DZN3型自动土壤水分站一次故障排除分析

DZN3型自动土壤水分站一次故障排除分析
卢帮维; 刘志明; 赖晓华
【期刊名称】《《气象水文海洋仪器》》
【年(卷),期】2019(036)003
【总页数】3页(P103-105)
【关键词】土壤水分站; 土壤水分数据; 故障排除
【作者】卢帮维; 刘志明; 赖晓华
【作者单位】广东省连平县气象局连平517100
【正文语种】中文
【中图分类】P415.1+3
0 引言
土壤水分是一项重要的土壤物理参数，其各层要素变化规律对及时了解土壤水分的连续变化、土壤的“干渴”程度，判断当前土壤墒情是否满足农作物生长的正常需求起到了重要作用，对农业干旱监测、农业气象预报与气候变化等研究具有重要意义。

随着气象探测技术的不断进步，全国各地土壤水分观测已从传统人工观测迈入了自动化的阶段，实现了自动观测。

到目前为止，广东气象部门在全省均匀布设了31个土壤水分观测站，使用的仪器型号为DZN3型，能够连续自动观测从10 cm～100 cm共8层的土壤体积含水率、土壤相对湿度等要素[1]。

由于自动土壤水分站发生故障的不可预知性，难免会造成数据采集中断、缺测等后
果，故确保土壤水分站仪器正常运行及其维修维护工作[2]显得尤为重要。

文章以
连平自动土壤水分站在同时更换采集器、传感器和DTU后出现土壤水分数据无法采集的一次故障为例，介绍其故障现象及其分析排除过程，总结出在排除故障和日常维护时有效的经验和方法。

1 DZN3型土壤水分观测系统功能组成
DZN3型自动土壤水分观测仪[3]是一个自动化的土壤水分观测系统，与区域自动
气象站工作原理[4]基本一致，具有数据采集、计算和传输功能，主要由土壤水分
传感器[5]、采集器、供电系统和通信系统组成。

供电系统、通信系统与区域自动
气象站的仪器是通用的。

自动土壤水分观测站一般以片区为单位组网建设，单站数据通过气象宽带网络或GPRS网络传输至中心站服务器，各省级气象部门建设的
土壤水分中心站服务器对自动土壤水分数据进行接收和处理，处理后反馈至基层台站和上传至国家级数据中心。

如图1所示。

图1 土壤水分观测系统方框图
2 故障产生过程及现象
2.1 故障产生过程
连平自动土壤水分观测站于2012年底正式启用，属于固定地段类型[6]，运行较
为稳定，因此缺乏故障处理经验。

2018年年初，在例行仪器巡查时，发现采集器按键失灵，无法对采集器相关参数进行修改设置，但数据采集及上传均正常，故没有对其采取任何措施。

上述现象发生后数月，突然土壤水分数据采集中断，现场排查发现采集器显示屏无数据显示，没有电源输出，为此对电源板及年检到期的土壤水分传感器进行了更换，同时将HSU-2038型2G通信DTU更换宏电 H7710型4G通信DTU。

更换后开机，采集器显示屏仍无数据显示，且处于一直闪烁状态，网上监控平台上也无数据接收。

判断为电源不稳定，重新更换电源板，但故障未被排除。

继续更换采集器，
开机后，故障被排除，数据采集恢复正常。

运行一段时间后，又出现全部数据缺测问题，对线缆及接口进行重新拔插，并对传感器进行重新更换，但故障仍然未能排除。

2.2 故障现象
根据上述故障发生及前期处理过程，总结2种故障现象：一种是更换电源板、传感器、4G通信DTU等设备后，采集器显示屏不断闪烁，且无数据出现；一种是更换采集器后能正常运行，但运行一段时间后采集器显示屏正常，但无土壤水分数据采集。

3 故障分析排除过程
当土壤水分数据缺测或数据异常时，要及时排查，尽量在最短时间内快速定位故障点，并予以排除。

在故障排查时，要掌握基本的方法：首先，对设备的工作原理和通信线路要清晰掌握，了解系统各部分的逻辑关系；其次，对故障所涉及数据的种类和数量进行分析，正确引导故障排查，初步判断故障可能出现的某一环节，进而锁定在一个比较小的范围，然后采用替代原则和测量分析方法逐一排除。

3.1 采集器不断闪烁且无数据的故障分析排除过程
连平自动土壤水分观测站这次故障中，采集器显示屏不断闪烁，且没有数据采集，首先考虑的原因可能是电源模块出现故障。

对电源板进行了更换，电源板更换后，故障未被排除。

接着断开交流电，用直流电直接供电，开机故障依然存在，这时判断故障部位不在电源。

经过电源的排查后，考虑可能是元件之间不吻合，电源不匹配。

在逐个拆下交直流电源、传感器、DTU通信模块[7]的过程中，发现拆下宏电H7710型DTU时，采集器显示正常，重新换回HSU-2038型DTU，采集器显示正常，再换上宏电H7710型DTU，又显示异常，至此可判断是新的宏电H7710型DTU与采集器不匹配。

在同时更换新的采集器和宏电H7710型DTU后，采集器显示稳定，有数据采集，故障得以排除。

通过以上排除过程分析可知，宏电H7710型DTU模块需要12 V电源供应，这次故障的根本原因是旧的采集器输出电压5 V与DTU的工作电压要求不匹配。

故障排查流程图如图2所示。

图2 故障排查流程图
3.2 无采集数据的故障分析排除过程
采集器显示正常，但无10 cm～100 cm各层数据，定位故障可能发生在传感器到采集器这段环节上，首先对各接口重新拔插，无反应，接着更换传感器，也没有变化，又对传感器的各层接口重新拔插，故障依旧存在。

通过重新拔插各接口和更换传感器均未能找到故障根源，这时应重点考虑将故障位置放在通信线路上。

用万用表电阻档进行测量，测得从传感器至采集器接口的线路不通，传感器至485转232转换器[8]前端接口线路通，更换485转232转换器，开机后故障未被排除。

判断是485转232转换器前端接口接线错误，对照485转232转换器接线图发现，485转232转换器接线顺序应接到1(T/R+)和2(T/R-)两个接口上，而线错误地被接在2(T/R-)和3(GND)两个接口上，拆下接线按顺序重
新接到1(T/R+)和2(T/R-)接口上，开机后，10 cm～100 cm各层水分数据重新
采集，故障最终得以排除。

4 结束语
1)此次遇到2种不同现象的故障均得以成功排除，综合整个排除过程：一是导致
没有采集数据的原因，是因为对接配线不熟悉导致接线错位，因此业务人员应熟悉掌握正确接线和易混淆错误的接法，在拔插各种线路和仪器接口前，同时做好顺序记录和拍图示照片，以防后续接线时记忆不清；二是在更换仪器元件时，避免同时更换全部配件，尽量做到逐步更换，且更换一个配件运行稳定后再更换下一个，这样才能及时发现问题，并迅速判断故障产生的时间和部位。

2)要定期检查采集器，做好日常清洁卫生，做好进线孔的密封等工作，防止蚂蚁、
蜜蜂、蜘蛛等在箱盒内结窝固留，造成线路板短路等故障。

3)要善于总结每次故障排除过程的经验和教训，不断提高分析判断及排除解决故障的能力，同时业务人员应多学习和总结好的经验和好方法[9-11]，不断丰富和充实设备维护相关知识。

参考文献：
【相关文献】
[1] 陈海波.DZN2型自动土壤水分观测仪常见问题分析[J].气象与环境科学，2013，36(03)：54-57.
[2] 中国气象局气象探测中心.新型自动气象站实用手册[M].北京：气象出版社，2016.
[3] 高志斌，林彩艳.Gstar-Ⅰ型自动土壤水分站一次故障处理[J].陕西气象，2015，(01)：42.
[4] 广东省气象计算机应用开发研究所.DZZ1-2型自动气象站技术手册[Z].2003.
[5] 黄杰，仲郭军.新型自动气象站温湿度传感器的维修[J].气象水文海洋仪器，2016，33(04)：88-90.
[6] 杨崇静，邬铭法，张玉洁.CAWS600-B型自动气象站浅层地温数据异常故障排除方法[J].气象科技，2010，38(S1)：110-112.
[7] 李源鸿，敖振浪，李建勇，等.广东省地面气象综合探测全网实时监控系统[J].广东气象，2007，29(4)：5-7.
[8] 罗凤明，邱劲飚，李伟权，等.区域自动气象站故障排查及典型实例分析[J].广东气象，2008，
30(3)：51-52，60.
[9] 刘晓英.自动气象站校准仪器期间数据的处理[J].气象水文海洋仪器，2015，32(04)：103-105.
[10] 李毅聪，周媛.自动气象站故障维修[J].气象水文海洋仪器，2014，31(04)：114-116.
[11] 马英洁，张爱玲，吴冠楠.新型自动气象站提高观测数据质量的方法[J].气象水文海洋仪器，2016，33(02)：92-94.。