空氣自動監測系統運行維護技術與方法初探
摘 要：通過對18年來武漢市空氣自動監測系統運行維護技術的歸納、統計和總結，分析空氣自動監測系統運行維護方面的基本技術、基本知識和維護方法，供廣大環境監測工作者借鑒。
關鍵詞：空氣自動監測系統 預防性維護 定期例行維護 排除故障
1 武漢市空氣自動監測系統概述
為了及時掌握某一區域空氣質量的狀況，在該區域內設置若干固定監測點位，使用自動分析儀器進行自動連續監測，稱為空氣自動監測。空氣自動監測系統一般由一個中心控制室和若干監測子站構成。各子站設有空氣質量自動監測儀器及氣象儀。系統工作方式為無人值守，全年晝夜連續自動運行。各子站還設有專用數據處理機，采集各臺儀器的空氣質量監測數據和氣象數據，通過有線或無線的方式將數據傳輸至中心控制室。中心控制室設有計算機和打印機等其他外設，可以通過專門的數據通信和處理軟件執行對各子站的狀態信息和數據的收集、統計、處理、運算、顯示、存儲以及對各子站發送遠程控制命令等功能。
武漢市環境空氣質量自動監測系統始建于1986年，目前該系統由6個監測子站(其中一個清潔對照點，五個監控點)和一個中心控制室組成，是國家環境監測網成員之一。五個監控點是通過網格優化篩選產生，監測點平均值代表武漢市建成區201平方公里的空氣質量。
武漢市環境空氣質量自動監測系統1986-2000年初使用經美國EPA認證、Monitor Labs公司生產的空氣質量自動監測設備主要監測項目有：TSP，S02，N0x，C0。2000年初更新全部監測設備，采用美國DASIBI公司九十年代設備，經EPA認證產品，自動監測水平、運行狀況均屬全國一流。主要監測項目有可吸入顆粒物(PM10)，二氧化硫(S02)，二氧化氮(N02)，另外還有一氧化碳(C0)、臭氧(03)、氣象等監測項目。
武漢市空氣自動監測系統所有監測儀器全年晝夜連續自動運行，監測子站無人值守。監測數據用有線方式調回中心控制室，操作人員可在中心控制室對子站監測儀器進行遠程設置、遠程診斷和遠程校準。
在成功的維護保證了監測系統正常運行的基礎上，武漢市環境監測中心站1997年6月5日開始空氣質量周報工作，是中國最早開展該項工作的城市之一；2000年6月5日成為中國第一批開展空氣質量日報工作的城市之一，同年，在中國環境監測總站安排下，武漢站派出技術人員成功完成了昆明市首個空氣自動監測系統的建立，為昆明市順利開展空氣質量日報工作做出了貢獻，武漢站獲得總站表彰；2001年6月5日成為中國第一批開展空氣質量預報工作的城市之一，同年被中國環境監測總站授予全國空氣質量日報先進城市稱號。武漢市環境監測中心站在空氣自動監測工作中取得的成績和榮譽體現了武漢站空氣自動監測系統的運行維護水平。
2 武漢市空氣自動監測系統運行維護
在實際工作中，空氣自動監測系統的運行維護工作可分為三類：預防性維護、定期例行維護和排除故障。采用科學、合理和成功的維護方法和技術對空氣自動監測系統進行維護，可以有力地保證監測系統的正常運行，提高監測數據的可靠性和延長監測儀器使用壽命。
2．1 預防性維護
預防性維護的目的是發現潛在的問題，避免系統故障的產生。根據儀器的特點、結構、對運行環境的要求以及操作人員的工作經驗來確定預防性維護的內容。合理有效的預防性維護可以減少系統總的維護工作量，提高監測數據的可靠性。預防性維護應該貫穿空氣自動監測系統整個運行期間。
2．1．1 監測子站預防性維護
空氣自動監測儀器的安裝和運行對工作環境有一定的要求，因此子站站房的建立和設置上要充分考慮環境和氣候的影響，必須防暑、防寒、防塵、防雨、防雷擊：空氣自動監測子站均為無人值守并自動連續運行，在站房建設方面必須采取防火、防盜等安全措施；子站必須安裝空調，使子站內溫度保持在25攝氏度左右，夏季運行要避免子站溫度和室外溫度差距過大，以免室外空氣通過采樣管進入室內時在采樣管中形成冷凝水。
必須采取措施保證子站供電系統的安全可靠。如果市電超過規定值或伴隨其他干擾信號，儀器就有可能發生故障，因此可以使用200v交流穩壓器。
監測子站內儀器的安裝要穩固，以免儀器或泵運行時產生的振動對儀器機械和電氣連接造成損壞。站房的面積和儀器在站房中安裝的位置必須便于操作人員進行維護工作。
系統中振動較大的空壓機，N0x分析儀和PM10。分析儀的采樣泵在運行時容易因振動而自行移動，可在安裝時在其下放置一橡膠墊，即可避免泵的移動并起到一定的降低噪聲作用。必須注意校準系統中空壓機和其他采樣泵的正常運行，避免發生校準器無氣源和采樣系統工作不正常等現象。
建立并妥善保存維護記錄，以便判斷問題和故障的趨勢情況，而且可以預先發現自動監測系統中容易出現問題的部分。維護記錄主要應該包括每臺儀器的維修記錄、子站巡檢記錄和中心控制室每日的值班記錄。
2．1．2 中心控制室預防性維護
在預防性維護中，中心控制室通過數據通信軟件對子站運行進行的日常檢查非常重要。技術人員通過軟件調取子站儀器每日的零標報告和查看各臺儀器的內部診斷參數，通過判斷零標值和儀器內部參數是否處于正常范圍，很容易發現子站運行是否存在問題，從而及時發現問題，預防大的故障的產生。通過填寫中心控制室值班記錄表，詳細記錄值班人的姓名，各子站的室溫儀器、通信和數據等情況。儀器每日的零標報告要保存好，供數據處理使用。如果對子站的儀器進行了遠程校準和調整，要詳細記錄儀器在調整前后的零標值。
2．2 定期例行維護
空氣自動監測系統的定期例行維護必須每月進行一次，也可根據實際情況和遇到的問題來制訂定期維護的計劃。定期例行維護的實質也是以預防故障發生為目的的維護。
2．2．1 子站的定期例行維護
技術人員必須到子站進行巡檢和維護，每月至少一次。最好每個子站都能指定專門的技術人員負責巡檢和維護，便于掌握子站運行中易發生的問題的變化趨勢。
巡檢人到子站巡檢要認真按照空氣自動監測站巡檢記錄表的要求逐項填寫相應的內容。表格為一式兩份，一份存子站，方便其他人員到子站維護時了解該子站過去的維護情況，另一份由中心控制室統一存檔。
2．2．1．1 子站站房和外采樣管的檢查維護
檢查站房是否有漏雨或其他損壞，外采樣管是否正常，防塵帽是否脫落，是否存在其他物體的遮蓋，保證采樣系統正常工作。檢查室溫是否正常。檢查空調是否正常工作，空調的塵過濾網每月應清洗一次。
2．2．1．2 氣路檢查維護
空氣監測系統所有的氣路必須定期檢查，防止漏氣和損壞。要檢查所有的氣路連接、閥、儀器和標準氣鋼瓶上的壓力表讀數。空氣自動監測系統含有較多的閥，必須注意保證閥的正常工作，避免出現因閥的問題而產生的氣路故障。
2．2．1．3 電氣部分的檢查維護
巡檢人在每次的子站巡檢中必須檢查系統中所有的電纜、電源線、信號線的連接。并檢查子站的供電安全。
2．2．1．4 泵和空壓機的檢查維護
泵和空壓機在空氣自動監測系統中的作用是提供校準系統的氣源和保證采樣系統正常工作。必須注意泵和空壓機運行時是否有異常的噪聲，空壓機排水是否正常，泵的壓力是否滿足運行要求。定期做好上油和更換泵膜、泵缸等維護工作。
2．2．1．5 儀器設備的檢查維護
儀器設備的檢查是定期例行維護的重點，巡檢人要根據巡檢記錄上的各個項目認真檢查并做好記錄，檢查并記錄儀器的流量、內部診斷參數、儀器的監測值、校準數據等等。子站應備有萬用表、螺絲刀、扳手等必需的維護工具，另需備有儀器設備流量、內部診斷參數合理范圍的說明，以便巡檢人對照檢查儀器的工作狀況。各儀器采樣口的塵過濾膜每月需定期更換，也可根據需要每周更換。系統中零氣系統和其他儀器所使用的活性碳、硅膠等物質必須根據儀器使用說明書的規定定期更換，一般三個月更換一次。在更換過濾膜時，要注意先關閉儀器的采樣泵，要特別注意N0x分析器在關閉采樣泵之前先要關閉03發生器，避免對儀器造成損壞。子站的例行巡檢還需要注意檢查PM10的紙帶和采集的塵樣是否正常，估計下一次需更換的時間，避免出現紙帶用完造成監測數據缺損的情況。
2．2．1．6 監測系統整體的清潔維護
注意保持儀器設備和站房的清潔衛生。每半年清洗一次采樣管道，避免堵塞和采樣管道過臟影響監測數據的可靠性。對各分析儀器散熱風扇的過濾網每月清洗一次，有需要也可每月清洗數次。
2．2．1．7 子站定期例行維護的注意事項
需要注意的是，在子站進行的維護如果對監測數據有影響，必須將該數據刪除，或在維護活動期間將系統置于校零的狀態，數據處理機就會自動不保存維護期間數據，這樣可以確保監測數據的準確性。
2.2.2 中心控制室的定期例行維護
定期做好計算機、調制解調器、打印機、傳真機等設備的維護工作。空氣自動監測系統中心控制室的計算機為了數據傳輸的需要是連續運行的，必須使用不間斷電源來保證計算機的連續運行。計算機夜間運行應關閉顯示器，以節省功耗和延長顯示器壽命。
計算機應使用正版操作系統和應用軟件。正確安裝、設置和使用空氣自動監測系統數據通信軟件， 保證正常可靠的數據通信。防范各類計算機病毒可能造成的危害，安裝正版的具備實時監測功能的防殺病毒軟件并定期查殺病毒。在處理電子郵件的過程中，不要隨意保存和打開陌生的電子郵件中所帶的附件，以免受到計算機病毒的侵害。
2．3 排除故障
儀器的故障排除工作是在確認儀器工作不正常發生了各類故障時及時進行維修排除故障，由具有專業技術背景和分析儀器維修經驗并對整個系統較為熟悉的技術人員承擔，最好接受過空氣自動監測系統使用維護方面的培訓。這樣在系統出現故障時，才能夠及時提供技術支持解決發生的問題。
空氣自動監測系統所使用的儀器主要為分析儀器，就武漢市所使用過的系統來看，從北京分析儀器廠生產的Monitor Labs產品和目前所使用的Dasibi設備，都是由光學、電子和機械三大類元器件構成，在維修方法上有其共同點。在十多年的系統運行中遇到的故障現象表明，儀器早期出現的故障大多發生在電子元器件上，涉及的因素有元器件質量，電路設計、生產工藝，還有操作人員缺乏經驗，人為操作失誤等，儀器使用初期的故障率因此被提高。而在儀器使用的初期過后，操作人員逐漸熟練，經過運行維護，儀器已得到老化處理和考驗，
各部分元器件又未損耗或衰老，儀器性能趨于穩定，所以這段時期儀器故障率較低。隨著時間的推移，到了使用后期，儀器發生故障的部分多見于機械部件或光學零件，大多是因為長期運行損耗的原因。因此儀器使用到一定時期后必須更新換代。
2．3．1 排除故障前必須掌握需維修儀器的情況和過往的修理記錄
分析和了解儀器在發生故障時的使用情況非常重要。例如，有的儀器是在經過長途運輸后發生故障；有的是在高溫或低溫的工作環境中發生的故障；有的是在誤操作時發生的故障：有的是長期閑置后再使用時發生的故障等。了解這些情況對判斷產生故障的原因和部位時很有幫助的。對于儀器過去的維修情況也要詳細了解，例如過去的故障情況，更換過哪些元器件，調整過哪些電路等。
每臺儀器都必須建立維修檔案，可以分析和判斷儀器的故障率和易發故障，做好維修記錄對今后的維修工作將是一個很好的有價值的參考資料。儀器維修記錄的內容應該包括每次遇到的故障和檢修和排除故障的方法，如故障現象、部位、故障的排除、更換過的元件等等。
2．3．2 觀察故障現象查找故障原因
首先觀察故障現象，應該按照儀器的使用程序，通過面板上的各種按鈕來檢查儀器內部的參數，觀察儀器的反映。然后根據儀器的工作原理、結構、邏輯關系來判斷和初步確定儀器產生故障的可能部位。例如，觀察和檢查電路插件位置是否正確，是否穩固接觸良好，儀器氣路的連接是否良好，各電路板上元器件情況，機內有無異物，如螺絲、昆蟲等。這樣的觀察和檢查工作很必要，有些故障常常經過這樣的仔細檢查就能很快的解決問題。但在實際工作中容易忽略，容易產生急噪的亂拆亂卸，造成更多故障。
在故障現象清楚后，應從儀器的結構來推測產生故障的原因。例如，要判斷故障的部位是氣路部分、機械部分還是光學或電子部分。通過檢測手段將大的部位確定，然后逐步縮小范圍，直到找到故障原因。查找故障，就是從儀器的原理和結構出發，對故障不斷進行分析、判斷和測試的過程。
2．3．3 具體故障的排除
查找到故障部位后才能動手排除故障。排除故障時，無論是更換元器件或調整工作狀態，都必須按照儀器的設計要求來進行，最好使用儀器生產廠家提供的備品備件和元器件，不能隨意使用元器件代替湊合。
2．3．4 排除故障工作中的注意事項
在使用萬用表檢測儀器時要注意在測量元器件緊密的電路板時不要造成線間短路，損壞電路、燒壞元件。在維修過程中，要避免處理不當而擴大故障的現象。因此，技術人員在維修時，不能隨意拆卸，隨便變動電路中的可調元件，更不能無目的東找西尋，企圖僥幸找到故障的原因，這種做法極易導致故障擴大化。
儀器的使用說明書對于儀器的故障排除工作非常重要。儀器維修人員必須認真閱讀儀器說明書，詳細了解儀器的結構，工作原理，各關鍵部件的維護和測試方法。
空氣自動監測儀器服從于一定的邏輯安排。儀器的各部分都是按邏輯關系進行工作，以保證實現儀器所規定的各種功能。因此，無論組成儀器的任一部分或該部分某一元件損壞，或其性能發生變化，都可導致儀器工作狀態失常或無法工作。出現故障，首先要檢查確定問題可能產生于哪一個部分，再采取相應的措施。例如，儀器斷電，應依次檢查電源，插座，保險和開關，然后再檢查儀器內部是否存在問題。如果流量出現問題，應先確認泵是否正常工作，然后再逐步檢查儀器內部氣路。空氣自動監測儀器常見的故障和排除方法見表3。
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| 表3空氣自動監測儀器常見故障和排除方法 |
3 結語
通過對空氣自動監測系統運行維護技術和方法的探討，我們可以發現對于無人值守的空氣自動監測系統來說，科學合理的運行維護是保證整個空氣自動監測系統正常運行，提供正確可靠監測數據的重要前提。從預防性維護、定期例行維護和排除故障這三類維護工作的內容來看，其目的都是為了保證空氣自動監測系統中的各部分正常運轉，例如采樣系統、自動分析儀、校準系統、數據采集和傳輸系統、數據處理和統計系統、電子計算機等等。在日常工作中，通過不斷的發現和糾正各部分的問題，根據自動監測系統的特點和構成，我們可以不斷積累新的經驗，不斷的完善空氣自動監測系統的運行維護技術和方法，提供空氣自動監測系統的運行水平和監測數據的可靠性，使空氣自動監測系統更好地為環境決策服務
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