DZZ5型自动气象站常见故障分析及处理流程

王 淑

（福建省霞浦县气象局，福建 宁德 355100）

霞浦县气象局于2014年10月底安装DZZ5型自动气象站并试运行，2015年1月正式开始地面观测业务。相比早期运行的自动气象站，新型自动气象站主要通过内部采集单元和控制器局域网络（Controller Area Network，CAN）总线与各分采集器连接，实现各气象要素的采集，具有数据处理功能较强、综合性能卓越、扩充方便、运行稳定、维护简便等优点，深受基层台站业务人员的欢迎。

1 DZZ5型自动气象站概述

DZZ5型自动气象站采用了先进的嵌入式系统技术和外部总线技术，即采用“主采集器+外部总线+分采集器+传感器+外围设备”的设计方式，属于新一代自动气象站，是国家级气象站的重要列装产品[1]。与原有的自动气象站相比，DZZ5型自动气象站无论是在数据的探测精度方面，还是在数据处理能力方面，乃至综合应用方面，都有非常大的提高，能满足现有气象观测站气候观测、天气观测的要求，在应对气候变化研究、人民群众日常生活保障、防止自然灾害等方面能够发挥重要的作用。

DZZ5型自动气象站的整体结构由采集单元、传感器单元、通信单元、供电单元和室内计算机终端组成。

1）采集单元。采集单元负责自动气象站所有数据的采集、存储及分析运算。

2）传感器单元。传感器单元是将要观测的气象要素的变化转换成电信号的相应变化，完成自动测量。DZZ5型自动气象站使用的传感器根据输出信号的不同特点可以分成3类：一是模拟传感器，即输出模拟量的传感器；二是数字传感器，即输出数字量（包含脉冲和频率）信号的传感器；三是智能传感器，即带有嵌入式微处理器的传感器，该传感器本身具有基本的数据采集和处理功能，可以输出并行或串行数据信号。

3）通信单元。通信单元用于将采集器处理的数据传输到室内计算机业务终端。

4）供电单元。DZZ5型自动气象站通过电源控制器将交流220 V市电转换为适配于设备所需的直流电，同时合理控制蓄电池充放电为各负载供电，使各组件能够正常稳定地工作。

5）计算机终端。计算机终端是自动气象站的室内组成部分，它通过台站地面综合观测业务软件（ISOS）处理采集到的数据，并进行自动质量控制，再根据业务需求形成各种文件、报告，采取有线方式传输到上级指定的业务服务器。

2 DZZ5型自动气象站常见故障和处理流程

根据业务工作中出现的故障，DZZ5型自动气象站的故障可以分为全部要素缺测或异常、分采集器采集的观测要素部分或全部缺测或异常、单个观测要素缺测或异常3类。

2.1 全部要素缺测或异常

DZZ5型自动气象站全部要素缺测或异常的原因一般是核心部件、系统公共部分故障或其他因素引起的系统异常，具体原因可能是主采集器故障、ISOS软件参数配置错误、通信系统部件或线路故障、供电系统部件故障或系统接地不良等。对于全部要素缺测或异常的情况，一般的处理流程包括以下几个方面[1]。

1）查看ISOS软件挂接参数配置是否正确，软件是否卡死。故障原因一般为参数配置错误、业务软件卡死，处理办法为重新导入正确的参数，重装业务软件或重启软件，或者换上备用业务计算机。

2）查看与主机连接的光电转换器指示灯是否正常，重启串口驱动软件，检查主机与串口服务器的通信是否正常。

3）到观测场打开串口服务器机箱，检查串口服务器指示灯是否正常，必要时重启串口服务器。

4）检查采集器供电电压是否正常，查看采集器上的两个指示灯是否正常，CF卡是否正常，查看采集器的接地情况。

5）以上2、3、4情况下，必要时均可采用试换部件的办法，确定故障部件是否为光电转换器、串口服务器、主采集器和CF卡。

2.2 分采集器采集的观测要素部分或全部缺测或异常

DZZ5型自动气象站除了有1个主采集器外还有2个分采集器：一个是气温和湿度分采，另一个是地温分采。气温和湿度、各层地温和草温的测量是通过各自传感器测量后将数据信号分别接入气温和湿度分采和地温分采，然后通过CAN总线接入主采集器。对于气温和湿度或地温要素的缺测或异常的情况，一般的处理流程包括以下几个方面。

1）气温和湿度单个要素出现缺测或异常的，一般先判断是否为传感器故障或线缆连接不良（主要检查线缆是否接触不良、短路、断路），然后判断是否为传感器故障，最后判断是否为温湿分采集器的相应通道故障。

2）气温和湿度均出现缺测或异常情况的，一般先判断是否为温湿分采集器故障，然后判断是否为温湿分采集器CAN总线故障（主要检查线缆是否接触不良、短路、断路）。温湿传感器一起出现故障的可能性很小，但也不能排除这种可能性。

3）某一层地温缺测或异常，一般先判断是否为传感器线缆故障（主要检查线缆是否接触不良、短路、断路），然后判断是否为传感器故障，最后判断是否为地温分采集器的相应通道故障。

4）全部地温异常或缺测的，一般先判断是否为地温分采集器的供电部分故障，然后判断是否为地温分采集器故障，最后判断是否为地温分采集器CAN总线故障。

2.3 单个观测要素缺测或异常

DZZ5型自动气象站的主采集器通过内部数据采集单元直接完成风向、风速、翻斗雨量、蒸发的数据采集，通过RS232接口获取气压、能见度、称重雨量的观测数据，日照、天气现象仪的观测数据则连接在串口服务器端口与业务主机直接通信。对于上述某个要素缺测或异常的情况，一般的处理流程包括以下几个方面。

1）根据传感器接口接线走向检查传感器供电部分是否正常。

2）检查传感器的信号输出电压、电流是否在正常值范围内。

3）检查传感器线缆是否有故障，主要检查线缆是否接触不良、短路、断路。

4）通过替换相关传感器确定是否为传感器故障。

5）判断是否为采集器相应通道或串口服务器相应接口故障。

3 故障分析与排除实例分析

本文以霞浦县气象局DZZ5型自动气象站在业务运行中出现的一次故障为例进行分析。2019年3月20日15时10分，值班员收到省信息中心电话报警提示，本站15时上传数据缺失。

3.1 故障现象

查看ISOS软件界面发现，首页上全部数据缺测，设备运行指示灯大部分为红色。打开“自定观测项目”—“省级自定与应急观测”界面，所有要素缺测。显然是因为本站数据采集异常，从而未形成新长Z报文上传到信息中心，导致数据缺测。

3.2 故障分析与处理

1）查看软件的各项参数，设置正确无误，点击ISOS软件的查询与处理功能进行人工卸载自动站数据，2 min后软件显示卸载失败。

2）退出业务软件，重启计算机和ISOS软件，界面上依然显示数据缺测，再次人工卸载还是不成功。

3）检查计算机到采集器的通信网络是否异常，先检查与计算机连接的光电转换器，指示灯正常，供电电压正常，重启后依然不能采集数据。

4）打开SMOPORT设备及配置软件，检查发现参数设置正确，输入用户名和密码，显示主板电压为13.0 V，主板温度为34.7℃，说明主机与串口服务器的通信正常。

5）用ISOS软件自带的串口终端，选择“新型自动站串口处理”，发送下载分钟常规观测数据（DMGD）指令，返回的是一串缺测的符号，但可以用指令读取日照和天气现象数据，至此可以确定故障点应该是串口服务器的主采集器通道或主采集器发生了故障。

6）打开串口服务器机箱，供电电压为13.5 V，发送数据（RX）和接收数据（TX）指示灯闪烁正常，初步确定串口服务器工作正常。

7）打开主采集器机箱，检查得知主采集器的工作电压为13.5 V，查看RUN和CF卡指示灯，发现灯光暗淡，且基本不闪烁。断电重启主采集器后故障现象还是相同。

8）断电后卸下主采集器，并将CF卡取下插到另一个配置好的备用采集器中，换上备用采集器重新上电工作，发现故障依然存在。

9）断电后拔出CF卡，在不插入CF卡的情况下重新上电开机，发现采集器的指示灯恢复正常，ISOS软件上的数据也正常显示。重新换回原来的采集器，自动气象站还是正常运行。

10）将CF卡取回至工作室，用读卡器在计算机上查看，发现格式错误无法打开。原来故障的原因是CF卡无法读取导致主采集器出现故障，换上新CF卡后故障排除，自动气象站恢复正常工作。

4 结束语

DZZ5型自动气象站是目前国家级气象观测站的主要业务设备，在国家地面气象自动化观测工作中发挥着十分重要的作用，自动气象站的运行监控和维护维修也是县级综合气象业务人员的重要工作职责。本文通过分析DZZ5型自动气象站常见故障的原因，使业务人员对自动气象站的工作原理和维修流程有了较为深入的了解。业务人员在日常工作中应加强学习，逐步掌握仪器设备的工作原理和维护维修知识，不断积累实践经验，遇到自动气象站出现故障的情况时应沉着冷静，准确分析故障原因，采取有效的方法排除故障，确保自动气象站恢复正常运行，最大限度地提高自动气象站运行的稳定性和可靠性。