徐劍平　臧海光　楊萌

摘要 新型站的建成，極大增強(qiáng)了本地綜合觀測(cè)能力。介紹了新型站的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和硬件結(jié)構(gòu)，通過與上一代自動(dòng)站進(jìn)行比較，總結(jié)出新型站硬件故障診斷流程和方法，為快速確診故障點(diǎn)、順利排除故障提供了可靠依據(jù)。

關(guān)鍵詞 DZZ5型自動(dòng)氣象站；硬件結(jié)構(gòu)；故障診斷

中圖分類號(hào) P415.1+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2016）07-0250-02

Abstract The construction of new automatic weather stations has greatly enhanced local comprehensive observation ability.The system design and hardware structure of new stations were introduced，and the hardware fault diagnosis process and methods of new stations were summarized through comparison with last-generation automatic stations，thus providing reliable basis for rapid fault diagnosis and smooth fault removal.

Key words DZZ5 automatic weather stations；hardware structure；fault diagnosis

隨著氣象現(xiàn)代化工作的推進(jìn)，新型自動(dòng)氣象站建設(shè)已全面推廣。新型站實(shí)現(xiàn)了主要?dú)庀蟋F(xiàn)象的全天候、高分辨率、高精度的連續(xù)自動(dòng)觀測(cè)，提高了地面氣象觀測(cè)能力的同時(shí)，也對(duì)運(yùn)行中的故障排除時(shí)效提出了更高的要求。簡潔實(shí)用的故障診斷流程，快速有效的故障排除方法，是保障新型站高效運(yùn)行的必要條件，也是提升氣象裝備保障能力的要求之一。

1 DZZ5新型自動(dòng)氣象站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

新型自動(dòng)站是為了滿足中國氣象局針對(duì)目前和未來若干年內(nèi)對(duì)地面氣象探測(cè)業(yè)務(wù)的需求，而專門設(shè)計(jì)、研制的多功能綜合氣象觀測(cè)系統(tǒng)。DZZ5新型自動(dòng)站采用了最先進(jìn)的嵌入式系統(tǒng)技術(shù)和CAN總線技術(shù)，采用的是“主采集器+外部總線+分采集器+傳感器+外圍設(shè)備”的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式，能夠?qū)崿F(xiàn)全要素、綜合觀測(cè)的能力，同時(shí)具備高性能、多功能的數(shù)據(jù)處理能力。

1.2 硬件結(jié)構(gòu)

DZZ5新型自動(dòng)氣象站硬件結(jié)構(gòu)包括采集系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和供電系統(tǒng)[1]。采集系統(tǒng)負(fù)責(zé)自動(dòng)氣象站所有數(shù)據(jù)的收集、存儲(chǔ)及分析運(yùn)算，是由HY3000主采集器加氣候分采集器、輻射分采集器、地溫分采集器和土壤水分分采集器構(gòu)成。傳感器系統(tǒng)是根據(jù)不同的觀測(cè)需要，配置不同的傳感器，用以測(cè)量相應(yīng)的氣象要素。通訊系統(tǒng)用以將采集核心處理后的數(shù)據(jù)，傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。供電系統(tǒng)用以提供整個(gè)自動(dòng)氣象站系統(tǒng)運(yùn)行的電力供應(yīng)。采集器之間采用CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。主采集器系統(tǒng)與終端計(jì)算機(jī)采用長線進(jìn)行串口數(shù)據(jù)通訊。整個(gè)系統(tǒng)的供電由交流電轉(zhuǎn)+12V DC作為主電源，配蓄電池作為后備電源。

1.3 與上一代CAWS600系列自動(dòng)站的差異

與上一代自動(dòng)氣象站CAWS600相比，DZZ5新型自動(dòng)氣象站有以下優(yōu)點(diǎn)[2]：一是數(shù)據(jù)處理速度快，數(shù)據(jù)處理功能強(qiáng)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大，采用文件系統(tǒng)存儲(chǔ)記錄數(shù)據(jù)，增加了數(shù)據(jù)質(zhì)量控制信息。二是擴(kuò)充方便，通過CAN總線技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)采集系統(tǒng)的隨意擴(kuò)展及裁減。三是支持多串口、多種通訊方式、支持Web Server訪問功能等。在故障維修中，正因?yàn)樯鲜鰞?yōu)點(diǎn)，DZZ5新型自動(dòng)氣象站的故障點(diǎn)確診過程更為復(fù)雜。

2 DZZ5新型自動(dòng)氣象站硬件故障診斷方法

2.1 軟硬件故障的判別

新型站常見故障可以分為軟件故障和硬件故障。進(jìn)行故障診斷時(shí)首先需要通過ISOS軟件串口終端或串口調(diào)試軟件向自動(dòng)站發(fā)（如DMGD）讀數(shù)指令[3]，對(duì)故障進(jìn)行初步的軟硬件故障判別。軟件故障主要是業(yè)務(wù)軟件故障，表現(xiàn)為ISOS軟件可以接受到自動(dòng)站發(fā)出的完整正確的數(shù)據(jù)報(bào)文，但數(shù)據(jù)處理不正確。硬件故障主要是數(shù)據(jù)故障和整站無響應(yīng)故障，表現(xiàn)為沒有任何數(shù)據(jù)、指令返回或者返回?cái)?shù)據(jù)中某些數(shù)據(jù)缺測(cè)或與實(shí)際不符。圖1為DZZ5型自動(dòng)氣象站故障診斷總流程。

2.2 常用硬件故障診斷工具

齊全的維修工具和備件是縮短維修時(shí)間的重要保證。排查硬件故障時(shí)需準(zhǔn)備下列工具：筆記本電腦（帶串口）、串口調(diào)試助手軟件、萬用表、雙孔標(biāo)準(zhǔn)通訊線、采集器測(cè)試線、大頭針或回形針（用于連接萬用表表筆無法觸及的部位）、內(nèi)六角1套、螺絲刀、小一字螺絲刀、防水膠帶等。

2.3 數(shù)據(jù)故障診斷

使用ISOS軟件的串口終端，向自動(dòng)站發(fā)送DMGD讀數(shù)指令，若返回的觀測(cè)數(shù)據(jù)不完整或者某些數(shù)據(jù)與實(shí)際不符，則為數(shù)據(jù)故障。圖2 為數(shù)據(jù)故障診斷子流程。

數(shù)據(jù)故障的排查應(yīng)依據(jù)傳感器、分采集器、防雷板、采集器的信號(hào)流向進(jìn)行。依據(jù)各種傳感器信號(hào)的測(cè)量方法，首先應(yīng)檢測(cè)有數(shù)據(jù)異常的傳感器正常與否，確認(rèn)傳感器無故障后，就應(yīng)確認(rèn)分采集器、主分采集器間的通道是否正常。確認(rèn)前端無故障后，檢查HY3000數(shù)據(jù)采集器是否正常，如果數(shù)據(jù)采集器正常，就只能證明系統(tǒng)接地不良。通常情況下傳感器故障只要排除了這幾種情況，數(shù)據(jù)輸出就應(yīng)處于正常[4]。

2.4 整站無響應(yīng)故障診斷

向自動(dòng)站發(fā)送DMGD指令，若接收不到自動(dòng)站任何響應(yīng)，則為電源或者通信系統(tǒng)故障，統(tǒng)稱為整站無響應(yīng)故障。圖3為整站無響應(yīng)故障診斷子流程。

首先檢查自動(dòng)站的直流供電狀態(tài)，如果自動(dòng)站直流供電不正常，則為電源系統(tǒng)故障，如果自動(dòng)站直流供電正常，故障極可能為通訊系統(tǒng)故障。

對(duì)電源系統(tǒng)故障的排查包括自動(dòng)站自身供電的檢查和外圍通訊部件供電狀態(tài)檢查，可能的原因主要包括以下幾種：自動(dòng)站電源系統(tǒng)故障、因負(fù)載故障而引發(fā)的電源短路故障、因短路燒毀保險(xiǎn)管、外圍通訊部件電源故障。依次用萬用表檢測(cè)交流電輸入輸出端電壓、充電控制器輸入輸出電壓、無交流供電情況下蓄電池在連接負(fù)載時(shí)輸出端電壓、保險(xiǎn)管是否正常，以此排除電源系統(tǒng)故障。由主、分采集器、傳感器等負(fù)載產(chǎn)生短路而導(dǎo)致電源系統(tǒng)產(chǎn)生短路的故障也是電源系統(tǒng)主要故障之一。對(duì)于這類故障，首先要斷開直流開關(guān)，檢查負(fù)載線路有無短路，如有短路現(xiàn)象，需進(jìn)一步斷開所有負(fù)載，然后逐項(xiàng)增加負(fù)載，尋找短路點(diǎn)。如負(fù)載無短路現(xiàn)象，則需考慮該現(xiàn)象是否為偶發(fā)情況。

通訊系統(tǒng)故障主要表現(xiàn)為業(yè)務(wù)軟件無法收集到自動(dòng)站的數(shù)據(jù)，或者通過監(jiān)控終端人工發(fā)送指令，自動(dòng)站無響應(yīng)。其主要原因有以下幾種：串口通訊電纜出現(xiàn)短路或斷路、串口參數(shù)設(shè)置與實(shí)際不符、采集器或者計(jì)算機(jī)串口出現(xiàn)故障、串口隔離器出現(xiàn)異常。首先檢查計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)收集軟件串口參數(shù)是否與實(shí)際相符，包括串口號(hào)、波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗(yàn)位等；然后檢查通訊電纜是否短路或斷路，特別是航空插頭焊接點(diǎn)是否出現(xiàn)斷路；最后分別對(duì)采集器串口、計(jì)算機(jī)串口和2個(gè)串口隔離器進(jìn)行排查。

3 結(jié)語

在自動(dòng)站維修過程中，故障點(diǎn)的確診是最為基本和重要的。依據(jù)本文所述故障診斷流程和方法快速確診故障點(diǎn)后，應(yīng)及時(shí)對(duì)故障部位進(jìn)行維修或者更換備件，保障自動(dòng)站正常工作。

4 參考文獻(xiàn)

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