海上設施光端機通訊故障處理及邏輯修改

［摘 要］文章從光端機的通訊原理出發，通過對光端機出現的問題進行分析，并對其傳輸的關斷信號進行處理，較為系統地分析了油田間基于海底光纜的信號傳輸問題及處理方法，解決了困擾油田的誤關斷事件，提高了油田的生產時率。

［關鍵詞］光端機；海底光纜；中控系統；關斷信號

［中圖分類號］TM75 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）04–0080–03

1 問題概述

某油田的平臺和油輪之間的通訊主要靠光纖傳輸維持，其中包括從油輪傳到平臺的4 個關斷信號ESD1、ESD2、ESD3、3A，以及從平臺傳到油輪的3個報警信號ESD1、ESD2、ESD3。光端機在關斷信號傳輸時經常出現故障，導致平臺經常發生生產關停，嚴重影響了平臺的生產時率，具體如下。

（1）2022 年4 月18 日：平臺收到油輪的ESD1、ESD2、ESD3、3A 共4 個關斷信號，導致平臺關停。經查詢，油輪中控記錄中無發送任何關斷信號記錄，但收到平臺返回的ESD 3 報警記錄。

（2）2022 年7 月28 日：0 點油輪收到來自平臺的ESD1、ESD2、ESD3 共3 個報警，經查詢，平臺中控無任何異常記錄，光端機日志無任何當日報警記錄。

（3）2022 年8 月6 日12 時30 分：平臺中控收到來自油輪的ESD1、ESD2、ESD3、3A 關斷信號，導致平臺生產關停，經查詢，光端機日志無當日報警記錄。

2 問題分析

要想解決光端機的通訊故障問題，需對光端機的通訊原理及其傳輸的關斷信號鏈路進行分析。

2.1 光端機通訊原理分析

光端機是延長數據傳輸的光纖通信設備，主要通過信號調制、光電轉化等技術，利用光傳輸特性來達到遠程傳輸的目的。光端機一般成對使用，分為光發射機和光接收機，光發射機完成電/ 光轉換，并把光信號發射出去用于光纖傳輸；光接收機主要把從光纖接收的光信號還原為電信號，完成光/ 電轉換。本油田使用的光端機是GE 公司的同步數字系列TN1USDH Multipexers。

2.2 關斷及報警信號傳輸過程分析

2.2.1 關斷信號傳輸過程

SDH 光端機通過DTT（遠動信號卡）進行光斷信號傳送，DTT–XMT（遠動信號發送單元）提供4路相互獨立的遠動信號給遠端的DTT–RCV（遠動信號接收單元）。關斷信號在SDH 光端機的具體傳送過程如圖1 所示。

FPSO（浮式生產儲油輪）中控關斷開關閉合時，48 V DC 直流電輸入到SDH 光端機的DTT–XMT 卡，此時DTT–XMT 卡產生閉合狀態量并傳送到對端平臺的相應DTT–RCV，與DTT–RCV 相連接的中控關斷設備將得到閉合狀態量。按照中控的設計，FPSO 常閉合狀態為正常狀態，如果FPSO 開路，那么對應的平臺將會關斷。通過以上分析可以得出，DTT–XMT卡和DTT–RCV 的狀態對關斷信號的影響如下。

（1）在SDH 光端機正常工作的情況下，油輪中控關斷開關閉合時，DTT–XMT 卡和DTT–RCV 狀態為閉合狀態，此時為正常狀態，平臺不會關斷。油輪中控關斷開關開路時，DTT–XMT 卡和DTT–RCV 狀態為開路狀態，此時平臺會產生關斷。

（2）SDH 光端機因受到高頻干擾、電壓不正常、設備掉電、STM 光卡故障、CMUX 卡故障、光纜故障等因素影響，工作異常的情況下，DTT–XMT 卡和DTT–RCV 狀態為開路狀態，而平臺中控設計常閉合狀態為正常狀態，因此平臺會產生關斷。

2.2.2 關斷報警信號的傳送過程

當平臺有關斷信號產生時，平臺中控通過SDH傳輸設備的CONTACT I/O 卡回送關斷報警信號給FPSO 中控，FPSO 中控收到關斷報警信號后， 在FPSO 中控產生平臺關斷報警，從而得知平臺發生關斷。關斷報警信號的傳送過程如圖2 所示。

由圖2 可知，當平臺沒有關斷產生，此時平臺的CONTACT I/O 卡輸入狀態為閉合狀態，與之對應的FPSO 的CONTACT I/O 輸出狀態也為閉合狀態，此時FPSO 的中控沒有平臺的關斷報警信號。若平臺產生關斷，那么平臺中控到CONTACT I/O 卡輸入狀態發生跳變，由原來的閉合狀態變為開路狀態。與之對應的FPSO 的CONTACT I/O 輸出狀態也變為開路狀態，此時FPSO 的中控就會產生關斷報警信號。

3 原因分析

SDH 光端機通訊故障常見原因如下。

（1）平臺中控邏輯存在問題，自己導致生產關斷。根據歷次關斷記錄來看，平臺關斷的原因均是由于收到了油輪傳來的1 個或幾個關停信號。因此判斷，平臺中控邏輯在此方面沒有問題。

（2）油輪中控存在問題，觸發關停信號，導致平臺關停。根據記錄，每次平臺收到油輪的ESD1、ESD2、ESD3、3A 信號時，油輪的中控均沒有記錄到有關停信號發出，因此關停信號的源頭沒有問題。

（3）SDH 傳輸設備本身出現故障，通信不能正常傳輸，造成傳送中控關斷系統的DTT–XMT 卡和DTT–RCV 狀態為由原來的閉合狀態變為開路狀態。但SDH 傳輸設備出現故障可以排除，因為若SDH 傳輸設備故障，故障不會是瞬間的，會一直存在。從每次出現中控關斷后，SDH 傳輸設備都能自動恢復，說明SDH 傳輸設備不存在問題。

（4）外部環境影響SDH 傳輸設備的正常工作。經過分析FPSO 油輪上光端機采集到的報警，可看出幾次故障都是FPSO 油輪的SDH 光端機存在瞬斷。從報警中發現瞬斷是由光卡產生瞬時的大誤碼（BER）造成的，可以從3 月27 日的報警中發現（表1）。

BER 使與光卡連接的各種業務卡產生瞬斷，具體表現為網絡、電話瞬斷，平臺中控收到1、2、3 級關斷指示。SDH 光端機光卡出現大誤碼都是瞬時的，并且經過很短的時間光端機可以自動恢復正常，并不是一直都存在無法消除的大誤碼。SDH 光端機的誤碼具有突發性、瞬時性、隨機性特點。因此產生業務瞬斷并不是由于光端機自身工作不穩定造成的。SDH傳輸設備平常絕大部分時間都是工作正常的，每次出現中控關斷后，SDH 傳輸設備都能自動恢復。再結合網管計算機收集到的大誤碼報警，可以判定，SDH光端機業務瞬斷應該是受到了外界的高頻干擾造成的，而且這個問題的特性符合瞬時干擾的基本特征。

4 采取措施

（1）對油輪側SDH 傳輸設備實施屏蔽，確保不受高頻干擾。將原SDH 傳輸設備的機柜更換成屏蔽機柜，解決因高頻干擾導致的SDH 光端機瞬斷和平臺生產關斷。

（2）通過多次對平臺中控SOE 事件記錄進行分析，發現每次誤動作時，油輪ESD1、ESD2、ESD3、3A 這4 個關停信號會同時被觸發，且這4 個關停信號被觸發的持續時間都很短，都會在瞬間恢復正常?？赏ㄟ^完善平臺中控ESD 邏輯來規避這一類偶然事件。根據以上思路，提出解決方案—— 修改平臺中控ESD 組態邏輯，將原邏輯修改為故障否決制，只有單一信號出現時才執行關斷動作，當ESD1、ESD2、ESD3、3A 同時被觸發或者ESD1、ESD2 同時被觸發時，則視其為錯誤信號，平臺ESD 不觸發關停信號，從而避免因SDH 光端機通訊故障而造成的生產誤關斷。修改前后的邏輯控制如圖3、圖4 所示。

5 結束語

通過對光端機通訊原理的分析及關斷信號傳輸過程的分析，找到了通訊故障的原因—— 外界干擾導致的通訊瞬斷，并對光端機設備進行了屏蔽處理，解決了這個問題。又通過對關斷信號的邏輯原理進行分析，發現了原關斷邏輯設計的不合理之處—— 平臺中控ESD 系統不論收到來自油輪的ESD1、ESD2、ESD3、3A 中1個或幾個關停信號，都會導致生產關停。但是根據油輪的中控ESD 邏輯分析可知，正常情況下，平臺是不會同時收到4 個關停信號的，因此對平臺的ESD 邏輯進行了優化，解決了這個問題。通過此次光端機通訊故障查找及邏輯修改工作，對于基于海底光纜的光端機通訊原理及關斷信號傳輸過程有了更深一層的認識。同時經過以上的兩項措施后，平臺發生因光端機故障而導致的生產關停事件大幅減少，提高了整個油田的生產時率，達到了預期目的。

參考文獻

[1] 季曉飛，遲澤英，游明俊，等. 光纖雙向傳輸系統中數字光端機的研制[J]. 南京理工大學學報，2001（2）：182-185.

[2] 湯定藩. 適用于長距離單根光纖雙向傳輸信息的光端機[J]. 光通信技術，1992（1）：44.