雷達(dá)機(jī)房動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的建立及應(yīng)用

曹凱明，董立亭，蘇 菲

(貴州省大氣探測裝備與保障中心，貴州 貴陽 550081)

1 引言

新一代天氣雷達(dá)為氣象監(jiān)測、預(yù)報、預(yù)警提供了重要?dú)庀筚Y料，在氣象防災(zāi)減災(zāi)和氣象服務(wù)等方面發(fā)揮了重大的作用。雷達(dá)能否正常運(yùn)行不僅取決于雷達(dá)自身狀態(tài)，還取決于穩(wěn)定可靠的供電系統(tǒng)。由于電網(wǎng)和外界環(huán)境等因素的影響，使得雷達(dá)在運(yùn)行過程中會出現(xiàn)電壓浪涌、瞬變、過壓、欠壓以及電壓中斷等情況，造成雷達(dá)設(shè)備元件受損、狀態(tài)異常等嚴(yán)重后果。另外，雷達(dá)工作時，對機(jī)柜內(nèi)的環(huán)境溫濕度要求也比較嚴(yán)格，雷達(dá)機(jī)柜雖配有風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)降溫，但由于長期運(yùn)行，容易出現(xiàn)老化、短路的故障，從而引起機(jī)柜溫度升高，造成雷達(dá)工作異常。因此，通過建立雷達(dá)機(jī)房動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對雷達(dá)UPS、溫濕度等的實(shí)時監(jiān)控，及時掌握雷達(dá)的供電狀況及機(jī)柜內(nèi)溫濕度變化的情況，從而保障雷達(dá)穩(wěn)定工作的動力環(huán)境，提高雷達(dá)運(yùn)行的穩(wěn)定性和效率。

2 實(shí)現(xiàn)原理

雷達(dá)動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)是在省級保障中心建立監(jiān)控中心站，在各雷達(dá)站建立監(jiān)控子系統(tǒng)，通過采集UPS 工作狀態(tài)、機(jī)房環(huán)境溫濕度等信息，利用氣象專網(wǎng)集中傳送到省級保障中心，相關(guān)用戶使用客戶端訪問中心站的方式來查看各站點(diǎn)的監(jiān)控信息。如圖1 所示。

圖1 雷達(dá)機(jī)房動力環(huán)境監(jiān)控結(jié)構(gòu)圖

2.1 監(jiān)控中心

省級保障中心通過中心站軟件實(shí)現(xiàn)對所有雷達(dá)機(jī)房的統(tǒng)一管理，中心站主機(jī)和模塊之間，以網(wǎng)絡(luò)連接，采用主從方式通過TCP/IP 協(xié)議相互通訊，將采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并將原始數(shù)據(jù)及處理結(jié)果提交數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲，同時提供給監(jiān)控中心、客戶端軟件使用。

2.2 動力設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng):UPS 主機(jī)監(jiān)測

新一代天氣雷達(dá)所使用的均為智能型UPS，為雷達(dá)提供穩(wěn)定的電壓，穩(wěn)定的頻率，濾除雜訊，保證雷達(dá)不受電網(wǎng)波動干擾，對整機(jī)設(shè)備提供全面的供電保護(hù)十分重要。UPS 的連接方式如圖2 所示。

通過UPS 廠家提供的通訊協(xié)議及智能通訊接口，接入到網(wǎng)絡(luò)適配器上，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)適配器的解析和轉(zhuǎn)換后再傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)對UPS 運(yùn)行狀態(tài)的統(tǒng)一管理。完成對UPS 輸入輸出電壓、輸出電流、輸出頻率、整流器狀態(tài)、逆變器狀態(tài)、電池狀態(tài)、旁路狀態(tài)和負(fù)載狀態(tài)等工作參數(shù)的實(shí)時監(jiān)控。一旦UPS 出現(xiàn)異常，系統(tǒng)會通過界面閃爍、聲音、電話短信等方式進(jìn)行報警，并提供相應(yīng)的處理提示，期間還會對重要的參數(shù)作曲線記錄，使雷達(dá)機(jī)務(wù)人員對UPS 的狀況有全面的了解。

圖2 UPS 監(jiān)控連接方式圖

2.3 設(shè)備環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

2.3.1 機(jī)柜溫濕度監(jiān)測 通過對雷達(dá)機(jī)柜加裝高精度溫濕度傳感器，檢測各雷達(dá)機(jī)柜內(nèi)的溫、濕度情況。并且當(dāng)機(jī)柜內(nèi)的溫濕度超過預(yù)定值時，系統(tǒng)將進(jìn)行語音、短信、電話等的報警。機(jī)柜溫濕度監(jiān)控連接方式如圖3 所示。

圖3 機(jī)柜溫濕度監(jiān)控連接方式圖

2.3.2 機(jī)房溫濕度監(jiān)測 對雷達(dá)站機(jī)房的普通空調(diào)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。普通空調(diào)自身不提供通訊接口和協(xié)議，監(jiān)控系統(tǒng)無法直接對其進(jìn)行監(jiān)測、設(shè)定和控制。因此，通過使用空調(diào)智能控制器來學(xué)習(xí)空調(diào)遙控器的開啟關(guān)閉、工作模式、溫度調(diào)整等紅外信號，利用工控機(jī)和監(jiān)控系統(tǒng)，使用485 轉(zhuǎn)接頭與設(shè)備進(jìn)行通訊，從而實(shí)現(xiàn)對機(jī)房空調(diào)的監(jiān)控。

2.3.3 其它環(huán)境監(jiān)控 要保證雷達(dá)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、供電等能長期而可靠地運(yùn)行，還可以加裝漏水檢測、煙霧感應(yīng)、門磁開關(guān)、大樓風(fēng)機(jī)等環(huán)境監(jiān)控項目。都可以通過接入到網(wǎng)絡(luò)適配器的方式進(jìn)行解析和轉(zhuǎn)換后，再傳輸?shù)奖O(jiān)控中心對其進(jìn)行統(tǒng)一管理。

3 雷達(dá)機(jī)房動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 溫度環(huán)境監(jiān)控

速調(diào)管是新一代天氣雷達(dá)的核心部件，它的性能直接影響到雷達(dá)探測的回波質(zhì)量、運(yùn)行成本和使用時間，使用和維護(hù)好速調(diào)管是雷達(dá)站提高業(yè)務(wù)質(zhì)量和降低成本的主要環(huán)節(jié)之一。由于速調(diào)管功率較大，在工作中需要散發(fā)大量熱量。機(jī)柜風(fēng)機(jī)風(fēng)量大小必須達(dá)到設(shè)備要求，如果冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)故障，風(fēng)量不足，電子槍的金屬與陶瓷封接處表面溫差超過限度，會造成速調(diào)管損壞。

如圖4 所示，在雷達(dá)機(jī)房動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)控到興義新一代天氣雷達(dá)的高頻機(jī)柜溫度出現(xiàn)異常報警，值班員通過檢查該雷達(dá)高頻機(jī)柜的溫度，發(fā)現(xiàn)從3月11日起間歇性出現(xiàn)異常偏高，超出設(shè)置的最高溫度閥值33℃。通過聯(lián)系雷達(dá)機(jī)務(wù)人員，對該機(jī)柜進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)機(jī)柜的風(fēng)機(jī)由于長時間持續(xù)工作，已經(jīng)出現(xiàn)異常響聲和運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，機(jī)務(wù)人員立即對該機(jī)柜的風(fēng)機(jī)進(jìn)行處理，更換風(fēng)機(jī)后該機(jī)柜的溫度回到正常值，避免因風(fēng)機(jī)故障引起速調(diào)管損壞，從而影響雷達(dá)的業(yè)務(wù)運(yùn)行。

圖4 興義高頻機(jī)柜溫度曲線圖

3.2 濕度環(huán)境監(jiān)控

雷達(dá)機(jī)房的最佳相對濕度范圍是40%～60%。機(jī)房濕度長期過高會腐蝕開關(guān)線路，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備元件功能失效，引起雷達(dá)故障。在雷達(dá)數(shù)據(jù)處理設(shè)備中，電路板隨著濕度水平的波動而膨脹和收縮。這些電路板膨脹和收縮會破壞微電子電路和印刷板插頭。當(dāng)相對濕度較高時，水蒸氣在電子元器件或電介質(zhì)材料表面形成水膜，容易使電子元器件之間形成通路。當(dāng)相對濕度過低時，容易產(chǎn)生較高的靜電電壓。如果相對濕度為30%，靜電電壓可達(dá)51 000V;相對濕度為20%，靜電電壓可達(dá)1 萬V。高達(dá)上萬伏的靜電電壓對雷達(dá)設(shè)備的影響是顯而易見的。

如圖5 所示，通過系統(tǒng)監(jiān)控發(fā)現(xiàn)雷達(dá)機(jī)房濕度在15—16 時期間報警，超出設(shè)置的正常閥值，聯(lián)系該雷達(dá)站機(jī)務(wù)人員及時對機(jī)房進(jìn)行通風(fēng)、除濕處理后恢復(fù)正常。

圖5 雷達(dá)機(jī)房濕度曲線圖

3.3 UPS 動力監(jiān)控

新一代天氣雷達(dá)的機(jī)房由監(jiān)控、伺服、調(diào)制、高頻和接收5 大機(jī)柜組成，各部件協(xié)同工作保證雷達(dá)穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)某部件出現(xiàn)故障或性能下降時，會直接或間接地影響到雷達(dá)的整體性能，其中某些部件出現(xiàn)異常時，可以通過監(jiān)控其動力供應(yīng)情況直接反應(yīng)出來。

如圖6 所示，某雷達(dá)不能正常開啟高壓，從監(jiān)控系統(tǒng)中監(jiān)測到該雷達(dá)因加高壓異常導(dǎo)致輸出電流波動較大，超出正常工作電流的波動范圍，通過檢查相關(guān)部件，發(fā)現(xiàn)為脈沖變壓器損壞，更換后恢復(fù)正常。

圖6 雷達(dá)輸出電流曲線圖

4 總結(jié)

通過建立雷達(dá)動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對全省新一代天氣雷達(dá)的UPS 供電系統(tǒng)狀態(tài)、雷達(dá)工作機(jī)柜溫濕度、機(jī)房空調(diào)溫濕度的實(shí)時監(jiān)控，掌握其運(yùn)行狀況，并通過報警等功能，及時發(fā)現(xiàn)雷達(dá)故障隱患，采取措施進(jìn)行維護(hù)，減少或消除因雷達(dá)電源系統(tǒng)和運(yùn)行環(huán)境造成的故障，進(jìn)一步提高雷達(dá)保障效率。實(shí)現(xiàn)雷達(dá)系統(tǒng)集中管理，分散控制的科學(xué)管理。該項目建設(shè)可作為省級天氣雷達(dá)維修測試平臺的重要內(nèi)容之一，對提高省級天氣雷達(dá)維修測試平臺的業(yè)務(wù)內(nèi)涵和豐富運(yùn)行監(jiān)控具有重要作用。