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DZZ5型自动气象站硬件故障诊断流程与方法

　　摘要 新型站的建成，极大增强了本地综合观测能力。介绍了新型站的系统设计和硬件结构，通过与上一代自动站进行比较，总结出新型站硬件故障诊断流程和方法，为快速确诊故障点、顺利排除故障提供了可靠依据。
　　关键词 DZZ5型自动气象站；硬件结构；故障诊断
　　中图分类号 P415.1+2 文献标识码 A 文章编号 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
　　随着气象现代化工作的推进，新型自动气象站建设已全面推广。新型站实现了主要气象现象的全天候、高分辨率、高精度的连续自动观测，提高了地面气象观测能力的同时，也对运行中的故障排除时效提出了更高的要求。简洁实用的故障诊断流程，快速有效的故障排除方法，是保障新型站高效运行的必要条件，也是提升气象装备保障能力的要求之一。
　　1 DZZ5新型自动气象站系统结构
　　1.1 结构设计
　　新型自动站是为了满足中国气象局针对目前和未来若干年内对地面气象探测业务的需求，而专门设计、研制的多功能综合气象观测系统。DZZ5新型自动站采用了最先进的嵌入式系统技术和CAN总线技术，采用的是“主采集器+外部总线+分采集器+传感器+外围设备”的结构设计方式，能够实现全要素、综合观测的能力，同时具备高性能、多功能的数据处理能力。
　　1.2 硬件结构
　　DZZ5新型自动气象站硬件结构包括采集系统、传感器系统、通讯系统和供电系统[1]。采集系统负责自动气象站所有数据的收集、存储及分析运算，是由HY3000主采集器加气候分采集器、辐射分采集器、地温分采集器和土壤水分分采集器构成。传感器系统是根据不同的观测需要，配置不同的传感器，用以测量相应的气象要素。通讯系统用以将采集核心处理后的数据，传输到计算机。供电系统用以提供整个自动气象站系统运行的电力供应。采集器之间采用CAN总线进行数据通讯。主采集器系统与终端计算机采用长线进行串口数据通讯。整个系统的供电由交流电转+12V DC作为主电源，配蓄电池作为后备电源。
　　1.3 与上一代CAWS600系列自动站的差异
　　与上一代自动气象站CAWS600相比，DZZ5新型自动气象站有以下优点[2]：一是数据处理速度快，数据处理功能强，数据存储量大，采用文件系统存储记录数据，增加了数据质量控制信息二是扩充方便，通过CAN总线技术，可以实现采集系统的随意扩展及裁减。三是支持多串口、多种通讯方式、支持Web Server访问功能等。在故障维修中，正因为上述优点，DZZ5新型自动气象站的故障点确诊过程更为复杂。
　　2 DZZ5新型自动气象站硬件故障诊断方法
　　2.1 软硬件故障的判别
　　新型站常见故障可以分为软件故障和硬件故障。进行故障诊断时首先需要通过ISOS软件串口终端或串口调试软件向自动站发（如DMGD）读数指令[3]，对故障进行初步的软硬件故障判别。软件故障主要是业务软件故障，表现为ISOS软件可以接受到自动站发出的完整正确的数据报文，但数据处理不正确。硬件故障主要是数据故障和整站无响应故障，表现为没有任何数据、指令返回或者返回数据中某些数据缺测或与实际不符。图1为DZZ5型自动气象站故障诊断总流程。
　　2.2 常用硬件故障诊断工具
　　齐全的维修工具和备件是缩短维修时间的重要保证。排查硬件故障时需准备下列工具：笔记本电脑（带串口）、串口调试助手软件、万用表、双孔标准通讯线、采集器测试线、大头针或回形针（用于连接万用表表笔无法触及的部位）、内六角1套、螺丝刀、小一字螺丝刀、防水胶带等。
　　2.3 数据故障诊断
　　使用ISOS软件的串口终端，向自动站发送DMGD读数指令，若返回的观测数据不完整或者某些数据与实际不符，则为数据故障。图2 为数据故障诊断子流程。
　　数据故障的排查应依据传感器、分采集器、防雷板、采集器的信号流向进行。依据各种传感器信号的测量方法，首先应检测有数据异常的传感器正常与否，确认传感器无故障后，就应确认分采集器、主分采集器间的通道是否正常。确认前端无故障后，检查HY3000数据采集器是否正常，如果数据采集器正常，就只能证明系统接地不良。通常情况下传感器故障只要排除了这几种情况，数据输出就应处于正常[4]。
　　2.4 整站无响应故障诊断
　　向自动站发送DMGD指令，若接收不到自动站任何响应，则为电源或者通信系统故障，统称为整站无响应故障。图3为整站无响应故障诊断子流程。
　　首先检查自动站的直流供电状态，如果自动站直流供电不正常，则为电源系统故障，如果自动站直流供电正常，故障极可能为通讯系统故障。
　　对电源系统故障的排查包括自动站自身供电的检查和外围通讯部件供电状态检查，可能的原因主要包括以下几种：自动站电源系统故障、因负载故障而引发的电源短路故障、因短路烧毁保险管、外围通讯部件电源故障。依次用万用表检测交流电输入输出端电压、充电控制器输入输出电压、无交流供电情况下蓄电池在连接负载时输出端电压、保险管是否正常，以此排除电源系统故障。由主、分采集器、传感器等负载产生短路而导致电源系统产生短路的故障也是电源系统主要故障之一。对于这类故障，首先要断开直流开关，检查负载线路有无短路，如有短路现象，需进一步断开所有负载，然后逐项增加负载，寻找短路点。如负载无短路现象，则需考虑该现象是否为偶发情况。
　　通讯系统故障主要表现为业务软件无法收集到自动站的数据，或者通过监控终端人工发送指令，自动站无响应。其主要原因有以下几种：串口通讯电缆出现短路或断路、串口参数设置与实际不符、采集器或者计算机串口出现故障、串口隔离器出现异常。首先检查计算机数据收集软件串口参数是否与实际相符，包括串口号、波特率、数据位、停止位、校验位等；然后检查通讯电缆是否短路或断路，特别是航空插头焊接点是否出现断路；最后分别对采集器串口、计算机串口和2个串口隔离器进行排查。
　　3 结语

　　在自动站维修过程中，故障点的确诊是最为基本和重要的。依据本文所述故障诊断流程和方法快速确诊故障点后，应及时对故障部位进行维修或者更换备件，保障自动站正常工作。
　　4 参考文献
　　[1] 华云升达（北京）气象科技有限责任公司.DZZ5型自动气象站用户手册[M].北京：气象出版社，2013：70-71.
　　[2] 陈冬冬，杨志彪，施丽娟，等.新型自动气象站结构特点及其优越性[J].气象水文海洋仪器，2011，28（4）：93-99.
　　[3] 丁圣，王欣.新型自动气象站故障检测方法[J].气象水文海洋仪器，2014（6）：91-95.
　　[4] 米雷，李炳昆，王路阳，等.DZZ5型自动气象站维护与故障处理[J].现代农业科技，2015（1）：245.