气象装备保障竞赛及故障排除技巧分析
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摘要：根据以往气象装备保障竞赛经验，总结气象装备故障排除方法和步骤，从竞赛准备、竞赛过程和竞赛心理等方面着手，分析提炼出具有实际操作意义的设备安装、运行调试、故障诊断与排除等方面的技术要点。结果表明：心理状态是取得气象装备保障竞赛成绩的关键因素，操作技巧和速度是决定竞赛结果的必要条件。应按照“先易后难”、“先软件、后硬件”的顺序进行故障排除，在最少的时间内排除尽量多的设备故障。
关键词：气象装备;竞赛;故障排除
近年来，气象装备保障科目作为国家、省、市气象行业职业技能竞赛中的一项重要内容，越来越受到各代表队选手和竞赛组织者的重视，其存在竞赛时间短、单位时间分值高的特点。该竞赛项目的开展，同时促进了基层气象台站仪器装备保障能力的提升。
气象装备保障竞赛内容主要有设备安装、运行调试、故障诊断排除等环节，这些内容要求在30分钟之内完成，必须合理安排时间，分秒必争。竞赛赛场提供竞赛专用计算机和新型自动气象站（包括DZZ4和DZZ5两种型号），每套新型自动气象站包含采集器、电源系统、通信系统以及压、温、湿、风、雨、能见度等传感器。近两届的全国气象行业职业技能竞赛方案又新增加了DPZ1型综合集成硬件控制器、DNQ1型前向散射式能见度仪等设备。竞赛设备逐渐增多，难度系数也不断提高，因此选手的临场发挥对于此项科目取得较好成绩起到了决定性作用。一些气象工作者对自动气象站故障和排除进行过研究[1-3]，但是专门针对气象装备保障竞赛方面的研究较少。
本文结合作者以前的竞赛实践和日常工作经验，总结出了一些应试方法和技巧，仅供各地参赛选手借鉴，并为日常装备技术保障工作提供参考。
1竞赛准备
1.1心理准备
进入考场前，要了解考场房屋朝向大体方位，明确南北方向。这样一是有利于稳定自己的情绪，二是在设备安装环节能利用指北针迅速找到北的方位。
1.2工具准备
进入考场后，要大体看一下扳手、指北针、水平尺、万用表等工具摆放的位置、设备连接和通电状态等情况，做到心中有数。
1.3试卷准备
一般装备技术保障竞赛正式开始前会给2分钟左右的时间读题，在这期间迅速浏览试卷，对题目数量和难易程度有个大体了解，以掌握考试进度和做题顺序。一定要把姓名、参赛单位写在试卷相应位置，以免遗漏而影响成绩。
2设备安装与运行调试
2.1设备安装
使用给定的工具完成设备安装与检查，包括传感器接线、传感器与防雷板连接、防雷板与采集器连接、综合集成硬件控制器的连接、供电系统接线等。按照规定的高度、方向和水平要求正确完成通讯、气温、湿度、气压、雨量、风速、风向、能见度等设备安装。安装时要注意航空插头的凹与凸、针与孔位置相对应准确，力求一次性紧固，各类接线连接准确，完成安装后操作台整洁美观。这需要在日常训练时加强练习，增加熟练程度。
2.2设备运行调试
使用地面综合观测业务软件（ISOS）或串口调试软件（SSCOM）进行设备现场调试。包括：传感器相关参数读取和设置、采集器相关参数读取和设置、能见度传感器的应用与维护、综合集成硬件控制器设置与调试等。按照要求正确完成设备调试、参数配置和数据读取。
调试时可将串口调试软件（SSCOM）设置为定时发送，观察收发灯是否正常交替闪烁。常用调试命令有：自检AUTOCHECK、采样SAMPLES（DZZ4）、采样OBSAMPLEMAIN（DZZ5）、配置参数SENCO。
3故障诊断排除
要求正确使用工具，对自动站故障进行诊断，判定故障位置、分析故障原因并排除。
故障要素显示及原因如下表。
配置参数设置错，主要是针对风速和雨量。
按照上表给出的现象及原因，根据不同设备的特点进行故障诊断和排除，简要步骤如下：
3.1通讯故障
①参数设置检查：包括端口、波特率、校验位、停止位等;②光纤收（Rx）、发（Tx）是否正确连接;③检查DIP拨码：1应位于“ON”，2、3、4应位于“OFF”;④主檢查采集器与光电模块之间收（Rx）、发（Tx）、地（G）是否连接正确;⑤检查光电转换模块状态：电源电压（12V）、地线（G）是否正常，工作指示灯是否常亮;⑥检查各网线指示灯是否正常闪烁。
3.2气温故障
①ISOS挂接检查、检查参数，常用命令：SENSTT0、QCPST0;②检查四线制电阻线序：同端、异端是否互换（电阻法）;③检查电阻接线端子：是否有短路、断路;④传感器故障：所有故障排除后仍不能恢复正常，判断为传感器故障，需更换传感器。
3.3湿度故障
①ISOS挂接检查、参数检查，常用命令：SENSTU、QCPSU;②测量传感器供电：电压应为12V左右，（黑色表笔测湿度G，红色表笔湿度测电源+12V）;③测量传感器输出电压：正常应为0～1V;④信号线是否交叉互换;⑤测量传感器接线端子：是否有短路、断路;⑥传感器故障：所有故障排除后仍不能恢复正常，判断为传感器故障，需更换传感器。
3.4温湿度同时故障
温湿度同时缺测时一般考虑温湿度公共部分—CAN总线故障，主要判断步骤如下：①主采CAN-H线与温湿分采的CAN-H线、主采CAN-L线与温湿分采的CAN-L线：是否分别接通;②测量CAN-H线与CAN-L线：是否有短路、断路或交换;③检查主采、温湿分采CAN-H线与CAN-L线是否接反;④测量主采、温湿分采CAN总线端子：有无短路、短路。
还可以根据指示灯状态大体观察判断。DZZ4型自动气象站的CAN线无论短路、断路或交换时CAN-E灯都会闪烁。DZZ4型自动气象站的CAN线短路时Tx、Rx灯均不亮，CAN线断路时Tx、Rx灯均常亮，CAN-H线与CAN-L线交换时Tx、Rx灯交替秒闪。 3.5气压故障
①ISOS挂接检查、参数检查，常用命令：SENSTP、QCPSP;②测量供电：电压应为12V左右;③检查信号线序：Tx、Rx是否接反;④测量传感器接线端子：是否有短路、断路;⑤传感器故障：所有故障排除后仍不能恢复正常，判断为传感器故障，需更换传感器。
3.6雨量故障
①ISOS掛接检查、参数检查，常用命令：SENSTRAT、SENCORAT;②测量传感器接线端子：是否有短路、断路;③测量传感器线缆：是否有短路、断路;④检查干簧管：是否有短路、断路;⑤用电压法检查：因为主采雨量通电自带3.5V左右的电压，如果将传感器接到主采后，开机状态下能测到3.5V左右的电压，可以排除线路、端子故障。
3.7风速故障
①ISOS挂接检查、参数检查，常用命令：SENSTWS、SENCOWS;②测量传感器供电电压：电压应为5V左右;③测量传感器信号频率：正常转动时频率应不为零，且随风速变化;④测量传感器信号电压：0～5V，转动时在2～3V之间波动。恒为5V可能是与电压正短路，常为0V可能是与电源地短路;⑤测量传感器接线端子：有无短路、断路;⑥测量线缆，判断通断和短路：DZZ4传感器端2、7、5孔对应采集器端电源正、信号、电源地，DZZ5传感器端1、3、2孔对应采集器端电源正、信号、电源地;⑦传感器故障：所有故障排除后仍不能恢复正常，判断为传感器故障，需更换传感器。
3.8风向故障
风向信号由D6、D5、D4、D3、D2、D1、D0共7根线，风向传感器信号2.5V以下为低电平，格雷码输出0;2.5V以上为高电平，格雷码输出1。例如：DZZ4型自动气象站主采D6～D0自带电压为：0V、0V、0V、0V、0V、0V、0V，对应格雷码为：0000000，所有风线缆不接情况下风向为0°;DZZ5型自动气象站主采D6～D0自带电压为：5V、5V、5V、5V、5V、5V、0V，对应格雷码为：1111110，所有风线缆不接情况下风向为236°。
如果发现风向异常，一般故障诊断与排除步骤如下：
①ISOS挂接检查、参数检查，常用命令：SENSTWD。②检查风向供电：正常应为5V左右。确定参数和供电正常的情况下，接下来排查D6和D5线路。
③验证四个方位：是否存在东南风与西北风位置互换、只输出偏南风（90°～270°）、只输出偏北风（270°～0°～90°）、只输出偏西风（180°～270°）、只输出偏东风（0°～180°）。④东南风与西北风输出互换时，检查D5、D6线缆是否有交叉。⑤只输出偏S风（90°～270°）时，说明D5格雷码恒为1，D5信号通道只采集到高电平。对于DZZ4型自动气象站来说，D5线缆可能与风向电源正（5V）短路;对于DZZ5型自动气象站来说，D5线缆可能断路或与电源正（5V）短路。⑥只输出偏N风（270°～0°～90°）：说明D5格雷码恒为0，D5信号通道只采集到低电平。对于DZZ4型自动气象站来说D5线缆断路或与电源地（G）短路;对于DZZ5型自动气象站来说，D5线缆可能与风向电源地（G）短路。⑦只输出偏W风（180°～270°）时，说明D6格雷码恒为1，D6信号通道只采集到高电平。对于DZZ4型自动气象站来说，D6线缆可能与风向电源正（5V）短路;对于DZZ5型自动气象站来说，D6线缆可能断路或与电源正（5V）短路。⑧只输出偏E风（0°～180°）时，说明D6格雷码恒为0，D6信号通道只采集到低电平。对于DZZ4型自动气象站来说D6线缆断路或与电源地（G）短路;对于DZZ5型自动气象站来说，D6线缆可能与风向电源地（G）短路。⑨测量端子：有无短路、或断路。⑩传感器故障：所有故障排除后仍不能恢复正常，判断为传感器故障，需更换传感器。
风向故障原因比较复杂，排除耗费时间比较长，一般应留在最后排除。
3.9能见度故障
①ISOS挂接检查、参数检查。常用命令：SETCOMWAY、OPENCHANNEL1！、MES;②测量供电：正常应为12V左右;③检查Tx、Rx信号线线序;④测量端子：有无短路或断路;⑤检查接收端、发射端：光路是否受遮挡。
4竞赛完毕
在所有故障排除后，相关要素应能够正常读取显示。如有时间，应将工具整理收回原来位置，温湿分采盖板、雨量传感器外筒。最后检查姓名、单位是否写全或有无遗漏题未做。
考试完毕后，可询问裁判是否需要帮助将设备恢复到待考状态。尽量不要提前交卷。
5总结与建议
（1）竞赛过程中要保持情绪稳定、头脑清醒，准确把握考试节奏。
（2）对考官态度要好，如遇到设备问题，在询问考官无果的情况下，可举手示意考场巡视人员进行求助。
（3）故障排除的时候按照“先易后难”、“先软件、后硬件”的顺序进行，避免浪费时间。
（4）故障现象描述要准确，故障点要精确到最小可更换的元器件单元。
（5）故障排除步骤要尽量简要凝练，用最少的文字描述出故障排除工作的主要内容。
（6）建议选手针对个人情况，总结适合自己的竞赛经验和方法，在练习中不断应用和提升。
参考文献：
[1]李凤，邓运超，李杰.DZZ4型自动站雨量传感器故障处理方法[J].气象研究与应用，2017，38（4）：62-64.
[2]杨玉霞.DZZ5型自动气象站地温故障的维修方法研究[J].青海气象，2019，（03）：105-106.
[3]李竹.地面气象观测仪器常见故障及维修维护研究[J].科技风，2019，（21）：134.
作者简介：邓运超（1984-），男，河北肃宁人，工程师，理学学士，主要从事综合气象业务工作。
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