区域自动气象观测站常见故障诊断方法总结

徐建文，宋方超，朱富生，侯进忠，赵慧琴

区域自动气象观测站常见故障诊断方法总结

徐建文1，宋方超1，朱富生2，侯进忠1，赵慧琴1

（1.山西省晋城市气象局，山西 晋城 048000；2.山西省高平市气象局，山西 晋城 048400）

区域自动气象观测站（简称区域站）是国家级气象观测网的重要组成部分，在城镇精细化预报、灾害性天气预测预警、地质灾害预警、汛期决策服务中发挥着重要作用。因区域站野外运行环境恶劣，时常出现各种故障，影响观测资料的及时性、准确性和可用率。通过对区域站维护维修过程中遇到的实际问题进行综合分析，总结出了维护和故障排除中的方法、技巧和经验，以便在日后工作中参考，提高区域站观测资料的可用率。

区域站；故障；排除方法；故障分析

区域站是自动观测自动采集数据，自动通过移动GPRS网传输数据为主要手段。承担地面气象要素的时空加密观测任务，提供区域性高时空分辨率的中小尺度灾害性天气、局部环境和区域气候等观测数据。区域站是国家级气象观测站的重要补充，在气象业务及各种服务中发挥着积极的作用。

1 结构组成与工作原理

以DZZ4型区域站为例，区域站通常由硬件及软件两部分组成。硬件包括各要素传感器、数据采集器、数据通信终端和外部设备等；软件包括采集器嵌入式软件和气象业务软件（包括采集软件、数据应用软件）两类。

外部设备包括电源、终端微机和外存储设备等。采集器是区域气象站核心，主要完成数据采集、数据处理和系统运行管理功能，其由硬件和嵌入式软件组成。硬件包含高性能嵌入式处理器、高精度A/D电路、高精度实时时钟电路、大容量的程序和数据存储器、传感器接口、通信接口、外接存储器接口、监测电路、指示灯等，硬件系统能够支持嵌入式实时操作系统的运行。

采集器主要有两大功能：①完成基本气象要素传感器和各挂接分采集器的数据采样，对采样数据进行控制运算、数据计算处理、数据质量控制、数据记录存储，实现数据通信和传输，与终端电脑或远程数据中心进行交互；②担当管理者角色，对组成区域站的其他分采集器进行管理，包括网络管理、运行管理、配置管理、时钟管理等以协同完成区域站的功能。

2 故障判断方法

保障维护好区域站须做到以下几点：要建立一套详细规范维修维护记录；维护时携带必要的配件和维修工具；保存好各种传感器、采集器及电源等辅助设备说明书；熟练掌握采集器和各类传感器基本结构和工作原理。以上述几点为基础，用恰当的判断故障方法，可快速排查出故障发生的部位。以下三种方法是最常用方法。

2.1 电原理法

电原理法的原则重点在分析，当故障发生时，除非危及人身或财产安全，尽量保留故障现象，以利于分析，因为有时干扰、虚焊等原因造成的故障现象在一次正常的操作后有可能会消失，但故障还会随机出现，必须彻底修复，而此时故障现象暂时消失，导致无法分析查找、排除而留下隐患。所以保留故障现象进行细致分析，找出最符合电原理的故障原因，从而排除故障。

2.2 排除法

整套采集器的部件很多，要准确确定故障部位比较困难，应该断开部件之间的相互连线，把产品分成一个个独立的部分，范围就会缩小，检查分析就相对容易一些。

2.3 替代法

在大致判断了故障部位后，用好的部件替代可能出问题的部件，确定故障现象是否消除，如果设备正常，说明所替代下来的部件已损坏。

上述三种方法相辅相成，不是独立的，只有经过长期实践，把这些方法融为一体，才能在维修过程中得心应手[1]。

3 故障分析及解决

因风速风向传感器安装在10 m高风杆顶部，站址处在较为空旷的野外，在夏季极易受到雷电影响，而导致传感器损坏或数据异常，更换传感器须放倒风杆，这是十分麻烦的，因此在不得已放倒风杆以前要大致排查出故障发生部位。

3.1 风速风向传感器故障诊断

风速数据缺测时可能原因有以下几种：先检查风电缆与采集器连接及采集器参数配置是否正确；检查风速采集器的工作电压是否正常；在工作电压正常情况下，检查风速传感器的信号输出频率，用万用表频率挡测量频率信号输出，在风杯转动情况下有频率输出即为正常；检查风速传感器电缆是否损坏；如上述均正常，可能是采集器或风速传感器出现故障。风速传感器测得数据偏小可能原因有以下几种：采集器参数配置可能不正确；风速传感器启动风速偏大；如上述均正常，可能是采集器或风速传感器出现故障。

3.2 风向传感器故障诊断

风向传感器缺测时排查方法有以下几种：检查采集器参数配置情况是否正确；检查风速采集器的工作电压是否正常，如工作电压不正常则是采集器供电通道故障；检查风速传感器电缆是否损坏；如上述均正常，可能是采集器或风向传感器工作。

3.3 雨量传感器故障诊断

雨量数据较为常见，数据出现异常时，在没有堵塞情况下，如数据仍异常则可能有以下几种，应逐步排除：检查雨量传感器信号线缆与采集器连接及采集器参数配置是否正确；使用万用表凤鸣档，将万用表的红黑表笔与雨量传感器接线柱对接，翻动计数翻斗，雨量传感器有开关信号输出，每翻动一次万用表蜂鸣一次；如上述均正常，可能是采集器或雨量传感器故障。

雨量传感器的核心部件是干簧管，无数据时很大可能是干簧管损坏，更换即可。有时也会出现翻斗轴承阻力过大，应更换。

3.4 温度传感器故障诊断

目前气象业务中最常用的温度传感器是铂电阻温度传感器，其利用金属铂在温度变化时自身电阻也随之改变的特性来测量温度。判断温度传感器故障的常用方法是测量其各线端间的电阻值，具体方法为：检查温度传感器信号线缆与采集器连接及采集器参数配置是否正确；温度传感器采用4线制方式接入采集器，使用万用表欧姆档分别测量铂电阻两端（红、黄或红、黑之间）和铂电阻同一端（红、红或黄、黑之间）两电阻，正常情况下，红黄或红黑两端电阻在90～120 Ω，红红或黄黑两端电阻在0～10 Ω；如上述均正常，可能是采集器或温度传感器出现故障。

3.5 湿度传感器故障诊断

通常使用的湿度是相对湿度。目前区域站对湿度的测量主要使用湿敏电容式传感器。故障发生时可能原因有以下几种，应逐步排除：检查湿度传感器信号线缆与采集器连接及采集器参数配置是否正确；检查湿度传感器供电电压，用万用表电压档测量湿度传感器供电电压是否正常；在供电电压正常情况下，测量湿度信号输出线与屏蔽线之间的直流电压是否在0～1 V，如测量的电压为0.5 V，则表示当前湿度传感器输出的湿度值为50%，以此判断传感器的好坏。如上述均正常，可能是采集器或湿度传感器出现故障。

3.6 湿度传感器故障诊断

区域站使用硅膜盒电容式气压传感器测量大气压，其中的感应元件是电容式硅膜盒。当该变容硅膜盒外界大气压力发生变化时，单晶硅膜盒的弹性膜片随着发生行变而引起硅膜盒平行电容器电容量改变，通过测量电容量计算大气压。当气压增加时，单晶硅膜盒的弹性膜片向下弯曲，电压增大；当气压减少时，向上弯曲，电压减小。

在多年运行中，气压传感器发生故障的次数很少，因其结果复杂，如出现故障只能更换新的，也出现过数据异常情况，可根据其工作原理进行简单排查。在检查接线和参数设置无误后，再逐步排除。

3.7 供电单元故障诊断

区域站数据缺测时首先考虑供电单元是否正常，供电单元包括太阳能板、蓄电池、PV控制器。电源故障主要是由于电池不能给设备正常供电，在先检查供电线路连接无松动和保险无烧毁情况下，可从以下几个方面排查。

首先用万用表直流电压档测量太阳能板的输出电压。在排除接线无松动情况下，如无输出或电压偏低，则判断是太阳能板损坏；再测量采集器上的输入电压，如低于正常值，则可能是蓄电池性能下降充电不足，需更换电池。

当因白天数据采集造成晚上缺测时或者一两天阴雨天气出现缺测情况，可初步判断是电池使用时间过长导致性能下降，蓄电能力不强，需更换电池[2]。因长时间阴雨天气，太阳能板不能对电池充电，长时间导致电池亏损，需更换备用电池。站点周围有树木建筑物等较高的障碍物，影响阳光直接照射到太阳能板上，降低了太阳能利用效率，导致电池充电不足。

当阳光充足且障碍物阻挡，区域站却不工作，可能原因有以下几种：太阳能板端电源输出线松动未可靠连接到PV控制器；蓄电池电源过低，致使PV控制器自动关闭负载，电池充电正常后自动恢复；PV控制器故障，需更换；太阳能板性能下降，需更换。

3.8 通信单元故障诊断

晋城所有区域站均采用GPRS通信方式上传数据，当发现某个站点连续几个时次无数据时。到达现场后再确定供电正常情况下，用笔记本读取实时数据，如能读取数据且正常，则说明各要素传感器和采集器在正常运行，此时可基本判断为通信传输方面出现问题。再进一步观察通信模块指示灯闪烁是否正常，如果不正常，启用另一家通信公司卡看是否恢复正常，如不正常再排查。检查天线是否生锈或折损，检查SIM卡座连接是否可靠，是否重新插拔；可确认站点此处的GPRS信号强弱，若是信号强弱问题，联系通信公司调整基站信号强度，此时立即用另外一家通信公司卡替换恢复数据上传。如果上述检查均正常，再进一步排查通信模块参数配置是否发生异常变化，联系省局信息中心核实此站数据上传的IP地址和映射端口号是否正确。如果上述检查均正常，则说明通信模块出现故障，更换即可解决。

3.9 采集器故障诊断

采集器发生故障的原因也是多方面的，但常见的是采集器死机，一般断电重新启动即可恢复正常。如果未能恢复正常可按照以下步骤进行排查：断电重启后观察采集器状态指示灯，如指示灯不正常显示则说明采集器已坏[3]，需更换；指示灯正常显示，用RS232串口调试线连接笔记本电脑与采集器，确认二者连接是否成功，如果不能连接成功说明采集器已坏，需更换；如果能连接成功，进一步检查采集器参数配置是否发生异常变化；无变化时再读取各要素实时数据，检查采集到数据正确情况，如果数据全部或单个数据异常说明采集器出现故障。

4 结束语

随着区域气象观测站网不断完善，以及省局对上传数据严格考核的进一步要求，人们对日常维护维修的要求越来越高，在某个程度上来讲，定期对站点环境巡视显得格外重要。总结近十年来观测数据异常和装备故障现象，绝大部分是由于站点环境差造成的。所以此项工作对维护保障人员要求必须具备很强的责任心。出现故障要在规定时间内及时解决，同时做好维护维修记录，不断总结积累经验，把故障率降到最低，保障区域站设备运行安全和数据完整。

［1］徐泽东，廖鑫.无人站、区域站常见故障维护维修［J］.青海气象，2010（9）：46-49.

［2］于希，周晖.DWSZ-A型区域气象站的故障维修探讨［J］.硅谷，2015（4）：153-154.

［3］朱雪峰，乐影谊.榆林市区域自动站运行情况及常见故障诊断排除［J］.陕西气象，2011（1）：44-46.

P415.12

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.20.045

2095－6835（2019）20－0105－02

〔编辑：严丽琴〕