土壤水分自动观测站故障诊断与处理方法

陈 科,丁卫红

(湖南省常德市气象局,湖南 常德 415000)

土壤水分自动观测站故障诊断与处理方法

陈 科,丁卫红

(湖南省常德市气象局,湖南 常德 415000)

土壤水分自动观测站故障直接影响到对土壤墒情的分析和应用。通过对土壤水分自动观测站故障诊断及故障排除的实例，整理出故障处理思路、方法和建议，并根据对多次故障的分析与排除的经验，总结出典型的故障类型和解决方法，如：通讯模块的检测方法、采集器数据的读取方法、传感器的标定方法等等，以便更有效、更准确的进行故障诊断分析和故障排除。

土壤水分；故障诊断；思路；排除

1 引言

常德土壤水分自动观测站于2010年完成建设并投入业务试运行，土壤水分自动观测站设备采用的是中国华云气象科技集团公司生产的DZN3型自动土壤水分站[1]，为插管型，采用频域反射(FDR)测量技术，采样频率为1次/min。作物种类以棉花为主。共观测8个土层：0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm、40～50 cm、50～60 cm、70～80 cm、90～100 cm的土壤体积含水量[2]。土壤水分自动观测站因故障导致数据缺失，将直接影响到对土壤墒情的分析和应用[3]。如何快速排除故障，需要设备维护人员具备清晰的故障分析思路和娴熟的故障排除方法[4]。经过对设备结构及原理的了解和多次排除故障的经验总结，得出一些故障分析思路和排除方法。

6月11日05时，站点开始出现无数据上传的故障，设备维护人员在得知故障情况后，赶往现场查看并对故障进行诊断与处理。

2 故障诊断及处理过程

2.1 故障现象

通过运行监控平台显示，该站从6月11日05时起，整点数据缺报。设备维护人员到现场打开采集箱，目测电源正常供电，通讯模块3个指示灯，均为正常显示状态(net指示灯常亮，data指示偶尔闪烁，PWR指示灯5～8 s闪烁一次)。

图1 串口调试小助手主界面Fig.1 serial debugging assistant main interface

2.2 诊断及处理过程

根据对通讯模块的目测结果分析，故障应该不在通讯模块部分。维护人员通过笔记本及数据线连接到主采集器，利用串口调试软件(如串口调试小助手或超级终端等)(图1)，采用相关命令(RD/MD/LD)获得当前每个层次的数据均为-3。通过查询表1中显示数据为-3的说明，初步判断为采集器与传感器之间的通讯存在故障。

采集器与传感器之间的通讯涉及到采集器、串口隔离器、数据线、接口控制器等设备。维护人员根据“化整为零，顺藤摸瓜”的指导思想，对相关组件逐一排查。先用万用表判断数据线有无断裂的情况，经过使用万用表通断档的测量，排除数据线存在故障的可能，再用“替换法”，先后对串口隔离器、采集器进行了替换(注意：替换组件之前均应断开电源)，但故障依然存在，排除串口隔离器、采集器的故障可能性。这样就只剩下接口控制器没有排除了，于是初步判断故障应该出在接口控制器，更换新的接口控制器后，再读取采集器数据，这时每个层次的数据均显示为-2。再查询表1中显示-2的说明，判断可能是传感器测量故障或标定有误。于是我们开始对传感器进行重新标定，但在标定时，我们发现经过标定后的标定值的HIGH值和LOW值均变为0了，标定不成功。这时我们根据表1对显示数据为-2的原因说明判断，估计是传感器有故障。于是，我们计划更换传感器试试，首先，将90～100 cm的传感器更换好，并设好跳线，再进行标定，这时标定值显示正常，标定成功。然后将传感器恢复，再读取采集器数据，数据显示正常。我们再把设备恢复成运行状态，等到过整点5 min后，查询运行监控平台，显示数据正常到报。至此，故障排除。

表1 RD/MD/LD命令中测试数据的显示说明

3 思路整理

从故障的排除过程来看，这并不是一次单一的故障，而是一次综合性的故障。对于这样的故障，要求维护人员必须有一个清晰的思路：由表及里，由浅入深，化整为零，逐一排除直至找出故障根源。即首先目测设备是否有物理损坏的现象，检查电源是否正常供电，设备指示灯是否正常显示等等，从外观不能直接判断出来的故障，再使用相关工具及调试软件做进一步的深入检查，根据设备的工作原理及观测数据的流向，化整为零，逐一排查，直至找出故障根源。

4 典型故障的排除方法

经过对多次故障的分析与排除，总结出典型的故障类型和解决方法，分述如下：

4.1 通讯模块的检测方法

通讯模块(DTU)的作用是把采集到的数据传输到中心站。DZN3型自动土壤水分站使用的通讯模块为宏电H7118型DTU。该型DTU通过串口与采集器相连。

通讯模块的好坏直接影响数据的上传，判断通讯模块的好坏，从提高维修效率角度，我们可以遵循由表及里的原则，即首先目测，根据DTU状态指示灯的闪烁状态可初步判断出DTU拔号是否正常(PWR指示灯5～8 s闪烁一次为正常)；如果不正常，再用技术方法检测通讯模块。检测方法为：将连接采集器和DTU的串口线接头拔开，将连接宏电H7118通信模块的那一个串口(黑色的带孔)与笔记本串口连接。打开DTU参数配置工具软件，将软件中DTU设置页“控制台信息类型”改为1；然后关闭软件，关闭设备，打开“串口调试助手”，开启设备，串口调试助手会自动显示DTU的拨号信息，从拨号信息中我们可以知道现场的信号强度，连接方式，拨号成功与否等信息，信息显示只要出现：

CHL[0]->Send a heart packet.

CHL[0]->Get a msg: MSG_CHANNEL_CREATESOCKETOK

CHL[0]->Get a msg: MSG_CHANNEL_LOGONOK

CHL[0]->Get a msg: MSG_CHANNEL_OPENOK

CHL[0]->Get a heart packet.

的字样，即表示DTU与中心站连接正常；显示其他信息则表示子站与中心站的连接有问题。如果连接不正常，应做如下核查：参数配置是否正确；SIM卡是否欠费或损坏或存储空间不足；信号强度是否太弱，天线是否有损坏痕迹；DTU自身故障。

4.2 采集器数据的读取方法

用串口线一端连接采集器通讯端口COM1，另一端与电脑串口相连(如果电脑没有串口，可用USB转串口线连接)；然后利用串口调试程序，设置好相应的端口号等参数；再键入RD(返回实时数据)，或者MD(返回分钟数据)，或者LD(返回当前时段的记录数据)命令，查看终端上返回的数据。如果返回一些特殊值，可按表1说明进行针对性检查。

4.3 传感器的标定方法[5-6]

土壤水分传感器在安装前需要先进行现场标定。通过标定程序“IPConfig Utility”对接口控制器进行初始化设定。内容包括：①对接口控制器的地址设置；②对传感器数量及测量层次的设置；③对测量场地的空气及水的现场标定。所有的标定参数都存储在接口控制器的存储单元中，并且将这些信息提供给数据采集器。每个传感器都能够依照它获得正确的土壤体积含水量。

5 小结

自动土壤水分站仪器故障的判断、分析、处理不仅需要维护人员对设备的组成及工作原理有一定的了解，还需要有清晰的分析思路和较扎实的运行维护技能，及时准确判断和排除故障需要做到如下几点：

①熟练掌握自动土壤水分站的基本组成结构、工作原理及维护调试方法。

②对故障的分析遵循基本的原则和方法，保持清晰的思路，认真分析故障现象，逐一排查，直至找出故障点。

③发生故障后应及时向上级保障部门汇报，以便获得技术支持。

④做好自动土壤水分站维修过程记录，为今后故障的诊断与处理积累经验和方法。

⑤准备充足的配件是及时排除故障的有力保障。

[1] 自动土壤水分观测站DZN3型说明书[Z].北京:中国华云技术有限公司,2010.

[2] 中国气象局综合观测司. 自动土壤水分观测规范(试行)[S]. 北京: 气象出版社，2010.

[3] 徐联,申俊初,翟英涛.影响土壤水分观测精确度的原因及观测注意事项探讨[J].贵州气象,2011,35(4):52-53.

[4] 谭清波,刘朝英.土壤墒情观测常见问题及排除经验[J].贵州气象,2007,31(5):40-41.

[5] 王黎明,张雪芬,周旭辉，等.FDR土壤水分传感器原状土壤标定方法研究[J].气象科技,2016,44(3):347-353.

[6] 周旭辉,王黎明,王建波，等.FDR自动土壤水分数据标定问题及解决方法[J].气象科技,2016,44(4):535-541.

FaultDiagnosisandTreatmentofSoilMoistureAutomaticObservationStation

CHEN Ke，DING Weihong

(Changde Meteorological Bureau，Changde 415000，China)

Fault of the soil moisture Automatic observation station directly affects the analysis and application of soil moisture. Through an example of the fault diagnosis and troubleshooting of the soil moisture automatic observation station, Sorting out the troubleshooting ideas, methods and recommendations, and according to the analysis of multiple fault and troubleshooting experience, the typical fault types and solutions were summed up, such as: the detection method of communication module, the reading method of data inside the collector, the sensor calibration method, etc. in order to make the fault diagnosis analysis and troubleshooting more effective and more accurate.

soil moisture; fault diagnosis;train of thought; eliminate

1003-6598(2017)05-0076-03

2016-12-19

陈科(1981-)，男，工程师，主要从事装备保障工作，E-mail:sekk_2010@126.com。

P415.1+2

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