浅析区域自动气象观测站故障排查与常规维护维修

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  摘要:本文通过对贵阳市本区域内各类区域自动气象观测站日常维护维修及故障处理中遇到的一些常见问题和故障进行分析梳理,对出现的一些故障现象原因及判断方法进行分析、总结,从而提出常见故障在维修中需要注意的问题,为各类区域自动气象观测站的维护维修工作不断积累经验,从而提高保障能力。
  关键词:区域自动气象观测站;日常维护;故障排查;维修
  引言
  区域自动气象观测站的作用是及时收集区域内的各气象要素的实时变化,对气象预警信息的发布、部门领导在制定重大气象决策工作中具有重要的指导意义,大大提高了对中小尺度灾害性天气的监测能力,也提高了区域的经济效益和社会效益;区域站站点位置应选择具有一定地域代表性、满足当地气象服务或特定服务需要,而且探测环境观测的气象要素应具有一定的代表性,站點位置应具备自动观测数据实时传输所需的GPRS通信条件。区域自动气象观测站的出现解决了气象探测空间区域的空白,根据中国气象局和贵州省气象局观测站网布局总体部署要求和为地方特色产业服务的需要,到2021年8月贵阳市全境内共有各类区域自动气象观测站274个,站点布局比较合理,乡镇覆盖率达到100%,主要为部门气象服务提供了温湿度、气压、风向风速、降水、云天观测、负氧气离子、水温水位、实景监测、光合有效辐射、土壤温度水分等监测数据。区域自动气象观测站的投入应用弥补了气象空间监测领域的技术空白,区域自动气象站的投入应用大提高了气象监测精度和气象服务质量。贵阳市气象台运用区域自动气象观测站观测的数据及时开展各类精细化气象服务,成效显著。但是随着观测站网完善程度的提高,站点数量越来越多,站点离单位路途也遥远,对日常维护维修很不方便,对日常的维护维修和装备保障能力要求也越来越高;因此,本文从贵阳市气象装备保障对其区域的自动气象观测站的日常维护维修工作中遇到的常见问题和故障排查等进行判断分析、并进行总结,为今后更好提升日常维护维修和装备保障能力提出一些建议,以供参考。
  1、贵阳市区域自动气象观测站基本情况
  贵阳全市范围内共有各类区域自动气象观测站274个,其中一类常规站(原天气站)10个,二类常规站(原中国局考核的省级气象观测站)117个,三类常规站(省局考核)73个,交通站2个,四类站(自建站)72个;主要是对温湿度、气压、风向风速、降水、云天观测、负氧气离子、水温水位、实景监测、光合有效辐射、土壤温度水分等数据进行观测,其中又以温度、降水两要素为主要观测。其基本工作原理是传感器将对应的气象要素的变化按照一定的规律转换成可用电信号输出,数据采集器从传感器采集数据,然后由内部的微处理器按规定的算法进行运算处理和质量控制,生成各气象要素观测值,最终得到各气象要素的实时数据,并把这些数据传到省局信息中心和市局装备保障中心的服务器里,基本上采用GPRS/CDMA无线网络通信方式工作。贵阳市地处黔中山原丘陵中部,地貌属于以山地、丘陵为主的丘原盆地,总地势西南高、东北低,沟壑山地为主,郊外通讯信号覆盖一般;区域自动气象观测站数据传输主要使用GPRS通讯方式,少数站点GPRS信号弱,传输数据有时会延时。各个站点每小时采集的各气象要素值在正点后传输到省局信息中心和市局装备保障中心站服务器中。
  2、日常维护、技术保障
  2.1、运行实时监控
  在日常工作中,区域自动气象观测站运行实时监控系统(一、二类常规站)是通过中国局的综合气象观测业务运行信息化平台(天元系统)—装备运行监控对各站点状态进行监控,三类常规站运行实时监控系统是省局信息中心气象信息综合监控平台或者市局装备保障中心站资料查询,四类常规站(市局自建站)运行实时监控系统是市局装备保障中心站资料查询。
  2.2供电状态监控
  根据中国局的综合气象观测业务运行信息化平台(天元系统)或中心站资料查询,如果出现夜间连续数据不能上传,而在白天天气晴好通过太阳能充电补电压后又能正常传输,初步判断可能是蓄电池亏电,导致白天蓄电池储存不上电,到夜间采集器就不能正常工作;日常工作中我们就要充分利用“企业微信APP”进入“贵州区域自动站”的区域站设备状态查询中输入各个站号查询对应站的主板电压(V),电池电量(%),当电压低于12V,电量少于80%时,就应立即更换蓄电池。
  2.3观测数据监控
  通过中国局的综合气象观测业务运行信息化平台(天元系统)中的装备运行监控地面气象观测序列图或中心站资料查询系统来进行监控区域自动气象观测站数据采集情况,发现有缺测、错误及疑误数据时应及时查找原因和排查故障。
  2.4通过短信功能监控区域自动气象观测站参数配置
  三、日常维护维修及故障排查
  随着社会经济的快速发展,对气象资料的需求也是不断增加,对气象服务、气象灾害防御等需要,区域自动气象观测站的数量也是逐年增多,因区域自动气象观测站观测时效性强,但绝大多数区域自动气象观测站距离各个台站又较远,日常的维护维修工作已成为各个台站技术保障工作的重点和难点,为了保障贵阳市区域内的区域自动气象观测站的正常运行,及时准确采集上传各气象要素数据,现介绍自己平时在区域自动气象观测中日常维护维修的一些方法和步骤。
  3.1、国家天气站(一类常规站)、区域自动气象观测站国家考核常规站(二类常规站)通过中国局的综合气象观测业务运行信息化平台(天元系统)的装备运行监控,及时发现故障并作出初步判断故障原因,区域自动气象观测站省级考核常规站(三类常规站)和自建各类区域自动气象观测站(四类常规站)通过市局装备保障中心站装备运行监控,及时发现故障并作出初步判断故障原因。
  3.2、到达站点现场后先看采集器、电源控制器、通讯模块上的指示灯的工作状态
  (1)采集器运行指示灯正常工作时为红灯,每秒闪灯一次,故运行指示灯也称为秒闪灯,如果不是秒闪或常灭则采集器故障。采集器故障判断:①采集器指示灯不亮,首先排查电缆线是否连接正常,有无松动。②使用万用表直流挡位(20V)对供电部分进行测量,测量采集器供电电压是否正常(采集器供电电压一般在12V-14V之间)。③通过以上两种排查,供电正常无误。说明采集器本身供电单元已损坏,更换采集器即可。   (2)ZQZ-PV10电源控制器正常工作的判断:正常工作状态下,蓄电池指示灯和负载告警指示灯,两灯必须为熄灭状态,太阳能板指示灯为绿色闪烁时,设备正常工作;负载指示灯为红灯常亮,则设备停止工作。判断电源控制器的方法:用万用表直流档位(20V)进行测量(白天充电电量充足时,其运行电压为12-15V,夜间应在12V左右),①测量电源控制器三端输出口的电压,负载端口、电池端口、太阳能端口的电压大致相等;②若负载端口的电压低于电池端口与电源输入端口的电压,说明电源控制器已损坏,更换新电源控制器,即可恢复设备正常工作(也可将连接负载端口的电缆线接在电池端口上,这种接法属于应急使用,通常不允许用这种接法做常规使用)。③将电源控制器连接蓄电池的连接线断开,使用万用表直流挡位(20V)对蓄电池本身进行测量,电压低于12V则需更换新蓄电池(将换下的蓄电池进行充电,做为下次使用)。若更换新蓄电池后,电源控制器仍然无法正常工作,应检查电源控制器与蓄电池相连接的对接头线缆,采用万用表直流挡位(20V)进行测量。测量方法:通电状态下,使用万用表在对接头的两端进行电压测量,对接头两端电压应与蓄电池本身电压相等。若对接头两端电压不相等或电压跳变,说明对接头线缆损坏,更换对接头线缆即可。
  (3)通讯模块正常工作的判断:
  型号为WUSH-9118的4G通讯模块正常工作下,有三种工作模式:
  ①状态灯、网络灯:2秒同步双闪为4G信号,数据灯:有数据收发时闪烁。
  ②状态灯、网络灯:5秒同步双闪为3G信号,数据灯:有数据收发时闪烁。
  ③状态灯、网络灯:10秒同步双闪为2G信号,数据灯:有数据收发时闪烁。
  型号为WUSH-9218的5G通讯模块正常工作模式:
  ①状态灯(STATE)有三种状態。1、灭:设备未上电。2、闪:供电正常,未连接中心站。3、常亮:供电正常,已连接中心站。
  ②数据灯(DATA)有两种状态。1、灭:串口无数据收发。2、闪:串口有数据收发。
  ③网络灯(NTE)有五种状态。1、灭:未拨号或拨号失败。2、常亮:拨号中。3、间隔2S闪:已连接中心站,当前为4G网络。4、间隔5S闪:已连接中心站,当前为2G/3G网络。5、间隔10S闪:拨号成功,但未连接中心站。
  3.3、各要素的故障分析及排除方法
  (1)温度:通常情况下,温度出现故障(异常偏高或偏低),首先检查接线头是否松动,再检查连接线是否有破损断开,如果都正常,使用万用表对温度线头的四条线进行测量,将万用表拔到电阻200欧姆,铂电阻采用的是四线制,分别测量R1红黄线、R2红黑线,测量值在100-110欧之间为正常,如果不在这范围内,则温度传感器出现故障,需更换新的温度传感器。
  (2)气压:通常情况下,气压出现缺测状态,首先检查供电是否正常,气压供电电压一般在12V左右,其次检查连线有无松动,最后在测量采集器上的气压供电,如果一切正常,则可能是气压盒的故障,则需更换新的气压盒。
  (3) 湿度:一般湿度出现问题很少,如果出现故障,可根据实际故障情况对湿度传感器进行检测,检测湿度传感器故障。用万用表直流挡位(20V)进行测量:一是测量湿度传感器供电电压,电压值一般在12V左右。二是测量湿度传感器的输出信号电压值,电压一般在0—1V之间。以上两种测量正常,则检查连接线缆,如果一切都正常,可能是湿度传感器故障,更换新的湿度传感器即可。
  (4) 风向、风速:其构造和原理与国家地面自动气象站风向风速基本一致了, 首先检查在采集器上的排插线,是否有松动、脱落现象。若有松动、脱落,将排插线重新固定即可。无松动或脱落现象,仍无风向风速数据,需看风向风速传感器是否转动,若无转动,则需倒风杆进行检查,若转动也无风向风速数据,则需更换风向风速传感器。
  (5)降水:在区域自动站运行过程中降水出现问题的频率较高,常见的故障是,a、如无雨量数据、雨量数据异常时首先检查雨量传感器漏斗、翻斗是否被堵塞,或被蜘蛛结网挂住,则清洗疏通或清除蜘蛛网即可(此操作必须把主控器上,雨量连接线拔出);b、雨量传感器内部结构损坏,则应更换新的雨量传感器;c、雨量传输线损坏,如果,电缆有损坏或者断裂,应当更换新的雨量传感器电缆线,也可以通过接线方式用绝缘胶布包扎来修复雨量电缆线(此操作必须把主控器上,雨量连接线拔出);d、若干簧管损坏,需要更换新的干簧管。如果没有出现故障,而只是出现降水量偏大或偏小,应打开雨量桶用雨量校准仪通过调节下翻斗两端的螺母进行校准。
  3.4 重新启动采集器
  在重新启动采集器前先查看电源接线端是否有松脱,再给采集器插上电源接线端,正常供电后几秒后采集器正常工作时,为红灯每秒闪烁一次,其主要功能是数据采集、数据处理、数据存储、数据传输;如果采集器不能正常启动,则需要更换新的采集器。
  4  结束语
  随着社会经济的快速以展,对气象信息资料的需求也越来越高,从而各个地方各类区域自动气象站建的也越来越多,区域自动气象站在野外持续运行过程中也经常会出现许多不同类型的故障,而运行产生的各种故障,保障人员需要对进行初步判断和排查检修。对保障人员维修技能也有着极高的要求,从原则上讲,以“预防为主、养作基础”作为设备保障的理念,严格执行设备巡查制度,强化设备的常规维护,才能切实保障自动站设备正常运行;在发生故障时,冷静对故障原因及部位进行分析,按照区域自动气象站维护维修基本程序和方法,科学分析和判断故障原因及部位,对故障部位进行及时检修,这样大大提高了工作效率,从而减少故障持续时间,以达到提高区域自动气象站的数据传输及时率和数据传输准确率,从而提高区域自动气象站探测资料的利用率,为当地天气预报和当地政府有关部门对重大灾害性天气决策服务提供更加完善的气象保障服务。
  参考文献
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