基于機(jī)器操作手的智能光纖配線系統(tǒng)實(shí)施方案

萬琪，梁健，李桐

[摘? ? 要]針對傳統(tǒng)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(shù)據(jù)庫與ODF光跳纖實(shí)際不符，導(dǎo)致資源利用率降低;連接關(guān)系不能自動進(jìn)行校驗(yàn)，效率低，易出錯(cuò)，難以實(shí)現(xiàn)光纖故障快速恢復(fù)，影響電網(wǎng)可靠運(yùn)行，導(dǎo)致運(yùn)維成本高等問題。本文介紹通過機(jī)器操作手對光纖配線自動進(jìn)行校驗(yàn)，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(yè)務(wù)的調(diào)整及開通。開通光纖業(yè)務(wù)不需要派人親自去現(xiàn)場插拔跳纖和整理跳纖線纜，只需后臺操控即可的運(yùn)維方案，提升了通信光纖智能化運(yùn)維水平，具有良好的推廣和應(yīng)用價(jià)值。

[關(guān)鍵詞]光纖配線;機(jī)器操作手;自動校驗(yàn)

[中圖分類號]TM73 [文獻(xiàn)標(biāo)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(xiàn)場光纖配線系統(tǒng)的維護(hù)、管理均為人工操作，光纖配線的調(diào)整、連接、光纖配線的管理及檢測等工作需運(yùn)維人員親自到現(xiàn)場開展，需花費(fèi)較多的人力物力，大大增加了運(yùn)維工作量和成本。因此，光纖配線系統(tǒng)迫切需要智能設(shè)備來代替人工操作，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制光纖跳纖、配線和纖芯調(diào)整監(jiān)測、光纜技術(shù)指標(biāo)檢測等。本文應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了光纜健康狀態(tài)監(jiān)測，應(yīng)用自動化極坐標(biāo)機(jī)器手技術(shù)、軟件大數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)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(yù)防的控制等。

1 光纖配線系統(tǒng)現(xiàn)有運(yùn)行維護(hù)方法

機(jī)房內(nèi)傳統(tǒng)光纖配線架（圖1）人工操作工作主要有：①變電站通信系統(tǒng)要開通一項(xiàng)光纖業(yè)務(wù)，執(zhí)行一次跳纖，運(yùn)維人員需親自到現(xiàn)場，較遠(yuǎn)的地方花費(fèi)時(shí)間很多，大大增加了運(yùn)維人員的工作量和成本。②當(dāng)在用光纜纖芯故障時(shí)，需到現(xiàn)場進(jìn)行測試才能判斷光纜故障點(diǎn)，同時(shí)按先搶通后修復(fù)的原則，需要把好的備用纖芯調(diào)整為運(yùn)行纖芯，這個(gè)工作過程花費(fèi)的時(shí)間長;③冗余光纖每年一次的定檢工作單一，卻耗費(fèi)大量人工車輛以及儀表等設(shè)備投入，而測試結(jié)果缺乏軟件分析，預(yù)判潛在的故障。④電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行對通信系統(tǒng)的安全、可靠性要求，變電站通信機(jī)房光纖配線系統(tǒng)施工人員不按要求使用光纜纖芯，對光纜纖芯隨意調(diào)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(tǒng)內(nèi)大量使用，承載著電網(wǎng)自動化、光纖保護(hù)、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(yè)務(wù)。光纖通信的可靠性對電網(wǎng)安全生產(chǎn)和經(jīng)營管理具有極其重要的影響。

但是傳統(tǒng)的光纖資源網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)無源網(wǎng)絡(luò)，只有簡單、原始的管理和維護(hù)措施，存在以下缺陷：①傳統(tǒng)光纖配線架采用紙質(zhì)標(biāo)簽，但是紙質(zhì)標(biāo)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(shù)據(jù)庫與ODF光跳纖實(shí)際不符，導(dǎo)致資源利用率降低;③紙質(zhì)工單、人工查找和人工錄入數(shù)據(jù)，導(dǎo)致施工效率低下;大量人工耗時(shí)與資源信息的不可靠，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)維成本高。因此，傳統(tǒng)的光纖網(wǎng)絡(luò)全部依賴人工，不便于管理，連接關(guān)系不能自動進(jìn)行校驗(yàn)，效率低，易出錯(cuò)，難以實(shí)現(xiàn)光纖故障快速恢復(fù)，影響電網(wǎng)可靠運(yùn)行。

2 基于機(jī)器操作手的智能光纖配線系統(tǒng)實(shí)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(shè)備來代替人工操作。為此提出以下解決方案：①應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)，在主站端實(shí)時(shí)查看光纖鏈路的動態(tài)關(guān)系;②應(yīng)用自動化技術(shù)，通過智能機(jī)器操作手和模塊式儀表實(shí)現(xiàn)對冗余光纖的自動巡檢及自動定位故障點(diǎn)，遠(yuǎn)程控制物理端口跳纖實(shí)現(xiàn)故障纖芯與備用纖芯的調(diào)用、實(shí)現(xiàn)備用纖芯每年一次的定檢工作;③依靠軟件遠(yuǎn)程發(fā)出操作命令，機(jī)器人在無人值守站點(diǎn)可自動調(diào)度光纖鏈路;使用方便的可自動跳纖結(jié)構(gòu)，免人工維護(hù)全自動配線，遠(yuǎn)程控制，開通業(yè)務(wù)不需要派人親自去現(xiàn)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(wù)器端，電子工單，電子日志，并且機(jī)器操作手帶有視頻監(jiān)控功能，可對站內(nèi)操作遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)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(biāo)機(jī)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(dāng)芯數(shù)增多時(shí)，跳纖基本是絞在一起，會影響下次跳纖，需要運(yùn)維人員現(xiàn)場整理光纖線纜，無法真正實(shí)現(xiàn)免人工維護(hù);也有采用光開關(guān)進(jìn)行交叉連接的，這種方式首先是成本代價(jià)非常高，同時(shí)會增加鏈路衰耗，不適合大容量應(yīng)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(biāo)機(jī)器人和前端控制器，前端控制器接收來自后臺服務(wù)器的命令，由軟件驅(qū)動控制的機(jī)器手完成光纖端口的自動跳接、管理;同時(shí)機(jī)器手配合測試系統(tǒng)可以完成光纖鏈路狀態(tài)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(yuǎn)程的、可靠的、高效的和可追溯的;也使得智能電網(wǎng)中光纖網(wǎng)絡(luò)的定期巡檢、故障定位、遠(yuǎn)程光纖鏈路切換等智能化操作（圖2、圖3）。實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)。

（1）確保光纖配線架上端口信息監(jiān)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(shí)在各端口的紙質(zhì)標(biāo)簽的電子化，即實(shí)現(xiàn)電子標(biāo)簽的功能。避免了傳統(tǒng)紙質(zhì)標(biāo)簽制作麻煩、易損壞、端口查找困難的問題。

（2）實(shí)現(xiàn)光纖配線架遠(yuǎn)程控制開通業(yè)務(wù)。通過指令控制配線架內(nèi)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(biāo)機(jī)器人上的光纖插頭按照規(guī)定軌跡線轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)端口與插頭的對接。并同時(shí)在后臺變更兩者的邏輯關(guān)系及相關(guān)的信息。

（3）實(shí)現(xiàn)低成本高效管理。通過機(jī)器人跳接或轉(zhuǎn)接開通業(yè)務(wù)，降低了使用人工時(shí)及跳接時(shí)的對接工單及錯(cuò)誤，節(jié)約了資源，提高了工作效率。

（4）實(shí)現(xiàn)光纖資源的快速盤點(diǎn)。通過軟件系統(tǒng)支持盤點(diǎn)人員借助電腦端或App對光纖端口資源盤點(diǎn)并生成盤點(diǎn)報(bào)告、信息情況統(tǒng)計(jì)表，提高盤點(diǎn)效率。

（5）按指令通過智能機(jī)器操作手自動實(shí)現(xiàn)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(diǎn)。減少了需技術(shù)人員驅(qū)車前往變電站利用光時(shí)域反射儀判斷光纜故障點(diǎn)的過程，縮短光纜故障的搶修時(shí)長。

（6）按指令通過智能機(jī)器操作手自動實(shí)現(xiàn)在ODF配線架上的光纖物理端口切換，自動實(shí)現(xiàn)故障光路通過備用光纜（或備用纖芯）快速恢復(fù)通信業(yè)務(wù)的正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)光纖配線系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)工作的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。縮短生產(chǎn)實(shí)時(shí)及非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)中斷的時(shí)間，避免因中斷業(yè)務(wù)過長導(dǎo)致發(fā)生電力安全事件。

（7）解決光纖資源的動態(tài)管理，實(shí)時(shí)掌握光纜鏈路的衰減狀態(tài)和連接狀態(tài)。

3 結(jié)束語

應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)光纜健康狀態(tài)監(jiān)測;應(yīng)用自動化機(jī)器手技術(shù)、軟件大數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)對光纜故障預(yù)防的控制;智能機(jī)器手根據(jù)光纖連接器特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的;配合智能算法用于精準(zhǔn)定位纖芯連接器的位置;機(jī)器手內(nèi)部布置有多個(gè)不同類型的傳感器，用于有效抓取光纖連接器，實(shí)現(xiàn)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(jiān)控系統(tǒng)能有效在線監(jiān)控智能機(jī)器手抓起的纖芯連接器及線纜的狀況，通過智能機(jī)器算法，判斷纖芯連接器的形狀、位置和角度，在線調(diào)整機(jī)器手的轉(zhuǎn)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(tǒng)的傳輸性能。

參考文獻(xiàn)

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