Instr613

13. Automatische meteorologische Station
13.1 Einführung
Technische und ökonomische Aspekte der Automation
AWS (automatische Wetterstation)
Mechanische automatische Wetterstation Abb. S. 236
automatisches meteorologisches Netzwerk
qualitativer Fortschritt durch Microcomputer (Selbstkontrolle)
Klassifizierung von AWS:
Klimatologie
non real time
Synoptik
real-time
Unterschiede in der Telekommunikation
Landstationen
Schiffsstationen, driftende Bojen, feste Bojen
13.2 Aufbau von AWS
Blockdiagramm
Sensor
Eingänge
digit. Signal
Sender
Sensor
digit. Signal
Modulator
Sensor
digit. Signal
Sensor
Analogsignal
Sensor
Analogsignal
Sensor
Analogsignal
Sensor
Analogsignal
Messwertgeber
s. Abb. S. 239
Übertrager
M
u
l
t
i
p
l
e
x
e
r
ZwischenSpeicher
Speicher
und
Taktgeber
Analogdigitalwandler
Rechner
INTEL8080
Bus
Zeitgeber
2
13.3 Genauigkeitsanforderungen und Aufteilung der Meßwerterfassungszeiten
Anforderungen aus WMO 622:
Abb.
Deutscher Wetterdienst:
Abb.
Auflösung, max. Fehler und Abtastrate der Sensoren.
13.4 Ausführungen von automatischen Wetterstationen
13.4.1 MIRIAM -Universal (Mikroprozessorgesteuertes Registriersystem des
Instrumentenamtes, Universal für synoptische und klimatologische Meldestellen)
beim Deutschen Wetterdienst
Erfassung derzeit (1990) folgender Parameter:
Wind (Geschwindigkeit, Richtung, beheizt, unbeheizt)
Lufttemperatur (2m, 5 cm)
Erdbodentemperatur (-5 cm, -10 cm, -20 cm, -0,5 m, -1 m)
rel. Feuchte (2 m)
Taupunkt (2 m)
Sichtweite
Luftdruck
Niederschlag (Tropfer und Wippe)
Sonnenschein
Blitz
Wolkenuntergrenze (optional)
MIRIAM-U-Systemstruktur auf Abb. in Systembeschreibung
Abb. Anlage 4
Weitere Fähigkeiten des Systems auf S. 7 und 8 der Dokumentation
13.4.2 Friedrichs
COMBIMET
Einsatz bei meteorologischen Beobachtungen und im Umweltschutz
Technische Daten:
Eingangsgrößen
Widerstand
z.B. Widerstandsthermometer Pt100
Spannung
z.B. Strahlung
Strom
z.B. Windgeschwindigkeit
Impulse
z.B. Niederschlag
Digital
z.B. RS 232 c für Wolkenhöhe
Ausgangsgrößen
Strom
0... 20 mA bzw. 4...20 mA
Spannung 0 ... 1 V, 0 ... 10 V
Digital
(z.B. RS 232c, TTY, Telex nach CCITT)
Stromversorgung 220 V AC
3
13.4.3 Lambrecht
FMA 86
Zusammenstellung der verschiedensten Messwertgeber (s. Abb.)
Feldstation
Messwertgeber
Mastsystem
Datenerfassungsanlage mit
Geberanpassungskarten
Kleinrechner CPU
Stromversorgungskarte
Übertragungsmedium
V24-Übertragung mit Computer, Drucker oder Anzeigestation (50m)
I 24 (Current Loup) Übertragung, (2km)
2-Draht-Modem
Datenfunk
Satellitenübertragung über METEOSAT oder GOES
Zentrale
IBM-PC XT(AT)
EPSON PC
Drucker mit V24-Eingang
13.4.4 Thies
Automatische Wetterstation (Baukastensystem)
Erfassung sämtlicher meteorologischer Messwerte in analoger oder digitaler Form.
Berechnung und Ermittlung von
Momentan-, Mittel- (intergral und gleitend), Summen-, Differenz-,Extrem-,
Schwell- und Statistikwerten.
Datenausgabe über
eingebaute Matrixanzeige, V24-Schnittstelle, BCD-Ausgänge,
Analogausgänge
Progammierung der analgenspezifischen Daten über eingebaute Tastatur oder
externes Datenterminal.
Netz- und Batteriebetrieb möglich durch CMOS-Technologie
13.4.5 Fischer
Blitzortung
Blitzsensor der Firma Dehn im Deutschen Wetterdienst.
LPATS (Lightning Protection and Tracking System) ist bereits von Siemens in
Deutschland installiert. Das amerikanische System LPATS ist ein hochgenaues,
computergestütztes Blitzortungssystem, das Blitzentladungen an mehreren Stationen
(mindestens 4) empfängt und mit hoher zeitlicher Genauigkeit registriert. Aus den
Laufzeitunterschieden wird der Blitzort bis auf 500 m genau angegeben. Die
Empfangsstationen sind sternförmig angeordnet und 200 bis 300 km voneinander
entfernt.
4
Organisation der automatischen Wettermeldung und Sammlung der Daten.
13.5 Data-Logger
(Thies)
Besondere Beobachtungsaufgaben mit Netzen oder Einzelstationen.
Stadtklimauntersuchungen in Leipzig. Eine Station steht in der Stephanstraße 3.
Abzweigung der Daten zur Anzeige bei der Ausbildung.
Problematik bei der Wahl der Messorte, Wetterwiese, Turm.
Technische Ausrüstung und Betreung sowie Auswertung.
Probleme bei der repräsentativen Windmessung.
Strahlungsmessstation
Datenerfassung und -speicherung bei dem testo-System
Mögliche Messgrößenerfassungen mit einem Zentralgerät, das sehr handlich ist.
Temperatur
Feuchte
Druck und Druckdifferenz (Staudruckmessungen!)
Wind mit Flügelradanemometer in Kombination mit anderen Größen
Anzeige und Speicherung von Mittelwerten
Ausdrucken der Messdaten mit eigenem Recorder
Erfassung der genauen Messzeit und der Meßnummer
Speicherung aller Werte in einem internen Speichersystem
Auslesen der Werte mit einem Rechner und dort weitere Verarbeitung
Direkte Anzeige und Speicherung der Werte auf einem Computer online
Datalogger für elektrische Größen mit Multimeter
Kopplung des Meßgerätes mit einem Computer
Software für die unterschiedlichsten Erfassungen
Anzeige und Speicherung der Meßwerte
Ausdrucken der Einzelwerte
Verarbeitung mit anderen Programmsystemen wie z.B. EXCEL
Anwendungsbeispiel: Messung der Durchlässigkeit von Filtern mit dem Monochromator.
Registrierung
Auswertung mit EXCEL
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Visual Designer
Vorteile:
Graphisches Entwicklungssystem, keine Programmierkenntnise erforderlich.
Oneline-Hilfesystem
Abtasten bis 10 MHz
Kontinuierliches Speichern auf Festplatte
Anzeige und Steuerung in Echtzeit
Datenaustausch mit anderen Windows-Applikationen
Serielle Kommunikation (RS-232, RS-422, RS-485)
Windows-Programmierer können den Funktionsumfang mit dem Custom Block
Development Toolkit beliebig erweitern
Drastische Verkürzung der Entwicklungszeit
Das Schaltbild und die Messergebnisse können auf dem Bildschirm verfolgt werden.
Verarbeitung von unterschiedlichsten Spannungs- Strom- und Frequenzsignalen.
Graphische Bearbeitung der Daten mit anderen Programmen möglich.
Bildschirmdarstellungen in zwei Abbildungen.
Praktische Vorführung des Visual-Designer-Programms:
Datenbasis: Messergebnisse online
Messergebnisse aus einer Tabelle (offline)
Tabelle vom 16.12.2005
Spalten:
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Datum
Windgeschwindigkeit
Windrichtung
Globalstrahlung
Himmelsstrahlung
Luftdruck
Rel. Feuchte
Lufttemperatur
Niederschlag
Erdbodentemperatur 10 cm
Erdbodentemperatur 25 cm
Erdbodentemperatur 50 cm
Erdbodentemperatur 100 cm
Maximale Windgeschwindigkeit aller Sekunde
6
Lab VIEW für Windows
Grafisches Programmiersystem für die Messtechnik
Virtuelle Instrumente
Temperaturanzeige
Frequenzen