TCYII 1型酸雨自动观测系统常见故障分析

骆世娟 王 莉 吴天会

(1.江西省大气探测技术中心，江西 南昌 330096；2.山西省方山县气象局，山西 吕梁 033100；3.云南省楚雄州气象局，云南 楚雄 6275200)

0 引言

酸雨是指降水pH值小于5.6的雨、雪和雹等[1]，又被称之“空中死神”。随着现代化工业的迅速发展，降雨的酸化是目前最严重的环境问题之一。酸雨不仅能破坏水生态系统、土壤结构，危及森林、农作物以及鱼类的生存；并通过食物摄入危害人体健康；还会腐蚀材料，严重损毁文物古迹、交通电力设施等各类建筑[1]。为防治酸雨及治理大气污染提供重要科学依据，收集酸雨资料，研究其时空分布及其长期变化趋势显得尤为重要。当今随着科学技术的进步和发展，自动化的观测仪器设备已成为替代人工观测的必然趋势[1]。这不仅能够有效避免干沉降对酸雨观测的影响，而且还可减少人工采样产生的误差，提高酸雨观测自动化程度。自2014年至今，江西省已建有12个人工观测站全部改为自动观测站。文中阐述了适合在极端最低气温-10℃以上的南方地

区安装的TCYII 1型酸雨自动观测系统的结构原理、日常维护，以及故障的判断和处理方法，以期为酸雨自动观测系统的保养和维修提供参考。

1 TCYII 1酸雨自动观测系统结构和工作原理

TCYII 1型酸雨自动观测系统是安装在室外观测场内，由感应器、降水采集器和分析仪三部分组成的全自动分析子系统。还可延展观测降雨点处的温度、湿度、压力以及风速风向等气象要素。开机运行时，先通过雨量传感器感应降雨，系统降水采集器便开始自动采集降水样品，并将所采集的水样经管路输送到分析仪。分析仪自动对降水样品的pH、电导率K值及温度等进行测量，记录和存储有关测量到的数据并上传到对应的业务计算机。观测室内的计算机与系统通讯连接，业务值班人员可通过人机界面查看实时或历史数据，故障信息和操作信息等报表，也可通过人机界面对本装置进行手动设置、分析和校准等多项工作。再对采集到的数据及信息进行必要的质量检验和处理，最终形成完整的观测数据。

1.1 系统结构

该套系统主要由感雨传感器、雨量计、防尘盖及驱动单元、防尘盖托架、集雨桶、分析测量管路单元、显示屏、控制及数据记录单元、温湿度综合控制器、电源和防雷单元及相关元件组成图1)。感雨传感器包括感应降水和驱鸟装置，雨量计负责降水量采集和计数，防尘盖及驱动单元负责开、关盖集雨桶，防尘盖托架用于支撑旋离集雨桶后的防尘盖，集雨桶用于降水样品收集，分析测量管路单元负责管路清洗、降水样品转移及分析测量酸碱度、电导率、温度、电极保养液和电极校准溶液转移，显示屏负责显示系统状态和人机交互，温湿度综合控制器负责调控分析测量单元的温度和湿度，电源和防雷单元负责设备供电和防雷。系统采用交流220V供电。

1.2 工作原理

TCYII 1型酸雨自动观测系统通过感雨器感应降雨，系统降水采集器自动采集降水样品，并将所采集的水样经管路输送到分析仪。感应到降水停止后在预先设定的时间关闭集雨桶防尘盖。

1)降水取样器。当天空有降水时，感雨器就实时动态感应降雨情况，单元驱动集雨桶防尘盖被系统控制防尘盖驱动开盖，集雨器开始采集降水，降水停止后，系统又在预先设定的时间内关闭防尘盖，这样就能保证所采集的降水样品尽量不被外界环境所污染，同时系统记录下完整的降水数据和防尘盖动作信息等。

2)AMR-A自动降水分析仪。在设定的时间内先对分析测量管路进行清洗，再将降水样品转移，分析仪对降水样品进行过滤处理后，经过管路又被输送到分析仪测量单元进行pH、电导率K及温度进行分析测量，并记录和存储有关测量数据。测量结束后自动完成集雨桶、测量管路、电极和电极槽的清洗。同时，系统也可按照设定时间对pH电极和电导率电极进行自动校准(也可进行人工校准)。观测室内业务用机与系统通讯连接，观测人员完成采集完相关数据后就可进行质量检验和整合，最后形成完整的酸雨观测数据记录。

图1 TCYII 1型系统结构示意图

3)该系统采用先进的嵌入式控制系统，可单独对降水采样器和降水样品分析仪进行控制。较降水样品分析仪单元而言：系统不仅仅只是对降水的数据进行记录和分析，还配备驱动声光报警器等故障诊断功能。系统一旦发生了故障立即发出警报声，告之业务值班人员系统出故障，必须对设备进行维护维修。支持该系统的通讯方式采用无线或有线均可，方便业务人员不定时远程获取系统的运行状态和各种降水的分析数据等，大大提升了系统的智能化程度和可维护性。同时在降水采样器内部添置了温控模块，可实现冬季机箱加热和夏季机箱散热、降温等功能[2]，确保在不同环境条件下该系统机柜内部管路以及电路部分能均能正常工作，充分提高系统室外长期运行的可靠性和性价比。

4)该系统具有可靠安全的防雷设计，保护设备在雷雨季节里不遭到破坏性影响。

2 系统维护

2.1 系统日常维护

1)检查系统是否有告警信息，若有应先找清原因，排除故障后将告警取消。

2)每天按规定巡视仪器，发现组件(尤其是采样区)有蜘蛛网、灰尘、鸟粪、树枝和树叶等影响数据采集的杂物时应及时清理。

3)不定时检查集雨桶开、关盖正常与否。

4)检查数据是否能正常传输到ISOS平台，数值是否正确。若发现数据异常应及时查明原因并对相关组件进行维护(修)。

2.2 系统定期维护

1)每月检查供电设备，防止接头处出现氧化或松开等接触不良现象，同时也查看电缆是否有被鼠咬、老化等破损现象。

2)每季度检查感雨传感器对降水的灵敏度。

3)每季度对比观测雨量计采集的降水量与自动气象站采集的雨量，若差值偏大，及时查清原因并进行维护(修)。

4)每年汛期来临之前全面检查该系统的全部防雷接地。

2.3 分析测量单元维护周期建议

表1给出了TCYII 1型酸雨自动观测系统各分析测量单元的维护周期。

表1 TCYII 1型酸雨自动观测系统分析测量单元维护周期

3 常见故障及维修建议

3.1 故障一

现象：系统测量的电导率K显示为0。

检查步骤：1)检查过滤器是否堵塞；2)查看漏斗底部是否堵塞。3)查看设备管路连接头处是否有漏水迹象；4)进入系统的“校准”—“EC校准”界面，在电导槽有液体的前提下，点击“电导读取”按钮，查看所读回电导率数值；5)进入系统的“调试”界面，单个启动界面上所标注的泵与阀，排查泵与阀是否正常工作。

3.2 故障二

现象：KCl(氯化钾)保养液缺少或出现结晶。

检查步骤：

1)无KCl保养液。a)更换该液位检测装置；b)需调整KCl(氯化钾)试剂瓶的位置并与液位检测装置相吻合；c)添加饱和KCl溶液。

2)KCl保养液出现结晶。用湿巾或湿的布擦除结晶，接着用蒸馏水清洗5次，避免分析槽损坏。最后按照体积浓度1mol/L重新配置KCl溶液作为保养液。

3.3 故障三

现象：自动校准时，系统无任何反应。

检查步骤：1)需要检查自动校准的选项是否勾选，若未勾选，请先勾上勾选框；2)点击自动校准按钮，观察设备运行情况。

3.4 故障四

现象：pH校准未通过。

检查步骤：1)查看pH标准校准液是否在保质期内，若已过期，需要更换pH标准校准液；2)进入系统的“电极参数”界面，读取pH校准液温度数值，查看其是否正常；3)检查pH电极线跳过转接头线与线之间直连是否正常；4)检查pH电极是否异常，或更换备用pH电极再作测试；5)pH测量板是否有故障，如果故障需要返厂维修。

3.5 故障五

现象：系统提示无纯水。

检查步骤：1)纯水存量是否正常，要求桶内纯水量大于2/3水桶容积；2)液位检测装置与存放纯水的聚乙烯桶相对位置是否偏离，需要保证纯水桶位置与液位检测装置相吻合；3)纯水液位检测装置是否故障，如果存在故障，需更换该液位检测装置。

3.6 故障六

现象：集雨桶内出现积水。

检查步骤：降水过程中集雨桶内壁附着少量水珠为正常现象。若集雨桶内有积水，将接雨漏斗排空，时间设置为500s，再进行观察，否则联系厂家。

3.7 故障七

现象：设备使用过程中出现跳闸现象。

检查步骤：1)排查总空气开关所能承受的最大电流(功耗数值详见设备铭牌)；2)查看设备内部是否有明显异常现象，如烧焦、发烫或出现异味等。

3.8 故障八

现象：pH数据与人工数据相比差值较大。

检查步骤：检查集雨桶内是否存在异物杂质，过滤器是否按时更换建议过滤器1个月更换一次。

3.9 故障九

现象：防尘盖开关故障。

系统前门本该开朝北面，可为了安全，集雨桶防尘盖开、关盖均向南面方向转了180°到位完成操作，倘若防尘盖出现故障，应及时进行维护。

1)防尘盖向前(北)门方向旋转。具体表现为：a)感雨传感器感应到有降水时，集雨桶的防尘盖在设定的时间内朝前(北)转180°后完成开盖动作；b)降水停止后，防尘盖在设定的时间内朝前(北)门方向转180°后完成关盖动作。

检查步骤：检查防尘盖电机的两根控制线是否接反，否则主板有故障。

2)防尘盖向后门(南)方向旋转360°。具体表现为：a)感雨传感器感应到有降水时，集雨桶的防尘盖在设定的时间向后门(南)方向转180°后不停止又向前门(北)方向转180°，完成了错误的加盖动作；b)降水停止后，防尘盖在预先设定的时间向后门(南)方向转180°不停，继续向前门(北)方向转180°，开盖动作被错误完成。

检查步骤：a)调整防尘盖至开、关位置，先检测其对应动作并更改存储状态，若更改后仍有故障，则判定主板有故障需要维修；若更改后变为正常，但运行一段时间后故障再现，再检查设备供电电压是否稳定，接地是否有效，或者是否存在其他强干扰信号等。b)检查防尘盖的检测挡片是否等高，再检查光电开关是否有效，受控导通是否正常，最后还需检查连接相关设备的直流电是否稳定。

3)防尘盖向前门(北)方向旋转360°。

检查步骤和处理方法同故障情况2)。

3.10 故障十

现象：酸雨设备的雨量计数据与站点的雨量计数据相差较大。

检查步骤：根据中国气象局要求，ISOS上报酸雨数据以观测场原雨量计数据为准，仪器集成的雨量计为仪器功能部件，仅为该系统服务，数据仅供参考。雨量计出厂时有对应校准报告。如需进一步核查，可对双方雨量计进行校准，并按地面气象观测的有关规定进行，站点校准完成后反馈校准的结果。

3.11 故障十一

现象：主机内壁靠空调一侧出现大量水珠。

检查步骤：调整温度综合控制器设置。

4 结语

在日常业务运行中，需对设备进行不定时巡查和维护，一旦发现问题要及时进行排查或检修，做好设备定期维护和故障检修详细记录，并严格按照相关体系要求进行登记和上报，同时台站还应加强对业务保障人员的技能培训，提高应急处置能力，确保观测数据准确、及时并具有代表性。