基于機器操作手的智能光纖配線系統實施方案

萬琪，梁健，李桐

[摘? ? 要]針對傳統光纖配線架易損壞、端口查找困難，拔纖、插纖不可控，誤拔纖也沒有告警提示，資源管理數據庫與ODF光跳纖實際不符，導致資源利用率降低;連接關系不能自動進行校驗，效率低，易出錯，難以實現光纖故障快速恢復，影響電網可靠運行，導致運維成本高等問題。本文介紹通過機器操作手對光纖配線自動進行校驗，自動完成連接器的插拔，建立輸入光纖和輸出光纖之間的連接，完成所需光纖業務的調整及開通。開通光纖業務不需要派人親自去現場插拔跳纖和整理跳纖線纜，只需后臺操控即可的運維方案，提升了通信光纖智能化運維水平，具有良好的推廣和應用價值。

[關鍵詞]光纖配線;機器操作手;自動校驗

[中圖分類號]TM73 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）12–00–02

Implementation Scheme of Intelligent Optical Fiber Distribution

System based on Machine Operator

Wan Qi，Liang Jian，Li Tong

[Abstract]The traditional optical fiber distribution frame is easy to be damaged， the port is difficult to find， the fiber pulling and inserting are uncontrollable， and there is no alarm prompt when the fiber is pulled out by mistake. The resource management database does not match the actual situation of ODF optical fiber jump， which leads to the reduction of resource utilization; The connection relationship can not be automatically checked， which is inefficient and error prone. It is difficult to realize the rapid recovery of optical fiber fault， which affects the reliable operation of power grid and leads to high operation and maintenance cost. This paper introduces the automatic verification of optical fiber wiring by machine operator， automatic plug-in and plug-in of connector， establishment of connection between input optical fiber and output optical fiber， and completion of adjustment and opening of required optical fiber service. The operation and maintenance scheme of opening optical fiber business does not need to send someone to plug and unplug the jump fiber and sort out the jump fiber cables on site， and only needs background control， which improves the intelligent operation and maintenance level of communication optical fiber， and has good promotion and application value.

[Keywords]optical fiber wiring; machine operator; auto check

現場光纖配線系統的維護、管理均為人工操作，光纖配線的調整、連接、光纖配線的管理及檢測等工作需運維人員親自到現場開展，需花費較多的人力物力，大大增加了運維工作量和成本。因此，光纖配線系統迫切需要智能設備來代替人工操作，實現遠程控制光纖跳纖、配線和纖芯調整監測、光纜技術指標檢測等。本文應用物聯網技術實現了光纜健康狀態監測，應用自動化極坐標機器手技術、軟件大數據分析，實現了自動跳纖的光纖連接器插拔操作和跳纖線纜管理、光纜故障預防的控制等。

1 光纖配線系統現有運行維護方法

機房內傳統光纖配線架（圖1）人工操作工作主要有：①變電站通信系統要開通一項光纖業務，執行一次跳纖，運維人員需親自到現場，較遠的地方花費時間很多，大大增加了運維人員的工作量和成本。②當在用光纜纖芯故障時，需到現場進行測試才能判斷光纜故障點，同時按先搶通后修復的原則，需要把好的備用纖芯調整為運行纖芯，這個工作過程花費的時間長;③冗余光纖每年一次的定檢工作單一，卻耗費大量人工車輛以及儀表等設備投入，而測試結果缺乏軟件分析，預判潛在的故障。④電網的安全穩定運行對通信系統的安全、可靠性要求，變電站通信機房光纖配線系統施工人員不按要求使用光纜纖芯，對光纜纖芯隨意調整。⑤光纖端口管理工作。依靠人工完成光纖通信在電力系統內大量使用，承載著電網自動化、光纖保護、配電自動化、營銷自動化、用電信息采集、辦公自動化等重要業務。光纖通信的可靠性對電網安全生產和經營管理具有極其重要的影響。

但是傳統的光纖資源網絡是一個無源網絡，只有簡單、原始的管理和維護措施，存在以下缺陷：①傳統光纖配線架采用紙質標簽，但是紙質標簽制作麻煩、易損壞、端口查找困難，拔纖、插纖不可控，誤拔纖也沒有告警提示;②資源管理數據庫與ODF光跳纖實際不符，導致資源利用率降低;③紙質工單、人工查找和人工錄入數據，導致施工效率低下;大量人工耗時與資源信息的不可靠，導致網絡建設和運維成本高。因此，傳統的光纖網絡全部依賴人工，不便于管理，連接關系不能自動進行校驗，效率低，易出錯，難以實現光纖故障快速恢復，影響電網可靠運行。

2 基于機器操作手的智能光纖配線系統實施方案

高效管理光纖資源是電力通信迫切要解決的問題，需要一款智能設備來代替人工操作。為此提出以下解決方案：①應用物聯網感知技術，在主站端實時查看光纖鏈路的動態關系;②應用自動化技術，通過智能機器操作手和模塊式儀表實現對冗余光纖的自動巡檢及自動定位故障點，遠程控制物理端口跳纖實現故障纖芯與備用纖芯的調用、實現備用纖芯每年一次的定檢工作;③依靠軟件遠程發出操作命令，機器人在無人值守站點可自動調度光纖鏈路;使用方便的可自動跳纖結構，免人工維護全自動配線，遠程控制，開通業務不需要派人親自去現場插拔跳纖和整理跳纖線纜，只需后臺操控即可。④操作記錄自動傳至服務器端，電子工單，電子日志，并且機器操作手帶有視頻監控功能，可對站內操作遠程實時監控。

雖然市面上已有的光纖自動配線架，但基本都是采用直角坐標機器人。這種方式只解決了光纖連接器插拔的問題，而無法解決跳纖線纜的管理問題。當芯數增多時，跳纖基本是絞在一起，會影響下次跳纖，需要運維人員現場整理光纖線纜，無法真正實現免人工維護;也有采用光開關進行交叉連接的，這種方式首先是成本代價非常高，同時會增加鏈路衰耗，不適合大容量應用場景。

本方案通過在光纖配線架中配置光纖配線盤、極坐標機器人和前端控制器，前端控制器接收來自后臺服務器的命令，由軟件驅動控制的機器手完成光纖端口的自動跳接、管理;同時機器手配合測試系統可以完成光纖鏈路狀態的自動檢測。這些核心功能確保所有光連接的增加、變更、移出等操作是遠程的、可靠的、高效的和可追溯的;也使得智能電網中光纖網絡的定期巡檢、故障定位、遠程光纖鏈路切換等智能化操作（圖2、圖3）。實現以下目標。

（1）確保光纖配線架上端口信息監測。通過顯示屏可顯示配線架上各端口信息及組成的光纖路由信息，實在各端口的紙質標簽的電子化，即實現電子標簽的功能。避免了傳統紙質標簽制作麻煩、易損壞、端口查找困難的問題。

（2）實現光纖配線架遠程控制開通業務。通過指令控制配線架內的前端控制器，使其控制光纖配線盤上的光纖端口與極坐標機器人上的光纖插頭按照規定軌跡線轉動實現端口與插頭的對接。并同時在后臺變更兩者的邏輯關系及相關的信息。

（3）實現低成本高效管理。通過機器人跳接或轉接開通業務，降低了使用人工時及跳接時的對接工單及錯誤，節約了資源，提高了工作效率。

（4）實現光纖資源的快速盤點。通過軟件系統支持盤點人員借助電腦端或App對光纖端口資源盤點并生成盤點報告、信息情況統計表，提高盤點效率。

（5）按指令通過智能機器操作手自動實現在ODF配線架上的光纖物理端口切換，開展故障光纖自動測試，快速判斷光纜的故障點。減少了需技術人員驅車前往變電站利用光時域反射儀判斷光纜故障點的過程，縮短光纜故障的搶修時長。

（6）按指令通過智能機器操作手自動實現在ODF配線架上的光纖物理端口切換，自動實現故障光路通過備用光纜（或備用纖芯）快速恢復通信業務的正常運行，實現光纖配線系統運行維護工作的數字化轉型。縮短生產實時及非實時業務中斷的時間，避免因中斷業務過長導致發生電力安全事件。

（7）解決光纖資源的動態管理，實時掌握光纜鏈路的衰減狀態和連接狀態。

3 結束語

應用物聯網技術實現光纜健康狀態監測;應用自動化機器手技術、軟件大數據分析，實現對光纜故障預防的控制;智能機器手根據光纖連接器特殊結構設計的;配合智能算法用于精準定位纖芯連接器的位置;機器手內部布置有多個不同類型的傳感器，用于有效抓取光纖連接器，實現連接器的插拔;并以最精確的方式對接輸入輸出纖芯。視頻監控系統能有效在線監控智能機器手抓起的纖芯連接器及線纜的狀況，通過智能機器算法，判斷纖芯連接器的形狀、位置和角度，在線調整機器手的轉角及行程，讓纖芯能夠有效對接，連接器重新插拔后，纖芯連接損耗可控制在0.15 dB，保證光纖系統的傳輸性能。

參考文獻

[1] 保羅.機器人操作手：數字，編程與控制[M].北京;機械工業出版社，1986.

[2] SaeedB.Niku.機器人學導論：分析、系統及應用[M].北京;電子工業出版社，2004.