時，模塊要尋找網絡，基本1～2min的時間即可獲得自己的IP并且附著到移動網上，等待數據的傳輸，此時綠色指示燈約2S閃爍1次，否則，更換模塊或增加當地信號強度。

2.2.3傳感器故障

采集器不采集雨量，檢查傳感器的接線是否良好、雨量翻斗放置是否正確、雨量傳感器是否堵塞等。雨量數據線的測試：采集器正常工作情況下，用萬用表20V直流擋測試采集器J2接線端子的1、2腳，電壓應為12V，若無，拔下接線端子重新接線。若有，打開雨量傳感器，測試雨量傳感器的接線端子應為12V，若無，檢查航空插頭是否接好。雨量翻斗的檢查：翻斗帶平衡螺絲的一側應放在外測，小心放在翻斗支撐點上，輕輕撥動使其可正常翻轉。翻轉1次采集器應記錄0.1mm。如不記錄，用萬用表的20V直流擋測試雨量數據線的兩端電壓，在翻斗不動作時，電壓為12V，翻斗動作時，電壓值變小，如無變化，在確定數據線接觸良好的情況下，可判斷雨量傳感器故障。如果堵塞，清洗維護雨量傳感器。

2.3采集器不采集溫度

DSD3型自動氣象站采用DS18b20數字式溫度傳感器，利用溫敏振蕩器的頻率隨溫度變化的關系，通過對振蕩周期的計數來實現溫度測量的。傳感器的三根引線分別是電源、數據輸出和傳感器接地。溫度不采集一般是接觸不好，首先把溫度端子拆下重新擰緊螺絲，同時注意接線順序為電纜顏色紅-黃-藍，不可顛倒;其次將遮陽罩拆下，檢查航空插頭處是否連接良好，包括端子焊接處是否有脫焊等;否則更換溫度傳感器。采集器故障，顯示屏顯示錯誤或采集器顯示屏不顯示、界面的時間顯示不變化，但通信模塊在線、數據采集、傳輸正常，此現象為不刷新屏幕，即死屏，可關閉采集器，待1min后重啟采集器，查看是否正常，若不正常則更換采集器。采集器顯示屏顯示的時間錯誤，此現象為時鐘芯片故障，更換時鐘芯片或采集器即可。

3結語

本文詳細介紹DSD3型自動氣象站的原理、功能和結構，分析各種故障發生的原因，總結診斷維修方法，幫助維修保障人員提高業務技能。在進行維修前，應充分分析監控軟件數據信息，判斷故障可能的成因，這樣才能精準、快速、高效維修故障站點，減少故障時長，保障業務運行質量。

參考文獻

[1]施海瑞，黃學寧，徐爽，等.氣候資料在邢臺市氣候生產力變化研究中的應用[J].國外電子測量技術，2019，38（8）：129-133.

[2]江益，王立俊，羊清雯，等.南海區域站氣象資料質量控制方法改進[J].氣象科技，2018，46（3）：474-478.