DZZ5新型自动气象站采集器及综合集成硬件控制器故障分析.docxVIP

? ? DZZ5新型自动气象站采集器及综合集成硬件控制器故障分析 ? ? 陈艺萌 张馨月 （1.阜新蒙古族自治县气象局，阜新 123100；2.成都信息工程大学 大气科学学院，成都 610200） 为更好更快推进地面气象观测自动化建设，中国气象局于2008年编制了新型自动气象站功能规格需求书。2012年前后，DZZ5型自动气象站开始投产使用。阜新国家基本气象站（以下简称本站）的DZZ5新型自动气象站于2013年6月份开始正式运行，在2015年加入了综合硬件集成控制器设备，并于2020年4月1日正式启动地面气象观测自动化改革。为满足观测自动化改革后岗位职责调整对设备维护维修、核查标校或检测的要求，应深入了解气象要素自动观测原理及气象站工作方式，快速分析常见故障并及时处理，这对数据质量的保障及工作效率的提升有非常重要的作用。 1 DZZ5新型自动气象站的组成结构 新型自动气象站是一个基于现代总线技术和嵌入式系统技术构建的自动化测量系统。作为地面气象自动化观测系统中的核心组成部分，本站使用的是华云升达（北京）气象科技有限责任公司研制的DZZ5新型自动气象站，主要由硬件和软件两大部分组成。其中：硬件包括主/分采集器、外部控制器局域网络（Controller Area Network，CAN）总线、传感器、外围设备4部分；软件包括嵌入式软件和业务软件2部分。 软件部分按其功能可分为4个单元。第一，采集器单元。该单元以HY3000主采集器为核心元件，同时配以多个分采集器，能够实现对气象数据的采集、存储和处理。同时，采集器的硬件系统能够支持嵌入式实时操作系统的运行[1]。分采集器主要包括温湿分采集器、地温分采集器、辐射分采集器以及气候分采集器等，本站只配置了前两种分采集器。第二，传感器单元。该单元由多种精密的传感器组成，能够实时感应气象要素并转换成不同信号传递给采集器。第三，通信单元。该单元的主要控件为综合集成硬件控制器，且控制器传输的信号可通过光电转换将其传输至设备终端。第四，供电单元。该单元主要由不间断电源（Uninterruptible Power System，UPS）和蓄电池组成的系统对设备进行供电。 2 常见故障分析与处理 DZZ5新型自动气象站的4大硬件和2大软件部分都时刻担负着重要的功能，任何一部分出现问题都会导致数据无法采集和传输不及时[2]。基于此，梳理本站出现过的关于采集器和综合集成硬件控制器的故障问题并进行了归纳和扩展，同时以不同气象要素数据异常的情况进行了分类和分析。分析过程中，对于本站没有安装的设备故障问题暂不介绍，主采集器嵌入式软件版本号为Ver 2.69，万用表为优利德UT39C，业务软件为ISOS软件（Ver 3.0.3.330），串口调试助手型号为sscom42。 2.1 电源系统故障 电源系统正常工作是自动气象站稳定运行的前提，当数据全部缺测时，应首先检查是否为总电源系统故障[3]。本站在主采端和综合集成硬件控制器端有两个总电源，其配制方式和检测方法相同，要按照总电源输入端电压测量（应为220 V左右）、空气开关是否关闭并正常工作、保险丝是否损坏、输出端电压测量（应为12 V左右）、蓄电池电压测量（应为12 V左右）以及电源线路故障的顺序逐一检测。 2.2 采集器故障 2.2.1 温湿分采集器故障 温湿分采集器为HY1101型数据采集器。当ISOS软件中发现温度和湿度数据同时缺测或异常时，应先考虑可能是温湿分采集器出现了故障。其中：软件部分可通过ISOS确定地温分采集器配置是否被更改（目前这一操作可省略，情况在后面说明）；硬件部分要按照分采集器输入电压测量（应为12 V左右）、数据传输线路（CAN线）故障、分采集器本身故障、两个传感器同时故障的顺序进行检查[4]。由于数据线为CAN线中的H、L会出现断路、短路或交叉的情况，此时断路和短路情况通过万用表的蜂鸣档检测即可。CAN线连接方式为主采集器端的H端连接分采集器的H端，即同端相连接。H、L线两端在传输数据时会有一个电压差，其差值大约在1.7 V。可用万用表的电压档测量H、L线端点处，如果显示正直，则红表笔连接的线为H端，如果是负值，则黑表笔连接的线为H端。 2.2.2 地温分采集器故障 地温分采集器为HY1310型数据采集器。当ISOS软件中发现只有10类地温数据全部缺测或异常时，应先考虑可能是地温分采集器出现了故障。其中：软件部分同温湿分采配置方法相同；硬件部分按照电源线路故障、数据传输线路（CAN线）故障、分采集器本身故障、10个传感器同时故障的顺序进行检查。需要注意的是，与温湿分采集器不同，地温分采集器主面板上有专门的电源输入插口，所以有时地温分采集器的CAN线4端子插口处只连接了CAN总线的H、L两根数据线而没有电源线。检查CAN线时只