1引言：随着气象探测技术和科技水平的不断进步，国家站自动化程度不断提升，以新型自动气象站为核心、综合硬件集成技术为手段的地面气象观测自动化系统已逐步建立。通过对荆州市所属的6个国家级自动站保障维护经验，针对异常要素现象，有针对性的对DZZ5新型自动站和DPZ1型综合集成硬件控制器进行分析，准确的确定故障原因，提出故障的处理方法，确保气象观测业务正常运行。
2系统结构
本市各台站地面气象观测自动化系统线路连接、设备接入均有微小差别，其系统主体结构包括采集器系统、传感器系统、通讯系统和供电系统，在此分别对其各部分系统进行分析。
2.1采集系统
采集系统主要包括主采集器、温湿度分采集器、地温分采集器、能见度采集系统、天气现场采集系统、日照采集系统。各采集器通过数字或模拟测量端口完成对相应传感器的数据采集，同时对采样数据进行控制运算、数据计算处理、数据质量控制、数据记录存储。
2.2传感器系统
传感器系统主要包括温湿度传感器、风向风速传感器、翻斗式雨量传感器、气压传感器、蒸发传感器、地（草）温传感器、浅（深）层地温传感器、能见度传感器、日照传感器、降水天气现象传感器。各传感器按照各自工作原理和数据规格配置内部固定的采样参数，采集各类气象观测数据。
2.3通讯系统
通讯系统是以综合集成硬件控制器为核心，连接各类采集器通讯接口，对多种观测设备进行集约式管理，完成各类数据电信号到光信号再到电信号的转换，实现了观测场和观测值班室仅通过一根光纤进行数据传输。
2.4供电系统
供电系统分为直流供电和交流供电。直流供电系统，由三部分组成，分别为电源控制器、免维护电池及太阳能电池板；交流供电系统，由四部分组成，分别是空气开关、防雷器、电源控制器和免维护电池。
3异常要素现象故障现象分析及处理
温湿度传感器和地温传感器是先连接到相应的温湿分采和地温分采上，分采集器通过CAN线连接到主采集器上，再经综合集成硬件控制器进入室内主机；雨量、风向风速、气压、蒸发等传感器直接连到主采集器上，经综合集成硬件控制器进入室内主机；能见度、天气现象、日照等传感器连接到其相应的采集器上，经综合集成硬件控制器进入室内主机。因为各类传感器采集的独立性和传输的相关性，我们在故障处理时可把故障分单一要素异常、某采集器所属要素异常和全部要素异常这三类，以达到简化排查流程的目的。
3.1单一要素异常
当某单要素异常时，可直接重点针对异常要素传感器相关方面进行检查。按常规检查的流程，首先在室内检查业务软件和采集器的相关参数设置，再在室外逐一检查线缆、供电、传感器等。
3.1.1参数检查
3.1.1.1检查ISOS软件中异常要素的参数设置
通讯参数：停止位、波特率、数据位、校验，软件参数设置：是否开启
3.1.1.2检查采集器中异常要素传感器开启状态
以气温异常为例，在ISOS软件通讯终端中输入SENST T0，若返回值为1，则表示温度传感器开启；若返回值为0，则表示其关闭，此时应输入SENST T0 1，启用温度传感器。
3.1.2线缆检查
3.1.2.1检查异常要素的接线端子是否牢固，有无松动、脱落或接触不良。
3.2.2.2检查异常要素的各节点的连接状态，是否存在短接、断接、错接等问题。
以湿度异常为例，按顺序检查湿度传感器、温湿分采集器、主采集器之间线路通断情况。
3.1.3供电检查
根据各传感器工作性能要求，测量供电状态，是否满足其正常工作条件。
以气压传感器为例，用万用表直流电压档（DC 20V）测量主采集器气压端口供电电压，应为12V左右；若异常，可采用主采其他12V直流供电，此时气压传感器工作正常，则可确定故障部位为主采气压端口损坏。
3.1.4传感器检查
3.1.4.1外观检查
检查翻斗式雨量传感器各部位是否有堵塞情况，各翻斗是否灵活；风向风速传感器转动是否正常；气压传感器静压管是否堵塞；日照传感器感光部位是否有异物遮挡，纬度是否正常设置；能见度、天气现象仪发射单元、接收单元透镜窗口是否污染，采样区内是否有蛛网等异物。
3.1.4.2传感器物理性能检查
各类传感器根据不同的物理原理来间接获取相应的气象要素，据此我们可以对传感器物理性能进行检查。用万用表通断档测量翻斗式雨量传感器红、黑接线柱输出信号，计数翻斗每翻转一次，万用表应有一次短路提示音，若无则说明干簧管故障；断电状态下用万用表电阻档测量温度传感器同端电阻R1和异端电阻R2，使用温度计算公式T=（R2-R1-100）/0.385，计算出气温数值，若与实际相差较大，则说明温度传感器故障；带电状态下用万用表直流电压档测量风向信号节点的电压值，记录下某风向下7位格雷码，换算为风向角度，通过与实际方位的比较，确定风向传感器是否异常；带电状态下用万用表直流电压档测量风速信号节点的电压值，风杯静止时应为0.7V或4.5V左右，风杯转动时应为2.5V左右，若电压示值异常，则说明风速传感器故障。
3.1.4.3传感器串口直连测试
对于气压、能见度、天气现象等传感器，可利用笔记本电脑通过串口直接测试。在传感器工作状态下，通过笔记本电脑串口调试助手发送相应测试命令，根据返回信息判断传感器是否正常。
3.2某采集器所属要素异常
3.2.1温湿度/地温均异常
温湿度经由温湿度分采通过CAN总线进入主采集器，各类地温经由地温分采通过CAN总线连入主采集器。在此，以温湿度均异常为例进行分析。首先，在室内计算机通讯终端内输入DAUSET TARH来确定主采集器中温湿分采是否启用，若返回值为1，则表示已开启；若返回值为0，则表示关闭，输入DAUSET TARH 1启用温湿分采。其次检查温湿分采供电是否正常，正常应为12V左右。最后检查温湿分采与主采连接的CAN总线是否有短路断路现象。
3.2.2主采集器挂接要素均异常
因能见度、天气现象、日照等设备采集数据经由综合集成硬件控制器能正常在室内业务软件上调用显示，所以基本可以排除综合集成硬件控制器与室内计算机通讯故障。重点检查主采集器本身工作状态及其与综合集成硬件控制器连接相关问题。
3.2.2.1主采集器检查
在保证主采集器供电正常下，直连主采集器与笔记本电脑，通过串口调试助手，读入DMGD读取分钟数据，若无正常返回值或无法连接主采，则可确定主采集器故障，更换主采集器；若输出返回值正常，则检查主采至综合集成硬件控制器的线路连接。
3.2.2.2线路连接检查
首先检查两端接线端子有无脱落短接情况，其他检查线缆有无断开断路或错接等异常情况，最后利用替换法确定综合集成硬件控制器PORT1口是否正常。将主采集器接入原正常工作能见度接入口PORT2，更改相应软件参数设置，若此时主采挂接要素均正常在室内业务软件上显示，则说明综合集成硬件控制器PORT1口故障，使用其他未利用的PORT口替代。
3.3全部要素异常
当全部要素异常时，全部传感器、采集器同时故障的可能性极低，此时可重点针对通讯系统与计算机进行检查。常见故障可以分为室内业务相关软件故障和综合集成硬件控制器及其相关线路硬件故障两大类。
3.3.1软件故障
连接ＳＭＯＰＯＲＴＡｄｍｉｎ软件，若能进入，则说明室内业务计算机至综合集成硬件控制器通信正常。若不能进入，则在cmd命令窗口内ｐｉｎｇ综合集成硬件控制器ＩＰ看是否连通，若能连通，说明ＳＭＯＰＯＲＴＡｄｍｉｎ软件出现异常或者局域网内有冲突IP。若不能连通，则可以排除软件相关故障，转为检查综合集成硬件控制器及其相关线路。
进入ＳＭＯＰＯＲＴＡｄｍｉｎ软件后检查设备串口设置是否正确且与ISOS软件设置一致，若设置不正确，则需要重新设置串口信息；若串口设置正确，则继续检查计算机ｃｏｍｔｏｎｅｔ和ｎｅｔｔｏｃｏｍ两项服务是否开启。
若两项服务未开启，则启动；若已开启，则继续检查Ｗｉｎｄｏｗｓ防火墙和安全防护软件是否关闭。
若防火墙和防护软件未关闭，则关闭；若已关闭，则继续检查虚拟串口是否正常。
若虚拟串口不正常，需要清空后重新安装虚拟串口驱动软件；若虚拟串口正常，则在cmd命令窗口内输入netstat-n，检查业务主机和综合集成硬件控制器的通信端口是否正常。
若通信端口状态不正常，则应检查局域网内是否有其他计算机安装了ＳＭＯＰＯＲＴＡｄｍｉｎ软件占用了端口；若通信端口状态正常，则基本排除软件故障。
软件排查流程图如图1所示。
图1 软件排查流程
3.3.2硬件故障
当综合集成硬件控制器不能连通且排除软件故障时，转为检查综合集成硬件控制器及其相关线路硬件故障。
检查设备面板PWR1、PWR2供电指示灯，若不亮，则说明设备供电电压异常或者电源接线端子损坏；若常亮，则说明设备供电正常，继续检查设备L1运行状态指示灯。
L1若不亮，则说明其内核系统工作异常，重启后仍不正常需更换综合集成硬件控制器；若闪亮，则说明设备正常运行，继续检查TX、RX光纤信号收发指示灯。
若TX、RX闪烁异常，则说明观测场通讯控制模块故障或室内光电转换模块故障或光纤线路故障；若TX常亮、RX闪亮，则说明光纤信号收发正常，继续检查室内网线及其接口、光电转换模块短网线连接是否正常。
硬件故障排查流程如图2所示。
图2 硬件排查流程
4小结
当台站出现故障导致观测要素异常时，需要把握传感器、采集器、综合集成硬件控制器这几个关键数据采集传输节点，熟悉台站的整体布局及数据采集传输流程。
本文针对各类异常现象，分析总结了相应的排查流程和处理办法。在实际工作中，有助于我们跳过部分节点，重点检查故障部位，简化排查流程，为台站保障人员迅速解决故障提供参考。
参考文献
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