雷达机房动力环境监控系统的建立及应用

曹凯明，董立亭，苏 菲

(贵州省大气探测装备与保障中心，贵州 贵阳 550081)

1 引言

新一代天气雷达为气象监测、预报、预警提供了重要气象资料，在气象防灾减灾和气象服务等方面发挥了重大的作用。雷达能否正常运行不仅取决于雷达自身状态，还取决于稳定可靠的供电系统。由于电网和外界环境等因素的影响，使得雷达在运行过程中会出现电压浪涌、瞬变、过压、欠压以及电压中断等情况，造成雷达设备元件受损、状态异常等严重后果。另外，雷达工作时，对机柜内的环境温湿度要求也比较严格，雷达机柜虽配有风机进行通风降温，但由于长期运行，容易出现老化、短路的故障，从而引起机柜温度升高，造成雷达工作异常。因此，通过建立雷达机房动力环境监控系统，实现对雷达UPS、温湿度等的实时监控，及时掌握雷达的供电状况及机柜内温湿度变化的情况，从而保障雷达稳定工作的动力环境，提高雷达运行的稳定性和效率。

2 实现原理

雷达动力环境监控系统是在省级保障中心建立监控中心站，在各雷达站建立监控子系统，通过采集UPS 工作状态、机房环境温湿度等信息，利用气象专网集中传送到省级保障中心，相关用户使用客户端访问中心站的方式来查看各站点的监控信息。如图1 所示。

图1 雷达机房动力环境监控结构图

2.1 监控中心

省级保障中心通过中心站软件实现对所有雷达机房的统一管理，中心站主机和模块之间，以网络连接，采用主从方式通过TCP/IP 协议相互通讯，将采集到的原始数据进行分析处理，并将原始数据及处理结果提交数据库进行存储，同时提供给监控中心、客户端软件使用。

2.2 动力设备监控系统:UPS 主机监测

新一代天气雷达所使用的均为智能型UPS，为雷达提供稳定的电压，稳定的频率，滤除杂讯，保证雷达不受电网波动干扰，对整机设备提供全面的供电保护十分重要。UPS 的连接方式如图2 所示。

通过UPS 厂家提供的通讯协议及智能通讯接口，接入到网络适配器上，经过网络适配器的解析和转换后再传输到监控中心，实现对UPS 运行状态的统一管理。完成对UPS 输入输出电压、输出电流、输出频率、整流器状态、逆变器状态、电池状态、旁路状态和负载状态等工作参数的实时监控。一旦UPS 出现异常，系统会通过界面闪烁、声音、电话短信等方式进行报警，并提供相应的处理提示，期间还会对重要的参数作曲线记录，使雷达机务人员对UPS 的状况有全面的了解。

图2 UPS 监控连接方式图

2.3 设备环境监控系统

2.3.1 机柜温湿度监测 通过对雷达机柜加装高精度温湿度传感器，检测各雷达机柜内的温、湿度情况。并且当机柜内的温湿度超过预定值时，系统将进行语音、短信、电话等的报警。机柜温湿度监控连接方式如图3 所示。

图3 机柜温湿度监控连接方式图

2.3.2 机房温湿度监测 对雷达站机房的普通空调进行实时监控。普通空调自身不提供通讯接口和协议，监控系统无法直接对其进行监测、设定和控制。因此，通过使用空调智能控制器来学习空调遥控器的开启关闭、工作模式、温度调整等红外信号，利用工控机和监控系统，使用485 转接头与设备进行通讯，从而实现对机房空调的监控。

2.3.3 其它环境监控 要保证雷达设备、网络、供电等能长期而可靠地运行，还可以加装漏水检测、烟雾感应、门磁开关、大楼风机等环境监控项目。都可以通过接入到网络适配器的方式进行解析和转换后，再传输到监控中心对其进行统一管理。

3 雷达机房动力环境监控系统的应用

3.1 温度环境监控

速调管是新一代天气雷达的核心部件，它的性能直接影响到雷达探测的回波质量、运行成本和使用时间，使用和维护好速调管是雷达站提高业务质量和降低成本的主要环节之一。由于速调管功率较大，在工作中需要散发大量热量。机柜风机风量大小必须达到设备要求，如果冷却系统出现故障，风量不足，电子枪的金属与陶瓷封接处表面温差超过限度，会造成速调管损坏。

如图4 所示，在雷达机房动力环境监控系统中，监控到兴义新一代天气雷达的高频机柜温度出现异常报警，值班员通过检查该雷达高频机柜的温度，发现从3月11日起间歇性出现异常偏高，超出设置的最高温度阀值33℃。通过联系雷达机务人员，对该机柜进行检查，发现机柜的风机由于长时间持续工作，已经出现异常响声和运转不稳定的现象，机务人员立即对该机柜的风机进行处理，更换风机后该机柜的温度回到正常值，避免因风机故障引起速调管损坏，从而影响雷达的业务运行。

图4 兴义高频机柜温度曲线图

3.2 湿度环境监控

雷达机房的最佳相对湿度范围是40%～60%。机房湿度长期过高会腐蚀开关线路，进而导致设备元件功能失效，引起雷达故障。在雷达数据处理设备中，电路板随着湿度水平的波动而膨胀和收缩。这些电路板膨胀和收缩会破坏微电子电路和印刷板插头。当相对湿度较高时，水蒸气在电子元器件或电介质材料表面形成水膜，容易使电子元器件之间形成通路。当相对湿度过低时，容易产生较高的静电电压。如果相对湿度为30%，静电电压可达51 000V;相对湿度为20%，静电电压可达1 万V。高达上万伏的静电电压对雷达设备的影响是显而易见的。

如图5 所示，通过系统监控发现雷达机房湿度在15—16 时期间报警，超出设置的正常阀值，联系该雷达站机务人员及时对机房进行通风、除湿处理后恢复正常。

图5 雷达机房湿度曲线图

3.3 UPS 动力监控

新一代天气雷达的机房由监控、伺服、调制、高频和接收5 大机柜组成，各部件协同工作保证雷达稳定运行。当某部件出现故障或性能下降时，会直接或间接地影响到雷达的整体性能，其中某些部件出现异常时，可以通过监控其动力供应情况直接反应出来。

如图6 所示，某雷达不能正常开启高压，从监控系统中监测到该雷达因加高压异常导致输出电流波动较大，超出正常工作电流的波动范围，通过检查相关部件，发现为脉冲变压器损坏，更换后恢复正常。

图6 雷达输出电流曲线图

4 总结

通过建立雷达动力环境监控系统，实现对全省新一代天气雷达的UPS 供电系统状态、雷达工作机柜温湿度、机房空调温湿度的实时监控，掌握其运行状况，并通过报警等功能，及时发现雷达故障隐患，采取措施进行维护，减少或消除因雷达电源系统和运行环境造成的故障，进一步提高雷达保障效率。实现雷达系统集中管理，分散控制的科学管理。该项目建设可作为省级天气雷达维修测试平台的重要内容之一，对提高省级天气雷达维修测试平台的业务内涵和丰富运行监控具有重要作用。