光纖通信在改進(jìn)通信質(zhì)量的應(yīng)用

1、光纖通信在改進(jìn)通信質(zhì)量的應(yīng)用【摘要】中海油某管道公司三個閥室應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)自建成以來，與系統(tǒng)平臺上的服務(wù)器通信頻繁中斷，無法實時監(jiān)測管道的應(yīng)力應(yīng)變信息。經(jīng)過多次實驗分析，查找出引發(fā)通信中斷的原因為以上三個閥室位于鹽堿灘涂地帶，4G信號強(qiáng)度差，該系統(tǒng)終端與服務(wù)器的通信方式為4G通信。隨后將其通信方式由4G通信調(diào)整為光纖通信，最終很好地解決了這一問題。 【關(guān)鍵詞】應(yīng)力應(yīng)變系統(tǒng)；4G；光纖通信 天然氣管道作為一種高效輸送天然氣的介質(zhì)，在天然氣長距離、低成本運(yùn)輸過程中體現(xiàn)了很強(qiáng)的優(yōu)越性，在我國大力發(fā)展清潔能源之際，天然氣管道的建設(shè)進(jìn)入了一個高峰期。然而，天然氣管道所經(jīng)路徑往往地質(zhì)條件復(fù)雜，管道容易出

2、現(xiàn)移位、變形等狀況，如何有效監(jiān)測管道在高危地帶的形變量，需要我們在高危地帶設(shè)置一套能夠監(jiān)測管道移位、變形等參數(shù)的監(jiān)測系統(tǒng)，這就是本文要介紹的應(yīng)力應(yīng)變系統(tǒng)。 1應(yīng)力應(yīng)變系統(tǒng)及其通信方式介紹 應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用通過有限元分析管土相互作用和地面運(yùn)動模型通過特定的網(wǎng)站可以形成監(jiān)測數(shù)據(jù)，隨時監(jiān)測生成管道應(yīng)變是否超過管道應(yīng)變能力，防止地質(zhì)災(zāi)害對管道造成破壞1。本項目管道應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)通過布設(shè)在管道監(jiān)測點(diǎn)的光纖光柵傳感器，實現(xiàn)對管道應(yīng)變、溫度和位移進(jìn)行監(jiān)測，進(jìn)而實現(xiàn)對管道變形的監(jiān)測和預(yù)警，作為評價管道的安全狀態(tài)的現(xiàn)實依據(jù)。管道結(jié)構(gòu)構(gòu)件的應(yīng)力應(yīng)變信息是反映其結(jié)構(gòu)是否處于安全狀態(tài)最直接的評價和判斷指標(biāo)，因此采

3、用光纖光柵應(yīng)變傳感器對管道結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測以評價結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)。同時當(dāng)管道發(fā)生不均勻沉降時，布設(shè)的光纖光柵應(yīng)變傳感器也能監(jiān)測到管道的內(nèi)力變化，從而判斷不均勻沉降對管道結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)的影響。由于管道內(nèi)部流通天然氣，溫度變化對管道的影響是十分重要的參考指標(biāo)，同時管道溫度數(shù)據(jù)也能為管道結(jié)構(gòu)的數(shù)值仿真計算模擬提供更加全面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。因此在管道結(jié)構(gòu)關(guān)鍵位置處布設(shè)光纖光柵溫度傳感器以監(jiān)測管道結(jié)構(gòu)溫度變化情況。在自然環(huán)境各種因素的作用下，在野外布設(shè)的管道結(jié)構(gòu)往往會出現(xiàn)局部懸跨，從而引起管道結(jié)構(gòu)的不均勻受力造成不均勻變形，同時在土體地殼運(yùn)動和外力的影響下管道結(jié)構(gòu)的不均勻變形成為一個不可忽略的安全問

4、題，因此需要對管道結(jié)構(gòu)進(jìn)行不均勻變形監(jiān)測。整個監(jiān)測系統(tǒng)采用光纖光柵監(jiān)測技術(shù)對管道結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)變、溫度和位移監(jiān)測；光纖光柵傳感器數(shù)據(jù)通過光纖光柵解調(diào)儀和相應(yīng)的采集軟件進(jìn)行采集傳輸及存儲，數(shù)據(jù)通信以現(xiàn)場觀測閥室為輸入節(jié)點(diǎn)，以無線4G通信模塊為輸出節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)平臺作為各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)匯聚和處理的中心。如圖1所示，各傳感器的信號通過光纖傳輸?shù)焦饫w光柵解調(diào)儀后，對光纖信號進(jìn)行解析和處理，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后上傳給數(shù)據(jù)采集主機(jī)，對數(shù)據(jù)進(jìn)一步運(yùn)算和處理，轉(zhuǎn)換成實際的工程量，一方面將處理后的數(shù)據(jù)存儲到本地硬盤，另一方面將這些數(shù)據(jù)通過4G無線信號發(fā)射器傳送至應(yīng)力應(yīng)變系統(tǒng)平臺，在系統(tǒng)平臺上進(jìn)行存儲和分析。 2現(xiàn)場應(yīng)用中出現(xiàn)的問

5、題及原因分析 自2019年5月開始，三個閥室斷續(xù)向系統(tǒng)平臺傳輸數(shù)據(jù)失敗，登錄系統(tǒng)平臺無法查看相關(guān)數(shù)據(jù)，如圖2所示。隨后組織廠家工程師到現(xiàn)場檢查，廠家工程師到達(dá)現(xiàn)場檢查后發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集主機(jī)存儲的數(shù)據(jù)與系統(tǒng)平臺存儲的數(shù)據(jù)時間段不一致，某段時間內(nèi)，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集主機(jī)已經(jīng)完成存儲的數(shù)據(jù)在系統(tǒng)平臺并未完成存儲，在系統(tǒng)平臺無法讀取到現(xiàn)場應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)后，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集主機(jī)還能夠繼續(xù)存儲一段時間的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)。綜合以上故障現(xiàn)象，經(jīng)與廠家工程師共同分析，總結(jié)出引發(fā)系統(tǒng)平臺無法讀取閥室應(yīng)力應(yīng)變系統(tǒng)數(shù)據(jù)的原因可能有以下兩個方面：閥室應(yīng)力應(yīng)變采集設(shè)備出現(xiàn)問題；傳輸設(shè)備或傳輸鏈路出了故障。鑒于現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集主機(jī)儲存的數(shù)

6、據(jù)比系統(tǒng)平臺存儲的數(shù)據(jù)時間更新，說明數(shù)據(jù)傳輸中斷后現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還能正常工作，但現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集主機(jī)存儲一段時間的數(shù)據(jù)后便不再存儲數(shù)據(jù)，說明此時數(shù)據(jù)采集主機(jī)已經(jīng)死機(jī)，無法正常工作。廠家工程師分析這是由于數(shù)據(jù)采集主機(jī)和系統(tǒng)平臺通信中斷后，不斷嘗試與系統(tǒng)平臺進(jìn)行通信連接，但又無法連接上，長時間的連接造成網(wǎng)絡(luò)端口擁堵，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集主機(jī)死機(jī)。結(jié)合閥室位于鹽堿灘涂，4G信號強(qiáng)度低，加之應(yīng)力應(yīng)變系統(tǒng)4G無線通信模塊位于閥室設(shè)備間內(nèi)，4G信號強(qiáng)度進(jìn)一步衰減，4G無線通信模塊無法連接到運(yùn)營商4G網(wǎng)絡(luò)。綜合以上分析，造成應(yīng)力應(yīng)變系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸中斷的最終原因在數(shù)據(jù)傳輸鏈路上，閥室內(nèi)無線4G信號頻繁中斷造成無線通信模

7、塊無法正常連接到4G網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而無法將數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)平臺。 3解決措施及現(xiàn)場實施 隨后，經(jīng)過雙方技術(shù)人員的協(xié)商，決定利用已經(jīng)隨管道一同敷設(shè)的光纖作為傳輸媒介，將三個4G信號質(zhì)量差的閥室應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸至4G信號質(zhì)量好的分輸站，在分輸站設(shè)置一臺數(shù)據(jù)采集主機(jī)，統(tǒng)一對三個閥室的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和運(yùn)算，再通過4G無線通信設(shè)備將三個閥室經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)統(tǒng)一傳送至系統(tǒng)平臺。系統(tǒng)通信改造的具體實施方案如下：拆除該系統(tǒng)安裝在1#、2#和3#閥室的數(shù)據(jù)采集主機(jī)和無線4G通信模塊，在3#閥室安裝1臺光纖收發(fā)器，網(wǎng)口端與光纖光柵解調(diào)儀相連，光口與1芯去2#閥室的光纖相連；在2#閥室安裝1臺光纖收發(fā)器，與3#閥室光

8、纖收發(fā)器建立通信，設(shè)置1臺帶光口交換機(jī)，電口與光纖光柵解調(diào)儀、光纖收發(fā)器相連，光口與2芯去1#閥室光纖相連；在1#閥室安裝1臺光纖收發(fā)器，與分輸站光纖收發(fā)器建立通信，設(shè)置1臺帶光口交換機(jī)，電口與光纖光柵解調(diào)儀、光纖收發(fā)器相連，光口與2芯來自2#閥室光纖相連；在分輸站設(shè)置1臺光纖收發(fā)器，與1#閥室的光纖收發(fā)器建立通信。改造后的系統(tǒng)組網(wǎng)圖如圖3所示。 4應(yīng)用效果評價 對三個閥室光纖光柵解調(diào)儀的IP地址進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，在分輸站對數(shù)據(jù)采集主機(jī)重新進(jìn)行配置，對系統(tǒng)平臺重新配置后，三個閥室應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)能夠正常傳輸至系統(tǒng)平臺，如圖4所示。經(jīng)過連續(xù)多日的觀察，系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)過數(shù)據(jù)傳輸中斷的情況，整個系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)良好。通過以上改造，在充分利用現(xiàn)有富裕光纖資源的同時，保證了應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)信號傳輸?shù)姆€(wěn)定，保障了系統(tǒng)平臺對各個關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)應(yīng)力應(yīng)變系統(tǒng)的實時監(jiān)測，為管道的平穩(wěn)安全運(yùn)行提