DZZ4型区域自动气象站日常维护及常见故障案例和维修

DZZ4型区域自动气象站日常维护及常见故障案例和维修

杜海波

平邑县气象局  273300

摘要：本文对DZZ4型区域自动气象站的工作原理及日常维护、故障处理进行了介绍及分析，并通过平邑县气象局自2018年1月至2022年7月以来该型号区域自动气象站的设备运行状况、日常维护及故障处理情况，对自动气象站日常维护注意事项及几例常见故障的维修进行了总结，有助于提升台站技术人员在自动气象站维护及维修的业务水平。

关键词：四要素DZZ4型区域自动气象站；日常维护；常见故障案例及原因；判断依据和维修方式。

引言

随着气象事业的发展，区域气象观测业务越来越重要，区域气象观测业务主要承担地面气象要素的时空加密观测任务，提供区域性高时空分辨率的中小尺度灾害性天气、局部环境和区域气候等观测数据，区域气象观测站是国家级气象观测站的重要补充，在气象业务和服务中起到了重要作用[1]。

DZZ4型区域自动气象站作为一种地面气象自动化观测设备，被广泛应用。DZZ4型区域自动气象站具有易维护、易扩展、高准确性、高可靠性等特点，能满足区域自动气象观测业务的需要，山东省临沂市平邑县气象局现有14个四要素DZZ4型区域自动气象站和5个单雨量山洪观测DZZ4型区域自动气象站。由于长时间的运转、老化，以及野外恶劣环境的影响，DZZ4型区域自动气象站不可避免的出现各种故障，严重影响了观测数据的连续性、及时性和准确性，为提高区域气象观测数据的连续性、及时性和准确性。本文通过平邑县气象局自2018年1月至2022年2月以来该型号区域自动气象站的设备运行状况、日常维护及故障处理情况，对自动气象站日常维护注意事项及几例典型故障的维修进行了总结，有助于提升台站技术人员在自动气象站维护及维修的业务水平。

1、四要素DZZ4型区域自动气象站结构及主要设备

四要素DZZ4型区域自动气象站作为一种自动化观测地面气象系统，可完成对风向、风速、气温、雨量的数据采集、处理、质控、存储和传输，由数据采集器、传感器、电源系统、通讯系统和外围设备构成。主要设备为WUSH-BH4数据采集器、WUSH-9118数据传输模块、WUSH-TW100温度传感器、ZQZ-TF风向传感器、ZQZ-TF风速传感器、L3-1型双翻斗雨量传感器、电源控制器、通讯天线、蓄电池、太阳能板、DZZ4自动站机箱、ZQZ-PG型风杆等。

2、四要素DZZ4型区域自动气象站日常维护

2.1、四要素DZZ4型区域自动气象站日常维护的意义

做好区域自动气象站的日常维护，对区域自动气象站的正常运行有重要作用，做好日常维护，可以降低区域自动气象站出现故障的概率，提高区域自动气象站区域气象观测数据的连续性、及时性和准确性。

平邑县气象局自2018年以来施行区域自动气象站每月维护1次，汛期期间每月维护2次，强降水天气来临前或重要天气来临前加密维护的规定，有效的降低了区域自动气象站出现故障的概率，提高了区域自动气象站区域气象观测数据的连续性、及时性和准确性，为气象业务和服务提供了准确、及时的气象观测数据。

2.2、四要素DZZ4型区域自动气象站日常维护项目

2.2.1、查看DZZ4型区域自动气象站所有设备外观是否损坏，设备是否健全。

2.2.2、查看DZZ4型区域自动气象站周围观测环境是否符合规定，比如区域自动气象站内部杂草是否过高，周边是否新建高建筑物等情况，发现不符合项，及时上报和清理。

2.2.3、检查区域自动气象站各种设备的安装固定和连接是否稳定牢固。比如风杆拉线是否松动，风杆和雨量筒安装是否稳定牢固等。

2.2.4、打开DZZ4自动站机箱，对应各设备指示灯含义，查看WUSH-BH4数据采集器指示灯、电源控制器指示灯、WUSH-9118数据传输模块指示灯是否运行正常。

2.2.5、检查各设备连接线缆连接情况。比如WUSH-BH4数据采集器与WUSH-9118数据传输模块连接线是否牢固，电源控制器与WUSH-BH4数据采集器连接是否牢固，通讯天线与WUSH-9118数据传输模块连接线是否牢固等。

2.2.6、用万用表测试蓄电池电压是否符合标准，一般蓄电池电压正常范围在12V~15V之间。

2.2.7、检查雨量漏斗和翻斗是否有尘沙、蜘蛛网及其他堵塞异物，及时清理，可用干净的脱脂毛刷进行清理；注入清水检查漏斗和翻斗是否堵塞。（注意清理L3-1型双翻斗雨量传感器时，把L3-1型双翻斗雨量传感器和WUSH-BH4数据采集器接线端断开，防止出现因清理碰触将不正常雨量值上传至中心站）。

2.2.8、L3-1型双翻斗雨量传感器的核查工作，按照业务规定每年进行两次雨量集中核查，分别是汛期前和主汛期。核查设备平邑县气象局采用的是JJS1型翻斗雨量传感器校准仪，开展核查工作时，把JJS1型翻斗雨量传感器校准仪模拟承水器正确安装到L3-1型双翻斗雨量传感器上，把校准仪连接线对接翻斗雨量传感器接线柱，依次向大雨强、小雨强注水口中缓缓注入10mm降水的水量，观察并记录计数显示数值，大雨强或小雨强各校准3次，计数显示数值取平均值，平均值100±4为标准，超过这个标准，应通过计数翻斗位置的限位调节螺丝进行调整，限位调节螺丝每向内或向外旋转1圈，计数值减少或增加3,在调节限位调节螺丝时还应注意两边限位调节螺丝同时调节，做到距离平衡。

2.2.9、ZQZ-TF风向传感器、ZQZ-TF风速传感器的维护，主要是观察风向、风杯标体是否损坏，转动是否平稳、灵活；平邑县气象局每年集中维护1次ZQZ-TF风向传感器、ZQZ-TF风速传感器，更换ZQZ-TF风向传感器、ZQZ-TF风速传感器轴承，校准ZQZ-TF风向传感器、ZQZ-TF风速传感器是否符合业务应用标准。

2.2.10、定期断电重启WUSH-BH4数据采集器、WUSH-9118数据传输模块。

3、常见故障案例及维修方法

自动气象站监控管理软件接收不到区域自动气象站定时数据文件故障排除步骤：

首先用万用表检测蓄电池电压和查看电源控制器面板指示灯是否符合标准来判断是否电源系统故障；其次查看WUSH-9118数据传输模块面板指示灯，判断是否是通讯系统故障，根据故障原因更换设备；最后检查WUSH-BH4数据采集器指示灯，判断是否是WUSH-BH4数据采集器故障。

3.1、电源系统故障案例及维修方法

查看电源控制器（图1）面板上的太阳能板、电池告警、负载告警3个指示灯，通过指示灯判断故障原因；用万用表检测蓄电池（图2）电压是否符合标准，判断故障原因。

图1  电源控制器                                       图2  蓄电池

3.1.1、故障案例：2018年6月15日14时，在自动气象站监控管理软件上接收不到区域自动气象站D5507定时数据文件。

故障原因：蓄电池电压过低导致。

判断依据：到达现场后发现，电池告警指示灯亮红灯，检查蓄电池电源线连接正确和牢固，用万用表检测蓄电池电压，把万用表调至直流电压20V档，万用表红线接蓄电池正极，黑线接蓄电池负极，测试蓄电池电压，电压为11.6V,蓄电池电压不符合标准，一般蓄电池电压正常范围在12V-14V之间，判断因蓄电池电压过低致使在自动气象站监控管理软件上接收不到区域自动气象站D5507定时数据文件，

维修方式：更换电压符合标准的蓄电池后，重启设备，区域自动气象站D5507定时数据文件恢复正常传输；（自动气象站监控管理软件上接收不到区域自动气象站定时数据文件故障，大部分原因是由于连续降雨，造成蓄电池不能通过太阳能板充电，造成蓄电池电压过低造成。）

3.1.2、故障案例：2019年5月16日14时，在自动气象站监控管理软件上接收不到区域自动气象站D5507定时数据文件。

故障原因：电源控制器故障，引起太阳能板不能给蓄电池供电，导致蓄电池电压过低，引起故障。

判断依据：到达现场后发现，电池告警指示灯亮红灯，太阳能板指示灯不亮，负载告警指示灯亮红色，检查蓄电池电源线连接正确和牢固，用万用表检测蓄电池电压，电压为11.8V，当天天气晴朗、阳光能直射太阳能板，检查太阳能板电源线连接正确和牢固，太阳能板表面清洁无损坏，用万用表测量电源控制器的负载输出端，发现无电压，判断电源控制器故障。

维修方式：在更换好电压符合标准的蓄电池和电源控制器后，解决故障。

3.1.3、故障案例：2020年10月06日20时，在自动气象站监控管理软件上接收不到区域自动气象站D5522定时数据文件，现场发现因蓄电池电压过低不符合标准造成，维修后，相隔5-7天后，又重复此故障。

故障原因：电源控制器故障。

判断依据：现场发现太阳能板指示灯亮绿色，电池告警指示灯亮红色，负载告警灯不亮，蓄电池电源线连接正确和牢固，蓄电池电压过低，测试负载电压过低，分析发现，最近天气晴朗、阳光能直射太阳能板，判断为电源控制器故障。

维修方式：更换电压符合标准的蓄电池和电源控制器后，故障解除。

3.2、通讯系统故障

WUSH-9118数据传输模块（图3）面板上有状态灯/电源灯PWR、数据灯DATA、网络灯3个指示灯（表1），我们可以通过3个指示灯组合显示的含义判断模块所处的状态和故障原因。

图3  WUSH-9118数据传输模块

指示灯含义表格如下：

表1 WUSH-9118数据传输模块指示灯含义表[3]

通讯系统故障，判断方式及故障排除顺序：

WUSH-9118数据传输模块指示灯正常闪烁，对照上表查找指示灯含义，根据含义确定故障原因，判断是否是SIM卡故障，现场信号是否正常，如不是上述两种原因，用笔记本电脑连接WUSH-9118数据传输模块，通过WUSH-9118数据传输模块配置程序查看模块各项配置是否正确，如正确需更换WUSH-9118数据传输模块。

3.2.1、WUSH-9118数据传输模块故障案例及维修方法

3.2.1.1、 故障案例：2020年8月16日19时，在自动气象站监控管理软件上接收不到区域自动气象站D5065定时数据文件。

故障原因：WUSH-9118数据传输模块故障。

判断依据：现场观察发现电源指示灯显示状态正常，WUSH-9118数据传输模块指示灯不闪烁（不亮），查看各连接线接口连接正确和牢固，判断为WUSH-9118数据传输模块故障。

维修方式：更换WUSH-9118数据传输模块后区域自动气象站D5065定时数据文件恢复正常传输。

3.2.2、SIM卡故障案例及维修方法

SIM卡故障，主要有SIM卡欠费、损坏和接触不良等原因。通过查看WUSH-9118数据传输模块指示灯或把备用SIM卡换到备用WUSH-9118数据传输模块上看是否能正常传输数据，来判断是否是SIM卡故障。

3.2.2.1 故障案例：2021年3月19日16时，在自动气象站监控管理软件上同时接收不到9个区域自动气象站定时数据文件。

故障原因：因SIM卡运营商网络升级，致使欠费导致。

判断依据：把SIM卡插到手机上发送短信，发现不能正常发送信息，在咨询SIM卡运营商后确认欠费。

维修方式：补缴欠费后，区域自动气象站定时数据文件传输恢复正常。

3.2.2.2 故障案例：2020年8月17日16时，在自动气象站监控管理软件上接收不到区域自动气象站D5065定时数据文件。

故障原因：SIM卡故障导致。

判断依据：现场观察，电源指示灯显示状态正常，WUSH-9118数据传输模块状态灯/电源灯PWR指示灯间隔5秒闪烁1次，指示灯含义为找到模块未找到SIM卡；把SIM卡插到手机上发送短信，不能正常发送信息，判断为SIM卡故障。

维修方式：更换SIM卡后，区域自动气象站D5065定时数据文件传输恢复正常；

3.2.2.3故障案例：2020年11月11日16时，在自动气象站监控管理软件上接收不到区域自动气象站D5065定时数据文件。

故障原因：SIM卡接触不良的原因。

判断依据：现场观察，电源指示灯显示状态正常，WUSH-9118数据传输模块状态灯/电源灯PWR指示灯间隔5s闪烁1次，指示灯含义为找到模块未找到SIM卡；把SIM卡插到手机上发送短信，能正常发送信息，判断为SIM卡接触不良的原因。

维修方式：重新插拔SIM卡，在SIM卡槽后加装一层紧压片，重启WUSH-9118数据传输模块，区域自动气象站D5065定时数据文件传输恢复正常。

3.2.3、区域自动气象站现场信号是否正常

故障及原因：2018年7月27日14时在自动气象站监控管理软件上接收不到区域自动气象站D5066定时数据文件。

故障原因：区域自动气象站现场信号不正常。

判断依据：现场查看电源控制器指示灯显示正常运行，WUSH-9118数据传输模块网络灯指示灯500ms快闪，指示灯含义为网络拨号中，查看个人手机信号标志，并通过通讯质量，判断现场信号较低，致使信号源处于3G网络和2G网络来回切换，造成区域自动气象站D5066定时数据异常。

维修方式：更换SIM卡运营商后，区域自动气象站D5066定时数据文件传输恢复正常。

DZZ4型区域自动气象站可以拨打生产厂家客服电话，检测区域自动气象站现场信号强度。

3.2.4、通讯天线故障案例及维修方法

图4 通讯天线

故障案例：2021年6月04日08时，在自动气象站监控管理软件上04-06时区域自动气象站D5066整点时次无数据。

故障原因：通讯天线损坏导致。 

判断依据：现场查看电源控制器指示灯显示正常运行，WUSH-9118数据传输模块网络灯指示灯500ms快闪，指示灯含义为网络拨号中，查看个人手机信号标志及通过通讯质量等判断现场信号正常，拨打生产厂家客服电话，检测现场信号强度正常，更换SIM卡运营商后，还是出现上述情况，判断为通讯天线故障。

维修方式：更换通讯天线，区域自动气象站D5066定时数据文件传输恢复正常。

3.3、WUSH-BH4数据采集器故障

通过WUSH-BH4数据采集器（图5）上的（RUN）运行指示灯，判断WUSH-BH4数据采集器是否故障。

图5 WUSH-BH4数据采集器

上电后（RUN）运行指示灯状态变化[2]含义如下：

（RUN）运行指示灯常亮，表示系统正在启动中；

（RUN）运行指示灯开始闪烁，约每秒闪烁2次，表示系统已启动成功，正在加载应用程序；

（RUN）运行指示灯每2秒闪烁1次（亮1秒，灭1秒），表示WUSH-BH4数据采集器正在正常运行。

如（RUN）运行指示灯不亮、常亮、闪烁异常，判断为WUSH-BH4数据采集器故障。

故障案例：2018年5月16日17时，在自动气象站监控管理软件上接收不到区域自动气象站D5140定时数据文件。

故障原因：WUSH-BH4数据采集器故障导致不能定时传输数据文件。

判断依据：现场观察电源控制器指示灯显示正常运行，WUSH-9118数据传输模快指示灯显示正常运行，WUSH-BH4数据采集器上的（RUN）运行指示灯不亮，检查各连接线，连接正确和牢固，判断为WUSH-BH4数据采集器故障。

维修方式：更换WUSH-BH4数据采集器，区域自动气象站D5140定时数据文件传输恢复正常。

3.4、DZZ4型区域自动气象站定时数据文件延时传输

故障案例：2021年8月11日14时，在自动气象站监控管理软件接收区域自动气象站定时数据文件延时严重。

故障原因：WUSH-9118数据传输模快参数设置不正确。

判断依据：现场观察电源控制器指示灯显示正常运行，WUSH-9118数据传输模快指示灯显示正常运行，WUSH-BH4数据采集器上的（RUN）运行指示灯显示运行正常，检查各连接线，连接正确和牢固，测试周边信号强度较好，经多方分析，发现WUSH-9118数据传输模快在参数设置时，其IP通道、端口设置过多，而且重复设置，影响了传输质量。

维修方式：重新配置WUSH-9118数据传输模快参数，设置1个数据处理中心站IP通道、端口，其余IP通道、端口全部设置为0.0.0.0；区域自动气象站定时数据文件传输恢复正常。

3.5、 L3-1型双翻斗雨量传感器故障案例及维修方法

3.5.1、L3-1型双翻斗式雨量传感器结构组成：

图6 L3-1型双翻斗式雨量传感器                 　  图7 L3-1型双翻斗式雨量传感器结构

由口径为20cm的承水器、上翻斗、汇集漏斗、计量翻斗、计数翻斗、干簧管等组成。

3.5.2、L3-1型双翻斗式雨量传感器工作原理：

降水通过承水器汇集后，经漏斗流入上翻斗，经上翻斗过渡，每累计到一定雨量时，翻入汇集漏斗，注入计量翻斗进行计量，计量翻斗翻转1次，计数翻斗也翻转1次，使固定支架上的干簧管闭合1次，输出1个电路导通脉冲信号，这个电路导通脉冲信号传到采集器被采集为0.1mm降水量。

3.5.3、L3-1型双翻斗雨量传感器常见故障：

翻斗式雨量传感器漏斗或翻斗有异物堵塞，干簧管故障，雨量信号线断路等。

3.5.3.1 故障案例：2018年8月19日09时，有降水天气过程，在自动气象站监控管理软件上接收不到区域自动气象站D5507降水量数据。

故障原因：汇集漏斗被异物堵塞。

判断依据：现场对翻斗式雨量传感器注入清水，发现L3-1型双翻斗雨量传感器汇集漏斗被异物堵塞。

维修方式：用十字螺丝刀拆下汇集漏斗，清理异物，安装完毕后，自动气象站监控管理软件接收区域自动气象站D5507降水量数据恢复正常。

翻斗式雨量传感器漏斗或翻斗有异物堵塞，是翻斗式雨量传感器常见故障，我们可以通过加强日常维护来减少故障出现概率。

3.5.3.2 故障案例：2019年10月10日14时，有降水天气过程，在自动气象站监控管理软件上接收不到区域自动气象站D5138降水量数据。

故障原因：干簧管故障造成。

判断依据：到达现场后，对翻斗式雨量传感器注入清水，发现翻斗式雨量传感器漏斗和翻斗运转流畅，没有异物堵塞，将主采端雨量端子拔下后，把万用表档位拨至蜂鸣档，短接两表笔，听到提示音后，将两个表笔分别放到翻斗雨量传感器的两个接线柱处，手动翻转计数翻斗，没有听到提示音，表盘也没显示数值有变化，判断极有可能是因为干簧管故障造成。

维修方式：因不能现场焊接干簧管，更换备用L3-1型双翻斗雨量传感器后，区域自动气象站D5507降水量数据传输恢复正常。

3.5.3.3故障案例：2021年7月27日17时，有降水天气过程，在自动气象站监控管理软件上接收不到区域自动气象站D5522降水量数据。

故障原因：雨量信号线断路。

判断依据：现场对翻斗式雨量传感器注入清水，发现翻斗式雨量传感器漏斗和翻斗运转流畅，没有异物堵塞，用万用表测试干簧管，听到提升音，干簧管正常，对主采集器断电后，将翻斗雨量传感器上的两根信号线接至同一接线柱，用万用表蜂鸣档测量主采集器端雨量信号线的线头，没有听到提示音，表盘也没显示数值有变化，判断极有可能是因为雨量信号线断路故障。

维修方式：更换雨量信号线后，区域自动气象站D5522降水量数据传输恢复正常。

3.6、 ZQZ-TF型测风传感器故障案例及维修方法

3.6.1、ZQZ-TF型测风传感器由ZQZ-TFX风向传感器（图8）、ZQZ-TFS风速传感器（图9）组成。

　　　　　　　图8 ZQZ-TF风向传感器                            图9 ZQZ-TF风速传感器

3.6.2、ZQZ-TF风向传感器工作原理：

当风向标组件随风向旋转时，风向标组件主轴带动7位格雷码盘一起旋转，每转动2.8125°，光电耦合器件输出7位并行格雷码（D0-D6），经整形电路整形、反相后输出。

ZQZ-TF风速传感器工作原理：在水平风力作用下，带动风杯组旋转，通过主轴带动磁棒盘旋转，其上的36只磁体形成18个小磁场，风杯组每旋转1圈，在霍尔开关电路中感应出18个脉冲信号，频率随风速的增大而线性增加[4]。

3.6.3、ZQZ-TF风向传感器、ZQZ-TF风速传感器故障：

3.6.3.1 故障案例：2021年8月03日11时，在自动气象站监控管理软件上监测到区域自动气象站D5140风向数据间歇性数据缺测。

故障原因：ZQZ-TF风向传感器故障造成。

判断依据：到现场后，观察电源控制器指示灯显示正常运行，WUSH-9118数据传输模快指示灯显示正常运行，WUSH-BH4数据采集器上的（RUN）运行指示灯显示运行正常，检查各连接线，连接正确和牢固，用万用表测量风向电源供电间歇DC5v供电正常，在现场风向转动的情况下，自动气象站监控管理软件风向显示0无数值变动，现场实际风向与监控数据不一致，判断ZQZ-TF风向传感器故障。

维修方式：更换ZQZ-TF风向传感器后，数据传输恢复正常。

3.6.3.2故障案例：2022年1月06日10时，在自动气象站监控管理软件上监测到区域自动气象站D5140风速自01时-08时为0.0。

故障原因：ZQZ-TF风速传感器故障造成。

判断依据：到现场后，观察电源控制器指示灯显示正常运行，WUSH-9118数据传输模快指示灯显示正常运行，WUSH-BH4数据采集器上的（RUN）运行指示灯显示运行正常，检查各连接线，连接正确和牢固，目视ZQZ-TF风速传感器旋转；用万用表20v挡测量主采集器风速供电电压为DC5v,风速电源电压正常;用频率挡量风速信号，风速变化时，输出频率随之变化，自动气象站监控管理软件风速显示0.0无数值变动，现场实际风速与监控数据也不一致，判断ZQZ-TF风速传感器故障。

维修方式：更换ZQZ-TF风速传感器后，数据传输恢复正常。

3.7、WUSH-TW100温度传感器故障和维修

WUSH-TW100温度传感器（图10）是高精度铂电阻温度传感器，是根据铂电阻的电阻值随温度变化的原理来测定温度。

图10  WUSH-TW100温度传感器

WUSH-TW100温度传感器的故障主要表现在无温度传输数据，测量数据与正常数据差别较大等，造成故障的原因主要是因为WUSH-TW100温度传感器与WUSH-BH4数据采集器是否正常连接和牢固，WUSH-TW100温度传感器信号线是否存在短路和WUSH-TW100温度传感器是否损坏等。出现故障后，主要是在确定WUSH-BH4数据采集器没有故障的情况下，检查WUSH-TW100温度传感器线路问题和WUSH-TW100温度传感器是否损坏，更换新的WUSH-TW100温度传感器即可修复。

4、结论

随着区域自动气象站的广泛应用，区域自动气象站出现各种故障不可避免，但是，我们可以在日常的工作中，加强对于区域自动气象站及其相关设备的检查及维护等工作，降低区域自动气象站出现故障的概率，提高区域气象观测数据的连续性、及时性和准确性，保证其能够正常、高效运行。

参考文献：

[1]徐建文，宋方超，朱富生，侯进忠，赵慧琴，《区域自动气象观测站常见故障诊断方法总结》，科技与创新[J]，2019（20）：105-106，108.

[2]江苏省无线电科学研究所有限公司，《DZZ4型自动气象站用户手册》[M]，江苏，无线电科学研究所，2011.9.

[3]江苏省无线电科学研究所有限公司，《WUSH-8118/9118数据传输模块配置使用说明》[M]，江苏，无线电科学研究所，2017.11.

[4]中国气象局综合观测司，《DZZ4型自动气象站维修手册》[M]，北京，中国气象局，2018.11.

[5]曹兴锋，《DZZ4型自动气象站常见故障及处理》，现代农业科技[J]，2014（15）：268-268,271.

[6]龚润生，《自动雨量站常见故障分析与检修》，科技资讯[J]，2012（3）：87-87.

[7]王宇，罗凤荣，周慧僚，《区域自动气象观测站常见故障解决方法》，资源与环境科学[J]，2014.（23）：265-266.

[8]刘志鹏，孙奇，毕明林，刘健，《自动气象观测站降水测量值异常现象分析与处理》，现代农业科技[J]，2015（1）：259-260.

作者简介：杜海波（1982.05）男，汉，山东省临沂市平邑县人，本科，助理工程师，从事职业：平邑县气象局工作人员。