海上设施光端机通讯故障处理及逻辑修改

［摘 要］文章从光端机的通讯原理出发，通过对光端机出现的问题进行分析，并对其传输的关断信号进行处理，较为系统地分析了油田间基于海底光缆的信号传输问题及处理方法，解决了困扰油田的误关断事件，提高了油田的生产时率。

［关键词］光端机；海底光缆；中控系统；关断信号

［中图分类号］TM75 ［文献标志码］A ［文章编号］2095–6487（2024）04–0080–03

1 问题概述

某油田的平台和油轮之间的通讯主要靠光纤传输维持，其中包括从油轮传到平台的4 个关断信号ESD1、ESD2、ESD3、3A，以及从平台传到油轮的3个报警信号ESD1、ESD2、ESD3。光端机在关断信号传输时经常出现故障，导致平台经常发生生产关停，严重影响了平台的生产时率，具体如下。

（1）2022 年4 月18 日：平台收到油轮的ESD1、ESD2、ESD3、3A 共4 个关断信号，导致平台关停。经查询，油轮中控记录中无发送任何关断信号记录，但收到平台返回的ESD 3 报警记录。

（2）2022 年7 月28 日：0 点油轮收到来自平台的ESD1、ESD2、ESD3 共3 个报警，经查询，平台中控无任何异常记录，光端机日志无任何当日报警记录。

（3）2022 年8 月6 日12 时30 分：平台中控收到来自油轮的ESD1、ESD2、ESD3、3A 关断信号，导致平台生产关停，经查询，光端机日志无当日报警记录。

2 问题分析

要想解决光端机的通讯故障问题，需对光端机的通讯原理及其传输的关断信号链路进行分析。

2.1 光端机通讯原理分析

光端机是延长数据传输的光纤通信设备，主要通过信号调制、光电转化等技术，利用光传输特性来达到远程传输的目的。光端机一般成对使用，分为光发射机和光接收机，光发射机完成电/ 光转换，并把光信号发射出去用于光纤传输；光接收机主要把从光纤接收的光信号还原为电信号，完成光/ 电转换。本油田使用的光端机是GE 公司的同步数字系列TN1USDH Multipexers。

2.2 关断及报警信号传输过程分析

2.2.1 关断信号传输过程

SDH 光端机通过DTT（远动信号卡）进行光断信号传送，DTT–XMT（远动信号发送单元）提供4路相互独立的远动信号给远端的DTT–RCV（远动信号接收单元）。关断信号在SDH 光端机的具体传送过程如图1 所示。

FPSO（浮式生产储油轮）中控关断开关闭合时，48 V DC 直流电输入到SDH 光端机的DTT–XMT 卡，此时DTT–XMT 卡产生闭合状态量并传送到对端平台的相应DTT–RCV，与DTT–RCV 相连接的中控关断设备将得到闭合状态量。按照中控的设计，FPSO 常闭合状态为正常状态，如果FPSO 开路，那么对应的平台将会关断。通过以上分析可以得出，DTT–XMT卡和DTT–RCV 的状态对关断信号的影响如下。

（1）在SDH 光端机正常工作的情况下，油轮中控关断开关闭合时，DTT–XMT 卡和DTT–RCV 状态为闭合状态，此时为正常状态，平台不会关断。油轮中控关断开关开路时，DTT–XMT 卡和DTT–RCV 状态为开路状态，此时平台会产生关断。

（2）SDH 光端机因受到高频干扰、电压不正常、设备掉电、STM 光卡故障、CMUX 卡故障、光缆故障等因素影响，工作异常的情况下，DTT–XMT 卡和DTT–RCV 状态为开路状态，而平台中控设计常闭合状态为正常状态，因此平台会产生关断。

2.2.2 关断报警信号的传送过程

当平台有关断信号产生时，平台中控通过SDH传输设备的CONTACT I/O 卡回送关断报警信号给FPSO 中控，FPSO 中控收到关断报警信号后， 在FPSO 中控产生平台关断报警，从而得知平台发生关断。关断报警信号的传送过程如图2 所示。

由图2 可知，当平台没有关断产生，此时平台的CONTACT I/O 卡输入状态为闭合状态，与之对应的FPSO 的CONTACT I/O 输出状态也为闭合状态，此时FPSO 的中控没有平台的关断报警信号。若平台产生关断，那么平台中控到CONTACT I/O 卡输入状态发生跳变，由原来的闭合状态变为开路状态。与之对应的FPSO 的CONTACT I/O 输出状态也变为开路状态，此时FPSO 的中控就会产生关断报警信号。

3 原因分析

SDH 光端机通讯故障常见原因如下。

（1）平台中控逻辑存在问题，自己导致生产关断。根据历次关断记录来看，平台关断的原因均是由于收到了油轮传来的1 个或几个关停信号。因此判断，平台中控逻辑在此方面没有问题。

（2）油轮中控存在问题，触发关停信号，导致平台关停。根据记录，每次平台收到油轮的ESD1、ESD2、ESD3、3A 信号时，油轮的中控均没有记录到有关停信号发出，因此关停信号的源头没有问题。

（3）SDH 传输设备本身出现故障，通信不能正常传输，造成传送中控关断系统的DTT–XMT 卡和DTT–RCV 状态为由原来的闭合状态变为开路状态。但SDH 传输设备出现故障可以排除，因为若SDH 传输设备故障，故障不会是瞬间的，会一直存在。从每次出现中控关断后，SDH 传输设备都能自动恢复，说明SDH 传输设备不存在问题。

（4）外部环境影响SDH 传输设备的正常工作。经过分析FPSO 油轮上光端机采集到的报警，可看出几次故障都是FPSO 油轮的SDH 光端机存在瞬断。从报警中发现瞬断是由光卡产生瞬时的大误码（BER）造成的，可以从3 月27 日的报警中发现（表1）。

BER 使与光卡连接的各种业务卡产生瞬断，具体表现为网络、电话瞬断，平台中控收到1、2、3 级关断指示。SDH 光端机光卡出现大误码都是瞬时的，并且经过很短的时间光端机可以自动恢复正常，并不是一直都存在无法消除的大误码。SDH 光端机的误码具有突发性、瞬时性、随机性特点。因此产生业务瞬断并不是由于光端机自身工作不稳定造成的。SDH传输设备平常绝大部分时间都是工作正常的，每次出现中控关断后，SDH 传输设备都能自动恢复。再结合网管计算机收集到的大误码报警，可以判定，SDH光端机业务瞬断应该是受到了外界的高频干扰造成的，而且这个问题的特性符合瞬时干扰的基本特征。

4 采取措施

（1）对油轮侧SDH 传输设备实施屏蔽，确保不受高频干扰。将原SDH 传输设备的机柜更换成屏蔽机柜，解决因高频干扰导致的SDH 光端机瞬断和平台生产关断。

（2）通过多次对平台中控SOE 事件记录进行分析，发现每次误动作时，油轮ESD1、ESD2、ESD3、3A 这4 个关停信号会同时被触发，且这4 个关停信号被触发的持续时间都很短，都会在瞬间恢复正常。可通过完善平台中控ESD 逻辑来规避这一类偶然事件。根据以上思路，提出解决方案—— 修改平台中控ESD 组态逻辑，将原逻辑修改为故障否决制，只有单一信号出现时才执行关断动作，当ESD1、ESD2、ESD3、3A 同时被触发或者ESD1、ESD2 同时被触发时，则视其为错误信号，平台ESD 不触发关停信号，从而避免因SDH 光端机通讯故障而造成的生产误关断。修改前后的逻辑控制如图3、图4 所示。

5 结束语

通过对光端机通讯原理的分析及关断信号传输过程的分析，找到了通讯故障的原因—— 外界干扰导致的通讯瞬断，并对光端机设备进行了屏蔽处理，解决了这个问题。又通过对关断信号的逻辑原理进行分析，发现了原关断逻辑设计的不合理之处—— 平台中控ESD 系统不论收到来自油轮的ESD1、ESD2、ESD3、3A 中1个或几个关停信号，都会导致生产关停。但是根据油轮的中控ESD 逻辑分析可知，正常情况下，平台是不会同时收到4 个关停信号的，因此对平台的ESD 逻辑进行了优化，解决了这个问题。通过此次光端机通讯故障查找及逻辑修改工作，对于基于海底光缆的光端机通讯原理及关断信号传输过程有了更深一层的认识。同时经过以上的两项措施后，平台发生因光端机故障而导致的生产关停事件大幅减少，提高了整个油田的生产时率，达到了预期目的。

参考文献

[1] 季晓飞，迟泽英，游明俊，等. 光纤双向传输系统中数字光端机的研制[J]. 南京理工大学学报，2001（2）：182-185.

[2] 汤定藩. 适用于长距离单根光纤双向传输信息的光端机[J]. 光通信技术，1992（1）：44.