導語：光纖通信在改進通信質量的應用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

【摘要】中海油某管道公司三個閥室應力應變監(jiān)測系統(tǒng)自建成以來，與系統(tǒng)平臺上的服務器通信頻繁中斷，無法實時監(jiān)測管道的應力應變信息。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信號強度差，該系統(tǒng)終端與服務器的通信方式為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。

【關鍵詞】應力應變系統(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，在天然氣長距離、低成本運輸過程中體現(xiàn)了很強的優(yōu)越性，在我國大力發(fā)展清潔能源之際，天然氣管道的建設進入了一個高峰期。然而，天然氣管道所經(jīng)路徑往往地質條件復雜，管道容易出現(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力應變系統(tǒng)。

1應力應變系統(tǒng)及其通信方式介紹

應變監(jiān)測系統(tǒng)的應用通過有限元分析管土相互作用和地面運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)測生成管道應變是否超過管道應變能力，防止地質災害對管道造成破壞[1]。本項目管道應力應變監(jiān)測系統(tǒng)通過布設在管道監(jiān)測點的光纖光柵傳感器，實現(xiàn)對管道應變、溫度和位移進行監(jiān)測，進而實現(xiàn)對管道變形的監(jiān)測和預警，作為評價管道的安全狀態(tài)的現(xiàn)實依據(jù)。管道結構構件的應力應變信息是反映其結構是否處于安全狀態(tài)最直接的評價和判斷指標，因此采用光纖光柵應變傳感器對管道結構關鍵部位進行應力應變監(jiān)測以評價結構安全狀態(tài)。同時當管道發(fā)生不均勻沉降時，布設的光纖光柵應變傳感器也能監(jiān)測到管道的內(nèi)力變化，從而判斷不均勻沉降對管道結構安全狀態(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，同時管道溫度數(shù)據(jù)也能為管道結構的數(shù)值仿真計算模擬提供更加全面的基礎數(shù)據(jù)支持。因此在管道結構關鍵位置處布設光纖光柵溫度傳感器以監(jiān)測管道結構溫度變化情況。在自然環(huán)境各種因素的作用下，在野外布設的管道結構往往會出現(xiàn)局部懸跨，從而引起管道結構的不均勻受力造成不均勻變形，同時在土體地殼運動和外力的影響下管道結構的不均勻變形成為一個不可忽略的安全問題，因此需要對管道結構進行不均勻變形監(jiān)測。整個監(jiān)測系統(tǒng)采用光纖光柵監(jiān)測技術對管道結構進行應變、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)儀和相應的采集軟件進行采集傳輸及存儲，數(shù)據(jù)通信以現(xiàn)場觀測閥室為輸入節(jié)點，以無線4G通信模塊為輸出節(jié)點，系統(tǒng)平臺作為各節(jié)點數(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，對光纖信號進行解析和處理，轉換成數(shù)字信號后上傳給數(shù)據(jù)采集主機，對數(shù)據(jù)進一步運算和處理，轉換成實際的工程量，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)射器傳送至應力應變系統(tǒng)平臺，在系統(tǒng)平臺上進行存儲和分析。

2現(xiàn)場應用中出現(xiàn)的問題及原因分析

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，廠家工程師到達現(xiàn)場檢查后發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集主機存儲的數(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)場應力應變監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)后，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集主機還能夠繼續(xù)存儲一段時間的應力應變數(shù)據(jù)。綜合以上故障現(xiàn)象，經(jīng)與廠家工程師共同分析，總結出引發(fā)系統(tǒng)平臺無法讀取閥室應力應變系統(tǒng)數(shù)據(jù)的原因可能有以下兩個方面：①閥室應力應變采集設備出現(xiàn)問題；②傳輸設備或傳輸鏈路出了故障。鑒于現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集主機儲存的數(shù)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)采集主機已經(jīng)死機，無法正常工作。廠家工程師分析這是由于數(shù)據(jù)采集主機和系統(tǒng)平臺通信中斷后，不斷嘗試與系統(tǒng)平臺進行通信連接，但又無法連接上，長時間的連接造成網(wǎng)絡端口擁堵，導致數(shù)據(jù)采集主機死機。結合閥室位于鹽堿灘涂，4G信號強度低，加之應力應變系統(tǒng)4G無線通信模塊位于閥室設備間內(nèi)，4G信號強度進一步衰減，4G無線通信模塊無法連接到運營商4G網(wǎng)絡。綜合以上分析，造成應力應變系統(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塊無法正常連接到4G網(wǎng)絡，進而無法將數(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)過雙方技術人員的協(xié)商，決定利用已經(jīng)隨管道一同敷設的光纖作為傳輸媒介，將三個4G信號質量差的閥室應力應變監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸至4G信號質量好的分輸站，在分輸站設置一臺數(shù)據(jù)采集主機，統(tǒng)一對三個閥室的數(shù)據(jù)進行處理和運算，再通過4G無線通信設備將三個閥室經(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#閥室光纖收發(fā)器建立通信，設置1臺帶光換機，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，設置1臺帶光換機，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應用效果評價

對三個閥室光纖光柵解調(diào)儀的IP地址進行統(tǒng)一規(guī)劃，在分輸站對數(shù)據(jù)采集主機重新進行配置，對系統(tǒng)平臺重新配置后，三個閥室應力應變數(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)運轉良好。通過以上改造，在充分利用現(xiàn)有富裕光纖資源的同時，保證了應力應變監(jiān)測系統(tǒng)信號傳輸?shù)姆€(wěn)定，保障了系統(tǒng)平臺對各個關鍵節(jié)點應力應變系統(tǒng)的實時監(jiān)測，為管道的平穩(wěn)安全運行提供了科學依據(jù)。

參考文獻

[1]楊士梅.應變監(jiān)測系統(tǒng)在凍土區(qū)原油管道中的應用效果分析[J].中國石油和化工標準與質量，2020（1）.

[2]胡慶.光纖通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡[M].北京：電子工業(yè)出版社，2014.

[3]張元斌.物聯(lián)網(wǎng)通信技術[M].成都：西南交通大學出版社，2018.

作者:吳耀興 單位:中海油華北天然氣管道有限公司