DFC2型數字日照計的故障診斷及維護維修

陳 寧 鮑 清 劉洪濤 戴 江 羅鴻宇

湖北省氣象信息與技術保障中心 湖北武漢 430074

1 概述

日照是指太陽在一地實際照射的時數[1]。在氣象方面,日照一直采用的是暗筒式日照計進行人工觀測,這種觀測方式需要在觀測日照紙上涂抹感光藥水,費時費力,同時準確性受人為因素影響較大。由于我國各種氣象自動化裝備陸續被研制成功,氣象觀測方面的人工觀測項目也被自動觀測替代,氣象觀測也逐漸完成了自動化推進。目前湖北省氣象觀測中的日照觀測項目已經全部由DFC2光電式數字日照計(以下簡稱數字日照計)的自動觀測代替傳統的人工觀測進行日照的自動觀測。

數字日照計是根據輻射測量原理研制出的日照自動觀測設備。用自動設備觀測日照,不但減少了人力消耗,還減少了觀測過程中的人為因素影響,對觀測數據的準確性有很大幫助,為氣象及其他行業提供了更加精準的數據服務。

2 數字日照計的結構

DFC2型數字日照計由以下幾個部分組成:HYSD-1數字日照傳感器(以下簡稱傳感器)、含電源模塊、蓄電池及防雷模塊的機箱部分和設備支架三個部分組成,如圖1所示。數字日照計由串口數據線連接到綜合集成硬件控制器,再通過光纖連接到電腦中的地面綜合觀測業務軟件(ISOS),進行數據的顯示、傳輸并保存。

圖1 DFC2型數字日照計結構組成

日照傳感器如圖2所示,使用光電感應器觀測太陽的各種輻射的量值,計算出日照時數,無須外接采集器,設備用串口線輸出數據。日照傳感器無機械轉動裝置,采用光電式感應元件,高準確度數據測量,性能穩定、可長時間獨立運行。供電部分則采用直流12V、38AH的蓄電池對整個儀器進行供電,220V交流電對蓄電池進行充電。儀器安裝在支架上,其中固定傳感器的支架帶有緯度、南北子午線和水平調節裝置[2-3]。

圖2 日照傳感器實物圖

3 數字日照計的安裝與調試

3.1 數字日照計的安裝

數字日照計應按照《地面氣象觀測規范》中設備的安裝位置要求進行安裝,將數字日照計安裝在原有暗筒式日照計的位置上[4-6]。日照傳感器安裝高度應距地面150±5cm,日照傳感器的光筒頂端朝北,底座應保持水平。日照傳感器安裝完成后,將串口數據線連接到綜合集成硬件控制器的串口接口上。

3.2 數字日照計的調試

ISOS是數字日照計的接入軟件,將數字日照計接入ISOS軟件中且通信正常后,要對日照傳感器的區站號、經緯度等基本參數進行設置。日照傳感器相關參數如下:QZ,12345修改臺站號,將后面的12345修改成真實的臺站號;LONG,111.11.11修改經度,度、分、秒之間以“.”隔開;LAT,11.11.11修改緯度,度、分、秒之間以“.”隔開。

參數設置完成后,可以通過讀取分鐘數據命令“READDATA”來獲得傳感器中的數據。如果通過命令讀取的日照傳感器的數據為“BG,57494,01,YSDR,001,20191210134600,001,004,01,AJT,201912101331,AKA,1,AKB,20,AKC,004,0000,z,0,5023,ED”,其中57494是武漢站點的區站號,01表示此站點是國家級基本氣象站,20230221124500表示當前是北京時間2023年2月21日12點45分00秒,202302211223表示當前的地方時是2023年2月21日12點23分。AKA,1表示當前分鐘有日照,AKB,20表示小時內累計有20分鐘日照,AKC,004表示日累計有0.4小時日照。

4 數字日照計的故障診斷與維修

通常情況下,數字日照計的大部分故障為無數據,小部分故障為數據異常,可以按照下面的方法從軟件到硬件對故障進行診斷排查與維修。

4.1 從接入軟件ISOS對日照傳感器進行檢查

打開日照計的接入軟件ISOS中的維護終端窗口,將斷電重啟數字日照計,查看啟動信息是否在維護終端窗口顯示,如果有顯示,說明數字日照計與業務電腦數據通信正常。若沒顯示,則需要繼續進行查找故障點。在ISOS軟件中,查看日照傳感器對應的參數是否正確,其中傳感器的波特率是:9600、N、8、1,查看是否設置正確,若波特率設置錯誤,也會使得通信不正常而導致無數據顯示。若通信正常,則檢查日照傳感器的時間是不是當前時間,若不是當前時間,會導致數據異常,則需重新設置正確的當前時間。

4.2 對數字日照計的供電電源部分進行檢查

檢查數字日照計的電池電壓是否高于12V,正常情況下電壓處于12～14V之間。儀器供電電壓不達標,會導致儀器工作不正常而數據異常或者儀器徹底不工作[7]。若電壓為0,則懷疑保險絲是否燒斷、電源開關是否合攏、電源接線是否松動,這幾項都需逐一排查。若電壓低于10V,說明蓄電池有電但是電力不夠,懷疑電池是否在充電,需檢查對電池充電的交流電供電是否正常。若正常,說明電池使用時間過長需更換;若不正常,則需要對供電的交流電進行維護。

4.3 對通信線路進行檢查

檢查數字日照計能否正常通信到ISOS軟件,各處的通信線路特別是串口232通信線的接頭處是否都緊固。首先檢查日照計到綜合集成硬件控制器的串口通信線是否連接正常,串口線是否有短路或者斷路情況。檢查是否短路:首先將數字日照計整個系統斷電,把日照傳感器端的串口通信線中的黃色發送信號線(TXD)和藍色接收信號線(RXD)斷開不接觸,在串口線的另一端找到對應的線頭,使用萬用表蜂鳴檔測量這兩根線,通過蜂鳴聲來確認串口通信線有無短路故障,有蜂鳴聲則有短路,無蜂鳴聲則無短路。檢查是否斷路:同樣是將數字日照計整個系統斷電,把日照傳感器端的串口通信線中的黃色發送信號線(TXD)和藍色接收信號線(RXD)連接到一起,在串口線的另一端找到對應的線頭,使用蜂鳴檔測量這兩根線,也是通過蜂鳴聲來確認串口通信線有無斷路故障,有蜂鳴聲則無斷路,無蜂鳴聲則有斷路。

在確定串口232通信線路無故障后,檢查與日照傳感器連接用于通信的綜合集成硬件控制器的接口是否正常,如懷疑接口故障,可以試著用綜合集成硬件控制器不同接口進行連接,檢查通信是否正常。若換了接口后通信恢復正常,則是綜合集成硬件控制器的其中一個串口接口故障。

4.4 對日照傳感器外觀及加熱功能進行檢查

檢查傳感器的外觀情況,光筒玻璃罩是否有遮擋,若有異物遮擋,用布擦拭干凈玻璃罩后檢查數據是否正常。若光筒玻璃罩有霧或霜,則需檢查日照傳感器的加熱功能是否已經啟動并運行。日照傳感器本身帶有自動加熱的除霧除霜功能,打開ISOS軟件的維護終端窗口發送“HEATCTRL,1,6”命令,可以打開日照傳感器的自動加熱功能,也可以發送“HEATCTRL,0,3”命令強制啟動日照傳感器的加熱功能。如果日照傳感器已開啟加熱10～20分鐘后,玻璃罩的霜或霧仍舊沒有消散,就需要檢查日照傳感器的供電電壓是否正常了,若電壓低于工作范圍,加熱功能就不啟動。以上都排除后,則要檢查日照傳感器的加熱模塊是否產生故障了。最后檢查傳感器內的干燥劑是否受潮變色,若受潮變色則要取出失效的干燥劑,放入新的干燥劑。

4.5 對數字日照計接地線的零地電壓進行檢查

一般地面氣象觀測設備都會有接地線連接到整個觀測場的防雷地網中,既可以用作防雷保護,也可以用作供電電源中的地線使用。數字日照計用到了交流電給電池充電,那么地線一定要接好,有時候交流電零線與地線間的電壓過高,會使得數字日照計工作不正常,產生異常數據。因此,我們對數字日照計的零地電壓也要進行測量,確保其在規定的范圍內。

若以上檢查都正常,則要懷疑是傳感器內部零件產生了故障,需要更換新的日照傳感器。更換新的日照傳感器后,要對日照傳感器的區站號、經緯度等基本參數進行重新設置。

5 數字日照計的維護

(1)每天應檢查儀器是否正常工作,同時檢查觀測數據是否正確;每日必須填寫值班日志,按照規范中的要求,對缺測數據和異常數據進行詳細的記錄。

(2)設備維護人員每月至少對儀器設備進行1～2次全面巡查,清理光筒附著的雜物。若發生雨、雪、霧、霾等天氣,值班人員需及時將雪或其他凝結物等雜物從光筒上清理干凈,并檢查日照傳感器的除霧除霜情況;檢查光筒中的受潮情況,看干燥劑是否受潮變色,若變色就要更換干燥劑,更換后需扭緊蓋頂,防止水汽進入導致受潮;檢查儀器電源是否正常,電池是否有12V電壓。

(3)若日照傳感器進行了更換,安裝新日照傳感器時要注意恢復固定光筒與底座的夾角,新日照傳感器的參數也要重新設置。

(4)儀器出現故障時,臺站人員可以先自行維護一些小故障,并同時做好值班日志記錄;碰上處理不了的故障時,可以及時聯系省局技術保障人員,將故障信息詳細地告知他們,要求他們電話指導維修,或到現場維修。

結語

本文對DFC2型光電式數字日照計進行了介紹,列出了日照計的幾種常見故障并分析了故障原因和排除方法,這些故障具有一定的代表性。為獲得更準確的數據,為氣象、農林業、旅游業和其他行業提供準確的數據服務,就必須及時對觀測設備進行日常維護維修。本文就是希望臺站工作人員能在日照計出現故障后,及時準確地找出故障點,使設備盡快恢復正常。