DZZ5型自動氣象站常見故障分析及處理流程

王 淑

（福建省霞浦縣氣象局，福建 寧德 355100）

霞浦縣氣象局于2014年10月底安裝DZZ5型自動氣象站并試運行，2015年1月正式開始地面觀測業(yè)務(wù)。相比早期運行的自動氣象站，新型自動氣象站主要通過內(nèi)部采集單元和控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network，CAN）總線與各分采集器連接，實現(xiàn)各氣象要素的采集，具有數(shù)據(jù)處理功能較強(qiáng)、綜合性能卓越、擴(kuò)充方便、運行穩(wěn)定、維護(hù)簡便等優(yōu)點，深受基層臺站業(yè)務(wù)人員的歡迎。

1 DZZ5型自動氣象站概述

DZZ5型自動氣象站采用了先進(jìn)的嵌入式系統(tǒng)技術(shù)和外部總線技術(shù)，即采用“主采集器+外部總線+分采集器+傳感器+外圍設(shè)備”的設(shè)計方式，屬于新一代自動氣象站，是國家級氣象站的重要列裝產(chǎn)品[1]。與原有的自動氣象站相比，DZZ5型自動氣象站無論是在數(shù)據(jù)的探測精度方面，還是在數(shù)據(jù)處理能力方面，乃至綜合應(yīng)用方面，都有非常大的提高，能滿足現(xiàn)有氣象觀測站氣候觀測、天氣觀測的要求，在應(yīng)對氣候變化研究、人民群眾日常生活保障、防止自然災(zāi)害等方面能夠發(fā)揮重要的作用。

DZZ5型自動氣象站的整體結(jié)構(gòu)由采集單元、傳感器單元、通信單元、供電單元和室內(nèi)計算機(jī)終端組成。

1）采集單元。采集單元負(fù)責(zé)自動氣象站所有數(shù)據(jù)的采集、存儲及分析運算。

2）傳感器單元。傳感器單元是將要觀測的氣象要素的變化轉(zhuǎn)換成電信號的相應(yīng)變化，完成自動測量。DZZ5型自動氣象站使用的傳感器根據(jù)輸出信號的不同特點可以分成3類：一是模擬傳感器，即輸出模擬量的傳感器；二是數(shù)字傳感器，即輸出數(shù)字量（包含脈沖和頻率）信號的傳感器；三是智能傳感器，即帶有嵌入式微處理器的傳感器，該傳感器本身具有基本的數(shù)據(jù)采集和處理功能，可以輸出并行或串行數(shù)據(jù)信號。

3）通信單元。通信單元用于將采集器處理的數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞覂?nèi)計算機(jī)業(yè)務(wù)終端。

4）供電單元。DZZ5型自動氣象站通過電源控制器將交流220 V市電轉(zhuǎn)換為適配于設(shè)備所需的直流電，同時合理控制蓄電池充放電為各負(fù)載供電，使各組件能夠正常穩(wěn)定地工作。

5）計算機(jī)終端。計算機(jī)終端是自動氣象站的室內(nèi)組成部分，它通過臺站地面綜合觀測業(yè)務(wù)軟件（ISOS）處理采集到的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行自動質(zhì)量控制，再根據(jù)業(yè)務(wù)需求形成各種文件、報告，采取有線方式傳輸?shù)缴霞壷付ǖ臉I(yè)務(wù)服務(wù)器。

2 DZZ5型自動氣象站常見故障和處理流程

根據(jù)業(yè)務(wù)工作中出現(xiàn)的故障，DZZ5型自動氣象站的故障可以分為全部要素缺測或異常、分采集器采集的觀測要素部分或全部缺測或異常、單個觀測要素缺測或異常3類。

2.1 全部要素缺測或異常

DZZ5型自動氣象站全部要素缺測或異常的原因一般是核心部件、系統(tǒng)公共部分故障或其他因素引起的系統(tǒng)異常，具體原因可能是主采集器故障、ISOS軟件參數(shù)配置錯誤、通信系統(tǒng)部件或線路故障、供電系統(tǒng)部件故障或系統(tǒng)接地不良等。對于全部要素缺測或異常的情況，一般的處理流程包括以下幾個方面[1]。

1）查看ISOS軟件掛接參數(shù)配置是否正確，軟件是否卡死。故障原因一般為參數(shù)配置錯誤、業(yè)務(wù)軟件卡死，處理辦法為重新導(dǎo)入正確的參數(shù)，重裝業(yè)務(wù)軟件或重啟軟件，或者換上備用業(yè)務(wù)計算機(jī)。

2）查看與主機(jī)連接的光電轉(zhuǎn)換器指示燈是否正常，重啟串口驅(qū)動軟件，檢查主機(jī)與串口服務(wù)器的通信是否正常。

3）到觀測場打開串口服務(wù)器機(jī)箱，檢查串口服務(wù)器指示燈是否正常，必要時重啟串口服務(wù)器。

4）檢查采集器供電電壓是否正常，查看采集器上的兩個指示燈是否正常，CF卡是否正常，查看采集器的接地情況。

5）以上2、3、4情況下，必要時均可采用試換部件的辦法，確定故障部件是否為光電轉(zhuǎn)換器、串口服務(wù)器、主采集器和CF卡。

2.2 分采集器采集的觀測要素部分或全部缺測或異常

DZZ5型自動氣象站除了有1個主采集器外還有2個分采集器：一個是氣溫和濕度分采，另一個是地溫分采。氣溫和濕度、各層地溫和草溫的測量是通過各自傳感器測量后將數(shù)據(jù)信號分別接入氣溫和濕度分采和地溫分采，然后通過CAN總線接入主采集器。對于氣溫和濕度或地溫要素的缺測或異常的情況，一般的處理流程包括以下幾個方面。

1）氣溫和濕度單個要素出現(xiàn)缺測或異常的，一般先判斷是否為傳感器故障或線纜連接不良（主要檢查線纜是否接觸不良、短路、斷路），然后判斷是否為傳感器故障，最后判斷是否為溫濕分采集器的相應(yīng)通道故障。

2）氣溫和濕度均出現(xiàn)缺測或異常情況的，一般先判斷是否為溫濕分采集器故障，然后判斷是否為溫濕分采集器CAN總線故障（主要檢查線纜是否接觸不良、短路、斷路）。溫濕傳感器一起出現(xiàn)故障的可能性很小，但也不能排除這種可能性。

3）某一層地溫缺測或異常，一般先判斷是否為傳感器線纜故障（主要檢查線纜是否接觸不良、短路、斷路），然后判斷是否為傳感器故障，最后判斷是否為地溫分采集器的相應(yīng)通道故障。

4）全部地溫異?；蛉睖y的，一般先判斷是否為地溫分采集器的供電部分故障，然后判斷是否為地溫分采集器故障，最后判斷是否為地溫分采集器CAN總線故障。

2.3 單個觀測要素缺測或異常

DZZ5型自動氣象站的主采集器通過內(nèi)部數(shù)據(jù)采集單元直接完成風(fēng)向、風(fēng)速、翻斗雨量、蒸發(fā)的數(shù)據(jù)采集，通過RS232接口獲取氣壓、能見度、稱重雨量的觀測數(shù)據(jù)，日照、天氣現(xiàn)象儀的觀測數(shù)據(jù)則連接在串口服務(wù)器端口與業(yè)務(wù)主機(jī)直接通信。對于上述某個要素缺測或異常的情況，一般的處理流程包括以下幾個方面。

1）根據(jù)傳感器接口接線走向檢查傳感器供電部分是否正常。

2）檢查傳感器的信號輸出電壓、電流是否在正常值范圍內(nèi)。

3）檢查傳感器線纜是否有故障，主要檢查線纜是否接觸不良、短路、斷路。

4）通過替換相關(guān)傳感器確定是否為傳感器故障。

5）判斷是否為采集器相應(yīng)通道或串口服務(wù)器相應(yīng)接口故障。

3 故障分析與排除實例分析

本文以霞浦縣氣象局DZZ5型自動氣象站在業(yè)務(wù)運行中出現(xiàn)的一次故障為例進(jìn)行分析。2019年3月20日15時10分，值班員收到省信息中心電話報警提示，本站15時上傳數(shù)據(jù)缺失。

3.1 故障現(xiàn)象

查看ISOS軟件界面發(fā)現(xiàn)，首頁上全部數(shù)據(jù)缺測，設(shè)備運行指示燈大部分為紅色。打開“自定觀測項目”—“省級自定與應(yīng)急觀測”界面，所有要素缺測。顯然是因為本站數(shù)據(jù)采集異常，從而未形成新長Z報文上傳到信息中心，導(dǎo)致數(shù)據(jù)缺測。

3.2 故障分析與處理

1）查看軟件的各項參數(shù)，設(shè)置正確無誤，點擊ISOS軟件的查詢與處理功能進(jìn)行人工卸載自動站數(shù)據(jù)，2 min后軟件顯示卸載失敗。

2）退出業(yè)務(wù)軟件，重啟計算機(jī)和ISOS軟件，界面上依然顯示數(shù)據(jù)缺測，再次人工卸載還是不成功。

3）檢查計算機(jī)到采集器的通信網(wǎng)絡(luò)是否異常，先檢查與計算機(jī)連接的光電轉(zhuǎn)換器，指示燈正常，供電電壓正常，重啟后依然不能采集數(shù)據(jù)。

4）打開SMOPORT設(shè)備及配置軟件，檢查發(fā)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置正確，輸入用戶名和密碼，顯示主板電壓為13.0 V，主板溫度為34.7℃，說明主機(jī)與串口服務(wù)器的通信正常。

5）用ISOS軟件自帶的串口終端，選擇“新型自動站串口處理”，發(fā)送下載分鐘常規(guī)觀測數(shù)據(jù)（DMGD）指令，返回的是一串缺測的符號，但可以用指令讀取日照和天氣現(xiàn)象數(shù)據(jù)，至此可以確定故障點應(yīng)該是串口服務(wù)器的主采集器通道或主采集器發(fā)生了故障。

6）打開串口服務(wù)器機(jī)箱，供電電壓為13.5 V，發(fā)送數(shù)據(jù)（RX）和接收數(shù)據(jù)（TX）指示燈閃爍正常，初步確定串口服務(wù)器工作正常。

7）打開主采集器機(jī)箱，檢查得知主采集器的工作電壓為13.5 V，查看RUN和CF卡指示燈，發(fā)現(xiàn)燈光暗淡，且基本不閃爍。斷電重啟主采集器后故障現(xiàn)象還是相同。

8）斷電后卸下主采集器，并將CF卡取下插到另一個配置好的備用采集器中，換上備用采集器重新上電工作，發(fā)現(xiàn)故障依然存在。

9）斷電后拔出CF卡，在不插入CF卡的情況下重新上電開機(jī)，發(fā)現(xiàn)采集器的指示燈恢復(fù)正常，ISOS軟件上的數(shù)據(jù)也正常顯示。重新?lián)Q回原來的采集器，自動氣象站還是正常運行。

10）將CF卡取回至工作室，用讀卡器在計算機(jī)上查看，發(fā)現(xiàn)格式錯誤無法打開。原來故障的原因是CF卡無法讀取導(dǎo)致主采集器出現(xiàn)故障，換上新CF卡后故障排除，自動氣象站恢復(fù)正常工作。

4 結(jié)束語

DZZ5型自動氣象站是目前國家級氣象觀測站的主要業(yè)務(wù)設(shè)備，在國家地面氣象自動化觀測工作中發(fā)揮著十分重要的作用，自動氣象站的運行監(jiān)控和維護(hù)維修也是縣級綜合氣象業(yè)務(wù)人員的重要工作職責(zé)。本文通過分析DZZ5型自動氣象站常見故障的原因，使業(yè)務(wù)人員對自動氣象站的工作原理和維修流程有了較為深入的了解。業(yè)務(wù)人員在日常工作中應(yīng)加強(qiáng)學(xué)習(xí)，逐步掌握儀器設(shè)備的工作原理和維護(hù)維修知識，不斷積累實踐經(jīng)驗，遇到自動氣象站出現(xiàn)故障的情況時應(yīng)沉著冷靜，準(zhǔn)確分析故障原因，采取有效的方法排除故障，確保自動氣象站恢復(fù)正常運行，最大限度地提高自動氣象站運行的穩(wěn)定性和可靠性。