自动遥测仪采集器受雷电影响故障分析

2014-12-31李荣民

机械工程与自动化 2014年5期

李荣民

（山西省气象局大气探测技术保障中心，山西太原 030002）

0 引言

每到雷雨季节，气象站自动采集器受雷电影响，故障时有发生，主要表现为：①采集器LCD液晶显示屏无法显示正常数据；②采集器与计算机无法通信；③系统电源电流表指针打表。这几类典型故障占到了采集器所发生故障的80%左右。为此，笔者结合多年的实践经验，基于我国气象部门普遍使用的DYYZⅡB型自动地面综合有线遥测仪（即自动气象站的采集器），针对雷电对自动站采集器设备造成的影响，总结了故障现场检查、分析、排除方法与大家共享，以提高采集器故障的排除时效。

1 采集器LCD液晶显示屏无法显示正常数据

1.1 故障现象

采集器受雷电影响，自动站数据显示屏LCD只显示8个黑色小方块，正常数据无法显示；计算机自动站监控软件上也无报文数据显示；所有显示操作按键不起作用。

1.2 故障分析

采集器受雷电影响出现上述故障，在更换了LCD显示屏后，故障依旧，于是对此故障做进一步的分析：LCD显示器的基本原理是通过与按键的配合使用，读取采集器内存储的各数据值，并实时刷新瞬时数据。图1是LCD显示的基本原理图。从原理图分析可知，74HC373集成块N4是地址控制总线的执行者，它是一个8D三态锁存器（原理如图2所示），当三态允许控制端OE为低电平时，Q1～Q8为正常逻辑状态可用来驱动负载或总线；当OE为高电平时，Q1～Q8呈高阻，既不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁存允许端LE为高电平时，Q随数据D而变；当LE为低电平时，Q被锁存在已建立的数据电平。

74HC373集成块N4的Q1～Q8端，即三态锁存输出，直接与数据总线连接。N4的损坏会使整机总线控制受到影响，破坏了正常逻辑状态，则到总线的各数字信号及采集器LCD显示屏上的数字信号也受到影响，使得N14（HK1265）数据存储器无法正常存储数据，CPU输出的信号数据无法正常显示，最终使得显示部分出现故障，各要素无法显示，即出现上述故障现象。

图1 LCD显示基本原理图

图2 74HC373原理图

1.3 故障处理

我们在多次处理此故障时，更换N4集成块74HC373，故障即可排除。而对于焊接在数字电路板上的集成块，可采取应急处理方法：只将其集成块剪下，管脚留在电路板上，再将新的74HC373焊接在留下的管脚上即可。

2 采集器与计算机无法通信

2.1 故障现象

受雷电影响，计算机自动站监控软件无法显示各气象要素值。重启后则显示打开自动站失败，表明采集器与计算机无法通信。

2.2 故障分析

在受到雷电影响时，造成此故障最可能的原因一是计算机的COM口被雷电击坏，二是采集器的通信部分出现故障。首先，更换备份计算机，打开自动站监控软件后正常，则故障排除；若故障依旧，则计算机COM口损坏的原因被排除，于是重点检查采集器通信部分。图3为采集器通信原理图。从图3中可知，N21集成块MAX202是负责与计算机通信的，它是一块单电源双RS－232发送／接收器集成电路芯片，由于RS－232标准定义的逻辑电平（EIA电平）与TTL电路的电平不匹配，所以RS－232与TTL电路接口时需要进行逻辑电平与TTL电平间的转换。因此，从CPU10，11脚输出的各数据信号，输入到N21集成块MAX202上的11，12脚上，经逻辑电平转换，由13，14脚输出，经232数据通信串口线到计算机自动站监控上，显示出实时的各气象要素的报文数据。当出现采集器和计算机无法通信时，对于采集器来说，首先怀疑MAX202损坏，因为在实践中发现MAX202集成块易受到感应雷的影响而损坏。

图3 采集器通信原理图

2.3 故障排除

通过以上分析，更换N21集成块MAX202后，故障排除。该集成块是直接插在集成块底座上的，相对来说更换起来较方便。

3 系统电源电流表指针打表

3.1 故障现象

采集器LCD背景灯不亮，无数据显示。检查采集器电源线连接完好；查看系统电源电流表指针打表，电流已大于500mA，正常电流值应在200mA。

3.2 故障分析

从故障现象上看，很明显，是整个自动站系统有短路故障。这时首先需要排除各传感器和信号线，检查这部分是否有短路故障，方法是旋下采集器后面的两根信号线，若故障依旧，说明采集器外围器件正常，此时可判定短路故障在采集器内。短路电流达到电流表所能指示的最大值，说明短路故障很可能在自动站的供电部分。

图4为采集器供电原理简图。由图4可知，15V供电电压经采集器电源开关K1加到采集器模拟板J1插座上，经T1防雷管、C1滤波后通过保险管，一路给风传感器供电；另一路经DC／DC模块产生±12V电压给采集器电路板供电。当受到雷电影响，造成短路，首先怀疑防雷二极管T1以及C1，C5等几个电解滤波电容，它们易受雷电影响被击穿，致使12V供电电源直接与地短路，从而造成短路，致使系统电源电流表指针打表，电流大于500mA。用万用表测试这几个元器件，结果T1防雷管两端电阻值已接近0。

图4 采集器供电原理简图

3.3 故障排除

剪断T1防雷管，加电后，首先看到采集器LED背景灯点亮，电源电流表指针在200mA，属正常。数据显示也正常，即故障排除。在此需要指出的是，短路是一种较危险的故障，容易损坏自动站器件，特别是系统电源设备。当发生短路故障时，首先需要判定故障的部位，通过认真分析故障现象，进行处理，不要长时间或频繁开机以免故障扩大化，烧毁其他元器件。