《新型区域自动气象站的故障判断与处理》
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摘 要：区域自动气象站作为国家区域天气观测网的重要组成部分,对加强中小尺度天气系统的研究、提高省市区域灾害性天气监测能力和防灾减灾气象服务水平具有十分重要意义.本文对DZZ5新型区域自动气象站常见的故障及维修方法进行深度剖析,希望能为广大区域站保障人员提供参考,提高区域站维修效率.
关键词：区域自动气象站;传感器;故障;调试
Abstract： As an important part of the national regional weather observation network, the regional automatic station plays an important role in strengthening the research of all and medium scale weather system, improving the ability of regional disastrous weather monitoring and meteorological service level of disaster prevention and mitigation in our city. This paper analyzed the common faults and maintenance methods of DZZ5 new regional automatic station, hoping to provide reference for the support personnel of regional stations and improve the maintenance efficiency of regional stations.
Keywords： regional automatic weather station;sensor;fault;debugging
1 区域自动气象站的组成
DZZ5型区域自动气象站为河南地区的主流区域自动气象站,主要由采集器、GPRS通信系统、太阳能供电系统、防雷单元和气象要素传感器组成.气象要素传感器主要包括雨量传感器、风向传感器、风速传感器、温度传感器、湿度传感器和气压传感器.各类传感器与采集器相连.采集器按程序设定收集、存储、处理各气象要素值,并通过GPRS通信系统将数据传输至数据中心[1].
2 常见故障分析及处理
2.1 供电系统故障
区域自动气象站供电系统主要由太能板、电源适配器和蓄电池组成.蓄电池充电不足和性能下降往往会造成部分站点白天数据传输正常,晚上无数据上传[2].北方的冬季日照时间短,如果遇到持续雾霾天气,太阳能供电系统会受到一定影响.铅酸蓄电池性能受温度影响较大,冬季蓄电池性能严重下降.当蓄电池电压低于11 V时,电源适配器启动自我保护,自动关闭负载电源输出,从而造成采集器和通信模块无电源输入而关机.通过登录河南省气象局开发的“地面气象观测监控管理平台（OS）”,查询该站点最后一次数据传输的电压.如果电压低于11 V,基本断定为供电系统故障.维修人员需要带万用表、蓄电池、电源适配器等工具及备件到现场测量并更换故障部件.
2.2 通信卡故障
通信卡存在的主要故障是通信卡欠费停机.对于此种故障,首先建议对每个站的SIM卡进行备案登记.其次,若发现某站点无数据传输,拨打SIM卡运营商电话,咨询该站点SIM卡是否存在欠费停机情况.例如,移动SIM卡可以拨打10086查询.如果存在欠费停机情况,及时缴费便可恢复数据传输.
2.3 GPRS信号、通信模块故障
新乡地区在用的DZZ5型区域自动气象站均采用GPRS进行数据传输,通信模块有TG04、HY-TG04（814）两种型号,HY-TG04（814）支持4 G网络通信.随着无线通信技术的不断发展,4 G网络已成为各大移动通信运营商的主流网络.现各大移动通信运营商已逐步停止对2 G无线信号的维护,这就造成部分安装2 G通信模块的站点偶尔出现通信故障.排查和故障处理方法为：①排查天线及数据卡是否松动;②如果设备为2 G通信模块,现场更换其他通信运营商通信卡测试或者升级为4 G通信模块;③设备为4 G通信模块,首先确定SIM卡是否支持4 G网络,如果支持4 G,将SIM卡取出安装于手机,看是否能找到4 G网络信号.如果手机上网正常,则说明GPRS信号无异常,需要用笔记本及相关调试软件对通信模块进行测试.例如,TG04、HY-TG04（814）通信模块可以用“华云尚通本地维护管理软件”核对配置参数,并查看通信状态.如果配置信息无误,通信仍无法附着网络,则说明通信模块故障,需更换通信模块.
2.4 数据采集系统故障
数据采集器是区域自动气象站的核心部分,DZZ5型区域自动气象站采用HY3000型数据采集器.对于采集系统故障的现场核查,维修人员需要携带笔记本（安装有相关调试软件）、双母头交叉调试线、USB转串口线、万用表等工具及备件.在核查过程中,要观察采集器运行指示灯是否亮,如果不亮,用万用表判断是否存在供电故障.如果供电正常,则需要排查采集器自身的故障.首先,在断电情况下使用双母头交叉调试线及USB转串口线将笔记本与采集器RS232-1口连接,并打开相关调试软件,设置好对应的串口参数,例如,HY3000采集器串口参数为（9 600,n,8,1）;然后给采集器加电,若采集器不能正常启动或者正常启动后输入相关命令无返回或者返回错误,则需要刷新采集器程序或者更换采集器.
2.5 防雷板故障
防雷板是采集器的防雷保護装置.传感器信号线进入机箱经防雷板转接至采集器.防雷板可有效缓解传感器遭受雷电袭击时对采集器的损坏[3].但是,当雷击或者防雷板元件老化时也会造成防雷板故障,从而使某一项或者几项传感器数据异常.防雷板故障排查及处理方法主要为：①跳过防雷通道将两端接线直接连接,如果故障消失,则可确认是防雷板故障;②如果确认故障在防雷板,则检查其各个通道分别有无对地短路或两端开路现象,并检查相邻通道间有无短路现象;③如果确认某个通道有问题,则将此通道连接的线缆移至空余通道,或者更换防雷板.
2.6 传感器故障
传感器故障主要指某个传感器数据无法采集或者采集到的数据与标准值差值较大.造成这些情况的原因大多为线路连接故障和传感器老化.处理这类故障需要进行现场测量,必要时更换传感器.
2.6.1 雨量传感器.雨量传感器的主要故障为降水无雨量计数或者雨量偏小.故障处理措施为：①检查雨量筒及传感器是否堵塞,由于雨量传感器位于野外,落叶、鸟粪、小虫很容易堵塞雨量筒及雨量传感器漏斗,若有堵塞,应及时清理;②检查雨量传感器的干簧管是否损坏,用万用表电阻档测量干簧管两端,翻转一次翻斗,万用表应该有一个跳变,如果表针没有变化,则说明干簧管已损坏,更换即可;③检查雨量传感器信号线是否破埙、采集器雨量接线端子是否松动.在故障检测及处理过程中也存在特殊情况,即万用表测量干簧管跳变正常,雨量信号线也无断路,采集器却无法采集雨量.造成这种情况的原因在于干簧管老化、性能下降,干簧管吸合后,形成脉冲信号太弱,采集器无法正常感应.此外,还要注意的是,对雨量传感器维护、维修过程中,要注意将信号线接头用胶带包裹好,以免短路造成无效降水.
2.6.2 风速、风向传感器.以DZZ5区域站安装的EL15-1C风速传感器和EL15-2C风向传感器为例.第一,风向或者风速数据缺测.对此,查看传感器信号线是否断路及对应采集器接线端子是否有松动或者虚接;测量采集器给湿度传感器供电是否正常,用万用表测量采集器端对应风向、风速传感器供电线路接线端子与地电压,正常电压为5 V左右;测量风速传感器信号输出是否正常,用万用表测量信号线模输出电压,EL15-1C风速传感器正常值为2.5 V左右,风向输出信号类型：7位数字量（格雷码）.第二,风向、风速与实际差值较大.风向、风速传感器长期工作,轴承会出现磨损情况,表现为风杯、风向部分响应灵敏度降低.由于现场校准比较麻烦,所以建议在日常维护风向、风速时,直接更换备件.对换下的传感器更换轴承或者送回处厂家维修并校准.
2.6.3 温度传感器.区域站常用的温度传感器为Pt100铂电阻传感器,如图1所示.温度传感器存在的故障及处理措施如下.第一,温度数据缺测.首先查看温度线及相应的采集器接线端子是否有松动或者虚接.如果没有,则需要用万用表测量温度数据线是否有断路,将万用表调至通断档,分别用表笔测量信号线1脚与2脚和3脚与4脚,如果无蜂鸣说明线路断路,需更换信号线.第二,监测到的温度与实际相差较大.对此,可以利用万用表电阻档测量1脚（或者2脚）与3脚（或者4脚）之间的电阻值[R1],测量1脚与2脚（或者3脚与4脚）之间的电阻值[R2].[R1]减去[R2]求得铂电阻的电阻大小[R],利用公式（1）算出测量时的温度值,并与标准温度对比,对温度传感器的状况进行初步判断,若差别较大,则说明传感器损坏,需更换温度传感器.
2.6.4 湿度传感器.以常用的HYHMP-155型湿度传感器（见图2）为例.该传感器出现的主要故障为温度数据缺测.对此,首先要查看温度信号线是否断路及对应采集器接线端子是否有松动或者虚接;其次,测量采集器给湿度传感器供电是否正常,用万用表测量采集器端对应湿度传感器供电线路接线端子与地电压,正常电压为12 V左右;再次,测量湿度传感器信号输出是否正常,用万用表测量信号线模拟输出电压,正常值为0～1 V.如果湿度值与标准值差值较大,说明湿度传感器电子元件灵敏度故障,需更换传感器.
2.6.5 气压传感器.气压传感器安装于机箱内部,相对受外界环境影响较小.气压缺测时检查气压传感器与采集器连接线路及供电是否正常.气压值异常时,检查通气孔内是否被异物、灰尘堵住,保证通气顺畅.在日常维护过程中,也曾出现过更换气压传感器后采集器无法正常读取气压数据的情况.这主要是由气压传感器串口参数和采集器端通信串口参数不一致造成的.新型DZZ5区域自动气象站采集器默认气压通信串口参数为（9600,n,8,1）,而有些气压传感器出厂时参数并非如此.例如,笔者在实际工作中就遇到串口参数为（9600,E,7,1）的气压传感器.这就需要用气压配置软件PTB210-wizard对气压传感器串口参数进行重新设置,然后再接入采集器.因此,当需要更换气压传感器时,首先要确认气压传感器备件的串口参数.
3 结语
区域自动气象站作为气象观测体系的重要组成部分,在全国范围内已得到广泛建设和应用.随之而来的维护、维修工作也日益繁重.作为区域站保障维护人员,掌握科学的故障判断及处理方法就显得尤为重要.笔者结合自身经验对区域自动气象站保障工作中遇到的故障进行概括总结,并提出故障处理措施,希望能为广大区域自动气象站保障人员提供参考,提高区域自动气象站保障能力和传輸及时率.
参考文献：
[1]蔡江宏.浅谈区域自动气象站常见故障及维修方法[J].智能城市,2017（11）：176.
[2]范从文.区域自动气象站故障判断与处理技巧[J].科技信息,2010（11）：836.
[3]杜志国,张秀艳,刘婧婧,等.区域自动气象站常见故障的分析与排除[J].吉林农业,2019（9）：101.
总结:本文是一篇关于自动气象站和时政方面的大学硕士和本科毕业论文以及气象相关自动气象站和时政论文开题报告范文和职称论文写作参考文献资料.
自动气象站和时政引用文献:
[1] 自动气象站和时政自考毕业论文范文 关于自动气象站和时政相关硕士论文开题报告范文2500字
[2] 自动气象站和时政毕业论文题目范文 自动气象站和时政有关在职开题报告范文10000字
[3] 自动气象站和时政自考开题报告范文 关于自动气象站和时政相关论文范文检索5000字
