NO20120896A1

NO20120896A1 - Styrings- og forsyningsenhet

Info

Publication number: NO20120896A1
Application number: NO20120896A
Authority: NO
Inventors: Daniel Abicht; Reinhard Thies; Joachim Keese; Florian Tegt
Original assignee: Cameron Int Corp
Priority date: 2010-03-18
Filing date: 2012-08-14
Publication date: 2012-08-23
Also published as: US8540016B2; US8863825B2; NO345601B1; WO2011113449A1; GB2492291B; US20130014935A1; GB2492291A; SG183801A1; BR112012023372A2; US20140008054A1; GB201218529D0

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en styrings- og forsyningsenhet for en aktuatoranordning til en struping, en ventil, en utblåsningssikring eller en annen anordning som blir anvendt i forbindelse med produksjon av olje og naturgass. En slik enhet omfatter i det minste en hjelpekraftforsyning, som spesielt er oppladbar, og en forbindelsesanordning som blir anvendt for utveksling av data og/eller for spenningsforsyningsformål. Aktuatoranordningen er normalt inneholdt i et hus, og styrings- og forsyningsenheten kan også være anordnet i dette huset. Det kan imidlertid være en fordel om den aktuelle enheten er atskilt fra aktuatoranordningen. Dette gjør den lettere å komme til, f.eks. for vedlikeholdsformål.

Slike driftsanordninger kan bli utplassert på havbunnen, hvor de også kan være en del av et såkalt tre. Spesielt med elektrisk betjente aktuatoranordninger for slike driftsanordninger er en forbindelsesanordning for tilkobling av en spenningsforsyning nødvendig. Videre blir aktuatoranordningen normalt styrt og overvåket ved hjelp av en respektiv forbindelsesanordning for utveksling av data. Data kan bli utvekslet med en enhet som befinner seg over havoverflaten gjennom en kabelforbindelse. Spenningstilførselen kan også skje gjennom en slik kabelforbindelse, eller, i likhet med utveksling av data, fra en styringsmodul under vann.

Aktuatoranordninger og kraftforsyningsanordninger av den aktuelle typen er beskrevet f.eks. i PCT/EP2007/003307, PCT/EP2007/003308, PCT/EP2007/004793, PCT/EP2003/09696, PCT/EP 2009/008249.

Det er et mål med foreliggende oppfinnelse å forbedre en styrings- og forsyningsenhet av typen angitt i innledningen på en slik måte at forbindelsesanordningen ikke står direkte i kontakt med en respektiv kabelforbindelse, men at en slik forbindelse opprettes på et sted som er lengre vekk fra forbindelsesanordningen med de respektive ovennevnte følsomme komponentene.

Dette målet oppnås av trekkene ifølge krav 1.

Spesielt er forbindelsesanordningen koblet via en kabelforbindelse til en separat pluggkoblingsmodul anordnet på aktuatoranordningen. Denne pluggkoblingsmodulen sørger for direkte tilkobling til denne av en respektiv ekstern kabelforbindelse som anvendes for overføring av elektrisk kraft eller for utveksling av data.

Som følge av det faktum at pluggkoblingsmodulen er atskilt fra resten av styrings-og forsyningsenheten, kan pluggkoblingsmodulen bli plassert på et hensiktsmessig sted der den kan kommes til utenfra på en enklere måte og uten skade på resten av styrings- og forsyningsenheten. I tillegg, som følge av det faktum at pluggkoblingsmodulen er anordnet på aktuatoranordningen, oppnås en oppbygning som er mer stabil enn en oppbygning der den respektive pluggkoblingsmodul er anordnet direkte på styrings- og forsyningsenheten. Avhengig av hvilke krav som skal oppfylles kan pluggkoblingsmodulen bli anbrakt på et passende sted og med en passende orientering.

Kabelforbindelsen blir så anvendt for å koble pluggkoblingsmodulen til forbindelsesanordningen. En respektiv forbindelse til aktuatoranordningen kan bli opprettet på en enkel måte ved hjelp av styrings- og forsyningsenheten. Denne styrings- og forsyningsenheten kan også oppfylle relevante standarder, så som SMS (Subsea Instrumentation Interface Standardisation), disse standardene omhandler spesielt tilkobling av styringssystemer til en respektiv føler på aktuatoranordningen.

Styrings- og forsyningsenheten ifølge foreliggende oppfinnelse har en kompakt strukturell utførelse og oppfyller alle kravene til en anordning, spesielt en undervannsanordning, på havbunnen eller på et tre.

I en enkel utførelsesform av pluggkoblingsmodulen kan nevnte pluggkoblingsmodul omfatte et koblingshus og minst én pluggkoblingsanordning. Koblingshuset tjener til å anordne modulen direkte på aktuatoranordningen.

Via pluggkoblingsanordningen kan en passende kabelforbindelse for tilførsel av elektrisk kraft og for utveksling av data bli tilkoblet. Denne kabelforbindelsen er koblet til resten av styrings- og forsyningsenheten via den ovennevnte ytterligere kabelforbindelsen.

For enkelt å overføre elektrisk kraft eller data fra pluggkoblingsmodulen så vel som fra resten av styrings- og forsyningsenheten til aktuatoranordningen, kan en koblingsanordning for overføring av elektrisk kraft og/eller data innlemmes mellom koblingshuset og aktuatoranordningen.

Ifølge en enkel og fordelaktig utførelsesform kan koblingshuset være festet til yttersiden av huset til aktuatoranordningen, spesielt slik at det er løsbart fra dette. Det er imidlertid også mulig at koblingshuset er løsbart festet til andre deler av aktuatoranordningen eller andre enheter for montering av aktuatoranordningen på havbunnen eller på et tre.

Alt dette tatt i betraktning oppnås en høy variasjonsmulighet i anordningen av pluggkoblingsmodulen i forhold til aktuatoranordningen og resten av styrings- og forsyningsenheten.

Ifølge en enkel utførelsesform kan aktuatoranordningen bli tilført kraft direkte via pluggkoblingsmodulen. Samtidig kan denne pluggkoblingsmodulen også bli anvendt for å forsyne elektrisk kraft til resten av styrings- og forsyningsenheten, og spesielt for å forsyne de respektive elektroniske komponenter eller for å lade den oppladbare hjelpekraftforsyningen.

I denne forbindelse kan pluggkoblingsmodulen bli koblet til en ekstern styremodul også direkte på havbunnen eller til et fjernstyrt kjøretøy. Et slikt fjernstyrt kjøretøy er f.eks. et såkalt fjernbetjent kjøretøy (ROV) eller en autonom undervannsfarkost (AUV), i det følgende kan "ROV" alltid erstattes med "AUV".

Av redundansgrunner er det i tillegg en fordel om aktuatoranordningen er tilknyttet to styrings- og forsyningsenheter og/eller en pluggkoblingsmodul med to pluggkoblingsanordninger.

I forbindelse med en ROV kan det i tillegg være en fordel om pluggkoblingsmodulen er innrettet for tilkobling av en kjøretøy-spenningsforsyningslinje og/eller en kjøretøydatalinje for tilførsel av elektrisk kraft fra og for utveksling av data med ROV-en. På denne måten er det ikke bare mulig å mekanisk lukke eller avbryte forbindelsen mellom styrings- og forsyningsenheten og aktuatoranordningen for eksempel ved hjelp av ROV-en, men tilførselen kan også bevirkes for eksempel av ROV-en, i stedet for styrings- og forsyningsenheten. En slik avbrytelse av forbindelsen mellom styrings- og forsyningsenheten og aktuatoranordningen kan skje f.eks. når styrings- og forsyningsenheten ikke lenger er i stand til å forsyne og styre aktuatoranordningen. I dette tilfellet blir ekstern reserveforsyning og styring av aktuatoranordningen besørget av ROV-en.

Under en slik ekstern forsyning og styring vil det være spesielt fordelaktig om ROV-en selv er utstyrt med passende styrings- og forsyningsfunksjoner, eller tilveiebringer det samme gjennom en ekstern anordning.

I denne forbindelse kan det også anses som fordelaktig om enheten omfatter et enhetshus som er løsbart festet til aktuatoranordningen.

Enhetshuset kan inneholde et flertall anordninger, og i hvert fall kommunikasjonsgrensesnittet, hjelpekraftforsyningen og motorstyringsenheten er anordnet i enhetshuset.

For å oppfylle spesielt nivå 2 i SMS-forskriften, kan feltbussen være en CAN-buss. En slik buss er en standardisert, sanntids feltbuss for seriell dataoverføring. En slik CAN-buss er normalt en totrådsbuss, og kan være realisert med kobberledninger eller ved hjelp av glassfiber.

Generelt er det også mulig å overføre de respektive dataene over spenningsforsyningslinjen. Ifølge foreliggende oppfinnelse foreslås det spesielt at forbindelsene for feltbussen og spenningsforsyningslinjen bør være realisert som separate forbindelser.

For å forenkle den strukturelle oppbygningen til styrings- og forsyningsenheten som helhet kan kommunikasjonsgrensesnittet og spenningsforsyningsforbindelsen være definert av en forsynings- og kommunikasjonsenhet. Sistnevnte kan være anordnet som en separat enhet inne i enhetshuset, og den kan være koblet til de andre enhetene inne i enhetshuset, så som hjelpekraftforsyningen, motorstyringsenheten eller liknende.

For å forenkle den respektive forbindelse mellom forsynings- og kommunikasjonsenheten og de andre enhetene i enhetshuset, kan forsynings- og kommunikasjonsenheten omfatte i hvert fall utganger for å forsyne elektrisk kraft til motorstyringsenheten, hjelpekraftforsyningen og/eller minst én følerenhetfor aktuatoranordningen.

Det er også mulig at forsynings- og kommunikasjonsenheten omfatter forbindelser for kommunikasjon med og/eller styring av hjelpekraftforsyningen, motorstyringsenheten og/eller følerenheten for aktuatoranordningen. De aktuelle bussforbindelsene kan være tilpasset for forskjellige typer busser, så som en CAN-buss, en RS485-buss eller liknende. Dette gjelder på samme måte også for utgangene for å forsyne elektrisk kraft, som kan levere forskjellig spenning avhengig av spenningen nødvendig for den respektive enhet som forsynes.

Videre kan det anses som fordelaktig om forsynings- og kommunikasjonsenheten er forsynt med en jordterminal koblet i hvert fall til hjelpekraftforsyningen og/eller motorstyringsenheten.

I tillegg vil det være fordelaktig om en inert gassatmosfære er dannet i enhetshuset. Denne inerte gassatmosfæren kan f.eks. være en nitrogenatmosfære under et trykk på 1 til 2 eller mer enn 2 bar.

I denne sammenheng kan den aktuelle forbindelsen være en forbindelse til en undervanns styringsmodul for kommunikasjon og/eller spenningstilførsel. Det er imidlertid også mulig å besørge kommunikasjon og spenningstilførsel gjennom separate forbindelseslinjer til forskjellige styringsmoduler eller til andre styringsenheter, spesielt for å styre enheter på havbunnen.

I det følgende vil en fordelaktig utførelsesform av foreliggende oppfinnelse bli forklart mer detaljert med støtte i de vedlagte figurene, der Figur 1 viser en perspektivbetraktning av en aktuatoranordning for en struping med styrings- og forsyningsenheten ifølge foreliggende oppfinnelse, og Figur 2 viser et blokkdiagram av styrings- og forsyningsenheten og av

aktuatoranordningen.

Figur 1 viser en perspektivbetraktning sett fra siden av en aktuatoranordning 2 for en struping 3, som kun er vist i form av en strupeinnsats 22, som en driftsanordning 8. Aktuatoranordningen 2 omfatter i det minste et spindeldrev med en tilknyttet drivenhet, og spesielt også en posisjonsføler, og alle de nevnte komponenter er anordnet inne i et sylindrisk hus. Strupeinnsatsen 22 er aksialt bevegelig ved hjelp av spindeldrevet.

Andre anordninger som blir anvendt i forbindelse med produksjon av olje og naturgass er f.eks. en ventil, en utblåsningssikring eller andre enheter av denne typen. Direkte tilstøtende aktuatoranordningen 2 er en styrings- og forsyningsenhet 1 ifølge foreliggende oppfinnelse anordnet på en underlagsplate 23. Denne styrings- og forsyningsenheten 1 er del av en redundant konstruksjon, slik at en andre styrings- og forsyningsenhet 12 er anordnet direkte tilstøtende nevnte første enhet og koblet parallelt med denne. De respektive styrings- og forsyningsenhetene 1 og 12 har et enhetshus 9. Også dette enhetshuset 9 er sylindrisk.

De respektive enhetshusene 9 er koblet til en pluggkoblingsmodul 20 via en kabelforbindelse 27. Sett i forhold til enhetshusene 9 er denne pluggkoblingsmodulen 20 anordnet på motsatt side av aktuatoranordningen 2. Pluggkoblingsmodulen 20 er løsbart koblet, via et koblingshus 28, til en ytterside av et respektivt hus 30 til aktuatoranordningen 2. To pluggkoblingsanordninger 29 og 31 er anordnet på en overside av koblingshuset 28. Tilsvarende som de to enhetshusene 9, er disse pluggkoblingsanordningene en redundant konstruksjon, i det hver av disse pluggkoblingsanordningene er koblet til et respektivt enhetshus 9 via kabelforbindelsen 27.

Pluggkoblingsmodulen 20 forsynt med pluggkoblingsanordningene 29 og 31 tjener, for det første, til tilkobling til styringsmodulen 21, som er angitt av en stiplet linje i figur 1 og som også er anordnet under havoverflaten, og spesielt på havbunnen.

For det andre tjener pluggkoblingsanordningene til tilkobling til et fjernstyrt kjøretøy, så som et fjernbetjent kjøretøy (ROV). Dette fjernbetjente kjøretøyet kan bli anvendt ikke bare for å transportere hele enheten vist i figur 1 og for å frakte enheten til eller fjerne den fra dets brukssted, men også for å bistå styringen av og tilførselen til aktuatoranordningen av styrings- og forsyningsenheten. Dette vil spesielt skje i tilfeller der den respektive styrings- og forsyningsenhet ikke lenger fungerer korrekt. For dette formål kan ROV-en være forsynt med spesialenheter, jfr. f.eks. forsynings- og kommunikasjonsenheten 14 og hjelpekraftforsyningen 4 eller motorstyringsenheten 13. På denne måten kan funksjonen til styrings- og forsyningsenheten 1 erstattes av en ROV 32.

Den respektive styringen og tilførselen som besørges av ROV-en svarer i denne forbindelse til styringen og forsyningen gjennom styrings- og forsyningsenheten, som vil bli beskrevet i det følgende under henvisning f.eks. til figur 2.

En respektiv elektrisk forbindelse mellom pluggkoblingsmodulen 20 og aktuatoranordningen 2 blir opprettet via en forbindelsesanordning 24 mellom koblingshuset 28 og huset 30 til aktuatoranordningen 2. Også styringen og forsyningen av aktuatoranordningen 2, som besørges av de respektive styrings-og forsyningsenhetene 1 og 12, skjer via denne forbindelsesanordningen 24.

Den stiplede linjen i figur 1 representerer en forbindelse til en styremodul 21, som også er anordnet under havoverflaten, og spesielt på havbunnen.

Hele enheten vist i figur 1 kan bli transportert f.eks. av en ROV, og den kan bli fraktet til og fjernet fra sitt brukssted.

Figur 2 viser et blokkdiagram av enheten i figur 1. Forskjellige enheter er anordnet inne i det respektive enhetshuset 9 til styrings- og forsyningsenhetene 1 og 12. En første enhet er en forsynings- og kommunikasjonsenhet 14. Denne forsynings- og kommunikasjonsenheten 14 omfatter de respektive terminalene og forbindelsesanordningen 5 tilkoblet via kabelforbindelsen 27 i figur 1.

Forbindelsesanordningen 5 omfatter et kommunikasjonsgrensesnitt 6 og en spenningsforsyningskobling 7. En kabelforbindelse 27, som er koblet til spenningsforsyningskoblingen 7, er vist ved nevnte spenningsforsyningskobling. Denne kabelforbindelsen 27 strekker seg, igjen jfr. figur 1, f.eks. opp til pluggkoblingsmodulen 20.

Kommunikasjonsgrensesnittet 6 er realisert som et feltbussgrensesnitt og blir spesielt anvendt for tilkobling av en CAN-buss.

Spenningsforsyningskoblingen 7 er f.eks. en likespenningsforbindelse for en bestemt effekt, for eksempel 48W, og for en bestemt elektrisk spenning eller et område av elektrisk spenning, for eksempel 20-27 VDC eller liknende.

Forsynings- og kommunikasjonsenheten 14 er utstyrt med ytterligere koblinger inne i enhetshuset. Disse koblingene er f.eks. to terminaler 15, 16 for å tilføre elektrisk kraft til en hjelpekraftforsyning 4 og en følerenhet 25 for aktuatoranordningen 2. Følerenheten 25 kan også omfatte forskjellige følere, f.eks. for posisjonsbestemmelse, temperaturmåling eller liknende.

Forsynings- og kommunikasjonsenheten 14 er også utstyrt med bussforbindelser 17 og 18 gjennom hvilke data blir kommunisert med hjelpekraftforsyningen 4 eller følerenheten 25. Bussforbindelsen 17 er f.eks. en RS485-bussforbindelse og bussforbindelsen 18 er en CAN-bussforbindelse.

Ved hjelp av bussforbindelsen 18 og hjelpekraftforsyningen 4 er det også mulig å styre den respektive motorstyringsenhet 13. Denne motorstyringsenheten 13 er koblet til respektive motorer, som kun er vist skjematisk i figur 2 og som er angitt med henvisningstall 26.

De respektive terminalene 15 og 16 som blir anvendt for å tilføre elektrisk kraft kan levere forskjellige effekter og spenninger. Videre kan hjelpekraftforsyningen 4 være koblet til forsyningsterminalen 16 i forsynings- og kommunikasjonsenheten 14 for opplading og den kan også være koblet til terminalen 15, som også er tilknyttet følerenheten 25.

Endelig er forsynings- og kommunikasjonsenheten 14 også utstyrt med en jordterminal 19, som er koblet til både hjelpekraftforsyningen 4 og motorstyringsenheten 13.

Inne i enhetshuset 9 kan det være en inert gassatmosfære, f.eks. en tørr nitrogenatmosfære med et trykk på 1 til 2 eller mer enn 2 bar.

Styrings- og forsyningsenheten ifølge foreliggende oppfinnelse tjener til å forsyne aktuatoranordningen med både data og elektrisk kraft. De respektive terminalene kan være standardisert slik at de oppfyller spesielt kravene angitt i SMS. Ved hjelp av styrings- og forsyningsenheten kan aktuatoranordningen betjenes og styres på en enkel måte. Styrings- og forsyningsenheten omfatter alle enhetene som er nødvendig for å styre aktuatoranordningen og for å tilføre elektrisk kraft til denne. Hjelpekraftforsyningen er oppladbar og blir spesielt anvendt for å kompensere for utfall av eller svikt i kraftforsyningen. Tilstrekkelig kraft blir forsynt for tomgangstilstanden til de respektive motorene i aktuatoranordningen, og for å betjene motorene når de er i drift.

Styrings- og forsyningsenheten 1 er anordnet sammen med aktuatoranordningen 2 og kan enkelt bli transportert sammen med denne, dvs. at hele enheten vist i figur 1 kan bli transportert f.eks. av en ROV og trukket opp for vedlikehold eller reparasjon.

Et særtrekk ved styrings- og forsyningsenheten ifølge foreliggende oppfinnelse er at styrings- og forsyningsenheten er atskilt fra pluggkoblingsmodulen 20, i det pluggkoblingsmodulen 20 er direkte tilknyttet aktuatoranordningen 2. Styrings- og forsyningsenheten er koblet til pluggkoblingsmodulen via en kabelforbindelse, som er tilpasset for å kobles til den eksterne styremodulen 21, jfr. figur 1, og til ROV-en. Denne ROV-en tjener til å lukke forbindelsen og styre med eller gjennom styrings-og forsyningsenheten og erstatter sistnevnte, slik at tilførselen av elektrisk kraft til aktuatoranordningen 2 kan videreføres direkte av ROV-en og slik at aktuatoranordningen 2 styres og overvåkes gjennom en passende utveksling av data med ROV-en.

Claims

1. Styrings- og forsyningsenhet (1) for en aktuatoranordning (2) til en struping (3), en ventil, en utblåsningssikring eller en annen anordning som blir anvendt i forbindelse med produksjon av olje og naturgass, der nevnte enhet (1) omfatter i hvert fall en hjelpekraftforsyning (4), som spesielt er oppladbar, og en forbindelsesanordning (5) som blir anvendt for utveksling av data og/eller for spenningsforsyningsformål, og nevnte enhet (1 ) er innlemmet separat fra aktuatoranordningen (2), karakterisert vedat forbindelsesanordningen (5) er koblet via en kabelforbindelse (27) til en separat pluggkoblingsmodul (20) anordnet på aktuatoranordningen (2).

2. Styrings- og forsyningsenhet ifølge krav 1 , karakterisert vedat pluggkoblingsmodulen (20) omfatter et koblingshus (28) og minst én pluggkoblingsanordning (29, 31).

3. Styrings- og forsyningsenhet ifølge krav 1 eller 2, karakterisert vedat en forbindelsesanordning (24) for overføring av elektrisk kraft og/eller data er anordnet mellom koblingshuset (28) og aktuatoranordningen (2).

4. Styrings- og forsyningsenhet ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat koblingshuset (28) er festet på yttersiden av huset (30) til aktuatoranordningen (2), spesielt slik at det er løsbart fra dette.

5. Styrings- og forsyningsenhet ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat aktuatoranordningen (2) blir tilført kraft direkte via pluggkoblingsmodulen (20).

6. Styrings- og forsyningsenhet ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat pluggkoblingsmodulen (20) er innrettet for å kobles til en ekstern styremodul (21).

7. Styrings- og forsyningsenhet ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat pluggkoblingsmodulen (20) er innrettet for å kobles til et fjernstyrbart kjøretøy (32).

8. Styrings- og forsyningsenhet ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat enheten (1) omfatter et enhetshus (9) og at nevnte enhetshus (9) spesielt har anordnet deri i det minste et kommunikasjonsgrensesnitt (6), hjelpekraftforsyningen (4) og en motorstyringsenhet (13).

9. Styrings- og forsyningsenhet ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat feltbussen (10) er en CAN-buss og/eller at terminalene for feltbussen (10) og spenningstilførselen er innlemmet separat.

10. Styrings- og forsyningsenhet ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat kommunikasjonsgrensesnittet (6) og spenningsforsyningsforbindelsen (7) er dannet på en forsynings- og kommunikasjonsenhet (14).

11. Styrings- og forsyningsenhet ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat forsynings- og kommunikasjonsenheten (14) omfatter i hvert fall forbindelser for å tilføre elektrisk kraft til motorstyringsenheten (13), hjelpekraftforsyningen (4) og/eller i det minste en følerenhet i aktuatoranordningen (2).

12. Styrings- og forsyningsenhet ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat forsynings- og kommunikasjonsenheten (14) omfatter bussforbindelser (17, 18) for kommunikasjon med og/eller styring av hjelpekraftforsyningen (4), motorstyringsenheten (13) og/eller følerenheten i aktuatoranordningen (2).

13. Styrings- og forsyningsenhet ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat forsynings- og kommunikasjonsenheten (14) er utstyrt med en jordterminal (19) koblet i hvert fall til hjelpekraftforsyningen (4) og/eller motorstyringsenheten (13).

14. Styrings- og forsyningsenhet ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat enheten (1) er innrettet for å kobles til en undervanns styremodul (21) for kommunikasjon og/eller spenningstilførsel.

15. Styrings- og forsyningsenhet ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat aktuatoranordningen (2) er tilknyttet, av redundansgrunner, to enheter (1, 12) og/eller en pluggkoblingsmodul (20) med to pluggkoblingsanordninger (29, 31).

16. Styrings- og forsyningsenhet ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat pluggkoblingsmodulen (20) er innrettet for tilkobling av en kjøretøy-spenningsforsyningslinje og/eller en kjøretøydatalinje for tilførsel av elektrisk kraft av og for utveksling av data med det fjernstyrte kjøretøyet.