NO338821B1 - Rutingsanlegg for en undersjøisk elektronisk modul - Google Patents

Description

RUTINGS ANLEGG FOR EN UNDERSJØISK ELEKTRONISK MODUL

Oppfinnelsen vedrører et rutingsanlegg for en undersjøisk elektronisk modul

(SEM).

Undersjøiske elektroniske moduler brukes fordelaktig i undersjøiske styreenheter (SCU), eksempelvis brønnhodestyreenheter (WCU), for undersøkelse og utnyttelse av gass- og oljefelt som befinner seg under havbunnen. Gass- og oljefelt som under-søkes eller utnyttes ved hjelp av elektronisk kommunikasjon til brønnhodene eller til andre undersjøiske styreenheter blir noen ganger benevnt "elektroniske felt" (e-felt).

Vanligvis er flere undersjøiske styreenheter og flere sensorer plassert i nærheten av et respektivt gass- eller oljefelt og er forbundet med et kontrollsted på overflaten.

For slike forbindelser brukes undersjøisk kommunikasjon. Eksempelvis blir prosessdata overført mellom kontrollstedet på overflaten og de undersjøiske styreenhetene. For å unngå individuelle kommunikasjons- og strømledninger for hver enkelt under-sjøisk styreenhet, er de undersjøiske styreenhetene anordnet i en nettverkstopologi på havbunnen. Et nettverkselement er forsynt med et modem for undersjøisk kommunikasjon med kontrollstedet på overflaten. Prosessdata rutes i nettverket frem til den respektive mottakeren, eksempelvis enten overflatekontrollstedet eller en bestemt undersjøisk elektronisk modul. Vanligvis brukes en differensialseriebus for nettverket.

Det er kjent ulike metoder for undersjøisk kommunikasjon. På den ene siden har man elektriske eller optiske ledningsforbindelser og på den annen side har man tråd-løse forbindelser. Ledningsforbindelsene kan deles i en første gruppe som innbefatter kommunikasjonsledninger for elektrisk eller optisk forbindelse atskilt fra elektriske strømledninger, mens en andre gruppe bruker strømledninger for elektronisk kommunikasjon. I sistnevnte tilfelle er det en fordel at det ikke er nødvendig med egne kommunikasjonsledninger.

Kjente undersjøiske styreenheter, slik som i «The Nemo Floor Control Module», publisert 4. juni 2005, krever et rutingskort for hvert nettverks/buselement som skal knyttes direkte til enhetene. Dersom flere undersjøiske slavestyreenheter skal forbindes med en undersjøisk masterstyreenhet som har et modem, må det samme antallet rutingskort installeres i den undersjøiske masterstyreenheten. Disse rutingskortene er plasskrevende og energikrevende. I den kjente teknikken krever nettverk av undersjøiske slavestyreenheter som er forbundne ved hjelp av undervannskabler en fast kommunikasjonsbitrate. I tillegg vil påliteligheten til de kjente nettverkene være begrenset fordi dersom en kommunikasjonsledning mellom to undersjøiske slavestyreenheter brytes, så har man ikke lenger kommunikasjon mellom dem.

Det er en hensikt med oppfinnelsen å angi et rutingsanlegg for en undersjøisk elektronisk modul, med hvilket anlegg man kan spare inn på plass og energi i den undersjøiske elektroniske modulen og som muliggjør bruk av en fremgangsmåte for forbindelse av to undersjøiske elektroniske slavemoduler med større pålitelighet.

Denne hensikten oppnås med et rutingsanlegg som angitt i krav 1 og med en undersjøisk elektronikkenhet som angitt i krav 14.

Fordelaktige utførelser av oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige kravene.

Ifølge det som er beskrevet, innbefatter et rutingsanlegg for en undersjøisk elektronisk modul en mikrokontroller, en feltprogrammerbar gitteranordning og minst to ruter-ressurser i et enkelt kretskort hvor hver ruterressurs innbefatter en respektiv lokal transceiver (sender/mottaker) for en differensialseriebus og en respektiv fjern transceiver for differensialseriebusen, idet hver transceiver er forbundet med den korresponderende fjerntransceiveren og med den nevnte feltprogrammerbare port-matrisen som kan rute datapakker mellom de nevnte ruterressursene. Dersom et slik rutingsanlegg brukes i en undersjøisk elektronisk modul, vil energiforbruket så vel som den nødvendige plassen bli betydelig redusert sammenlignet med de tidligere kjente multiple ruterkortene.

Særlig kan de nevnte transceiverne være halvdupleks transceivere for realisering av en PROFIBUS DP differensialseriebus. Alternativt kan differensialseriebusen være en CAN-bus.

Det er bygget en prototyp av et rutingsanlegg som innbefatter fortrinnsvis nøyaktig fire av de nevnte ruterressursene. I en slik utførelse er det bare nødvendig med ett ruterkort i stedet for fire konvensjonelle kort. Derfor kan den undersjøiske elektronikkmodulen gis en meget kompakt utforming.

En stor feiltoleranse i det undersjøiske nettverket kan oppnås med en utførelse hvor hver av de nevnte fjerntransceiverne er galvanisk isolerte mot den korresponderende lokale transceiveren. Feil og defekter som skyldes spenningstopper eller kortslutninger i en sjøvannskabel kan unngås med en slik utførelse.

Feiltoleransen kan økes ytterligere med en utførelse hvor de nevnte fjerntransceiverne flyter og hvor de nevnte lokale transceiverne er relatert til en lokal elektrisk jording. Feil som skyldes potensialforskjeller kan derved unngås.

I en annen utførelse innbefatter hver av de nevnte fjerntransceiverne aktive bus-termineringsanordninger og belastningsanordninger. Dette øker feiltoleransen fordi det resterende busnettverket kan holdes i drift selv om en sjøvannskabel brytes, eksempelvis dersom den kuttes som følge av et uhell.

Fordelaktig er hver av fjerntransceiverne tilknyttet en respektiv likestrøm/likestrøm-omformer. På denne måten kan den spenningen som er nødvendig for driften av en tilknyttet slave bibeholdes separat for hver enkelt sjøvannsforbindelse. Dette øker feiltoleransen.

I en mer avansert utførelse kan hver av de nevnte likestrøm/likestrømomformerne utkobles hver for seg. Dette muliggjør redusert energiforbruk fordi man kan koble ut omformere for ruterressurser som ikke er tilknyttet noen buselementer, det vil som ikke er i bruk.

Fordelaktig kan de lokale transceiverne være parallellkoblet. På den måten kan ruterressursene helt enkelt virke som et navnett for busdataene.

Fordelaktig kan mikrokontrolleren og den feltprogrammerbare gitteranordningen forbindes med en hovedstyreenhet i den undersjøiske elektroniske modulen via en styrehus. Dette muliggjør rask datautveksling mellom hovedstyreenheten og rutingsanlegget, særlig for kommunisering av datapakker til et modem som drives av hovedstyreenheten.

I en annen utførelse kan styrebusen forbindes med hovedstyreenheten ved hjelp av en plugg-og-fatning-forbindelse. På den måten kan kretskortet lett byttes ut i tilfelle av en feil eller i forbindelse med en maskinvareoppdatering. Særlig kan kretskortet være utformet som et stablebart kort som foreslått i PC104-standarden, hvorved man kan oppnå ytterligere redusering av plassbehovet.

Plassbehovet kan reduseres enda mer i en utførelse hvor det nevnte enkle kretskortet innbefatter minst ett inngangs/utgangs (I/O) -grensesnitt for digitale og/eller analoge prosessverdier. I en slik utførelse kan man utelate ekstra inngangs/utgangs-kort og derved kan man ytterligere redusere plassbehovet og energiforbruket i en undersjøisk elektronisk modul. Her skal uttrykket "inngangs/utgangsgrensesnitt" innbefatte både ensrettede og dobbeltrettede grensesnitt, det vil si både rene inngangsgrensesnitt, rene utgangsgrensesnitt og kombinerte inngangs/utgangsgrensesnitt.

Fordelaktig leverer ruterressursene en varierbar transmisjonsbitrate. Kommunikasjonshastigheten i differensialbusen kan derved innstilles for oppnåelse av en kommunikasjonshastighet for eksempelvis en forbindelse med kontrollstedet på overflaten. En slik forbindelse kan eksempelvis være en strømledning. Særlig gjelder at bitraten i differensialbusen kan innstilles for full utnyttelse av den virkelige maksimale kommunikasjonshastigheten i overflateforbindelsen. I utførelser hvor mikrokontrolleren og den feltprogrammerbare gitteranordningen kan forbindes med en hovedstyreenhet i den undersjøiske elektroniske modulen via styrebusen, kan bitraten for enhver tilknyttet fjern slaveinnretning innstilles via rutingsanlegget. Hver rutingskanal er transparent med hensyn til den bitraten for dataene som går gjennom den.

Fordelaktig, i spesielle utførelser av en strømlinjekommunikasjon med overflaten, kan den feltprogrammerbare gitteranordningen tilveiebringe en transparent bitrate som har en konstant forsinkelse. Dette muliggjør at overflatekontrollstedet kan bruke den maksimalt mulige transmisjonsbitraten og fritt kan innstille differensialbusbit-raten i overflatekontrollenheten.

Oppfinnelsen relaterer selvfølgelig også til en undersjøisk elektronisk modul for en undersjøisk styreenhet, hvilken undersjøiske elektroniske modul innbefatter et rutingsanlegg ifølge oppfinnelsen.

I en foretrukket utførelse av en slik undersjøisk elektronisk modul, er en elektronisk slaveenhet forbundet med to av ruterressursene parallelt med to parallelle differensialbusforbindelser. Den tilsvarende fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen foreslår å forbinde en første differensialseriebusledning med en første fjerntransceiver i den første undersjøiske elektroniske modulen og med en første fjerntransceiver i den andre undersjøiske elektroniske modulen og å forbinde en andre differensialseriebusledning med en andre fjerntransceiver i den første undersjøiske elektroniske modulen og med en andre fjerntransceiver i den andre undersjøiske elektroniske modulen. Denne utførelsen og denne fremgangsmåten gir redundans for forbindelsen mellom den undersjøiske elektroniske enheten og den elektroniske slaveenheten. Eksempelvis, dersom en sjøvannskabelforbindelse er brutt, for eksempel som følge av en fallende gjenstand, så vil den andre fremdeles gi en forbindelse.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere under henvisning til tegningene.

Figur 1 viser et blokkskjema for den første siden av et rutingsanleggskretskort. Figur 2 viser et blokkskjema for den første siden av et alternativt rutingsanleggskretskort.

Figur 3 viser et blokkskjema for en ruterressurs.

Figur 4 viser det fleksible arrangementet av ulike termineringer (avslutninger) med

lednings-kontaktpunkter i hver ruterressurs.

Figur 5 viser et skjematisk sideriss av rutingsanleggskretskortet i figur 1.

Figur 6 viser et blokkskjema for baksiden av rutingsanleggskretskortet i figur 1. Figur 7 viser et blokkskjema for to redundant forbundne undersjøiske styreenheter. Figur 8 viser skjematisk en redundant nettverkstopologi for undersjøiske styreenheter.

1 samtlige figurer er tilsvarende deler gitt samme henvisningstall.

Den rutingsanlegget 1 som er vist i et frontriss i figur 1, er et enkelt trykt kretskort 2 som innbefatter en mikrokontroller 3, en feltprogrammerbar gitteranordning 4 og fire ruterressurser 5 samt en dobbelt D-sub plugg-og-fatningskonnektor 6. Plugg-og-fatningskonnektoren 6 går gjennom kretskortet 2, har en 104-pinplugg på den ene siden av kretskortet 2 og en tilsvarende fatning på den andre siden. Eksempelvis kan det dreie seg om en stablebar buskonnektor i samsvar med PCI04-standarden. Dette muliggjør en stakking av rutingsanleggskort 1 med andre kort som har samme konnektortype. En slik kortstakk krever minimal plass i en undersjøisk elektronisk modul 7 i en undersjøisk styreenhet (ikke vist).

Kretskortet 2 har et format i samsvar med eksempelvis PC104-standarden. Via plugg-og-fatningskonnektoren 6 kan det forbindes med styrebusen 8 i en under-sjøisk elektronisk modul (ikke vist), særlig med en hovedstyreenhet (ikke vist) i en slik modul. Styrebusen 8 er en 8-bits industristandardarkitektur (ISA) -bus i det valgte eksempelet. Alternativt kan det dreie seg om en bredere ISA-bus, en PCI-bus eller eksempelvis en IEEE 1394-bus. Rutingsanlegget 1 kan også brukes separat, uten en stakk. Den kan da alternativt forbindes med en undersjøisk elektronisk modul 7 via en bus i samsvar med I<2>C-standarden. Rutingsanlegget 1, særlig mikrokontrolleren 3, kan også forbindes med en undersjøisk elektronisk modul via et RS-232 seriegrensesnitt (ikke vist) for vedlikeholdstilgang. Rutingsanleggskortet, det vil si kretskortet 2, kan også brukes alene uten en PC104-stakk. Dersom det ianordningertid forefinnes en PC104-forbindelse, så kan rutingsanlegget 1 få strøm via denne. Det vil være mulig å bruke andre strømkilder, særlig når rutingsanlegget 1 brukes alene.

Hver ruterressurs 5 innbefatter en halvdupleks lokal transceiver 9 for en differensialseriebus og en halvdupleks fjern transceiver 10 for differensialseriebusen. Differensialseriebusen er en RS-485 PROFIBUS DP i det viste eksempelet. Alternativt kan det eksempelvis være en CAN-bus. Det vil også kunne være mulig å bruke fullduplekstranceivere 9, 10. Den undersjøiske elektroniske enheten 7 kan ha en slave av differensialseriebusen forbundet med en master på overflaten og kan også tilveiebringe en eller flere individuelle differensialseriebusmastere som har separate slaver tilknyttet til deres ruterressurser 5.

Fjerntransceiverne 10 er galvanisk isolerte mot de andre delene i rutingsanlegget 1, særlig mot de lokale transceiverne 9. De er forsynt med aktive busterminerings-anordninger (ikke vist i denne figuren) og belastningsanordninger (ikke vist i denne figuren). Hver fjerntransceiver 10 er forbundet med ulike pinner i en enkelt 44-pinplugg 11 som muliggjør alle eksterne forbindelser. Særlig kan eksterne buselementer for differensialseriebusen forbindes via de ulike pinnene i pluggen 11. Pluggen 11 kan også brukes for en RS-232-forbindelse med en serieport i en ekstern PC, særlig når rutingsanlegget 1 benyttes alene.

De lokale transceiverne 9 er forbundne med separate busporter i den felt-programmerbare gitteranordningen 4. Hver fjerntransceiver 9 er forbundet med en respektiv likestrøm/likestrømomformer (ikke vist i denne figuren) som kan kobles ut individuelt med den feltprogrammerbare gitteranordningen 4. Vanligvis vil en likestrøm/likestrømomformer bare brukes dersom et fjernt buselement er forbundet med den korresponderende ruterressurs en 5 for å spare strøm.

Mulige buselementer som kan forbindes med pinnene i pluggen 11 er eksempelvis andre undersjøiske styreenheter, det vil si deres elektroniske moduler 7 eller sensorer (ikke vist i denne figuren) som kan levere sine prosessdata via differensialseriebusen. Slike sensorer blir fortrinnsvis plassert utenfor den undersjøiske styre-enheten, eksempelvis i brønntrær eller på rørledninger. Sensorene kan være sjø-vannssensorer, trykksensorer eller eksempelvis temperatursensorer. Disse sensorene overvåker olje/gass/vannproduksjonen.

Mikrokontrolleren 3 og den feltprogrammerbare gitteranordningen 4 er direkte forbundet med styrebusen 8 og er dermed eksempelvis tilgjengelige fra hovedstyreenheten i den undersjøiske elektroniske modulen 7 hvor rutingsanleggskortet er plugget inn ved hjelp av plugg-og-fatningskonnektoren 6. Mikrokontrolleren 3 tjener til innsetting av PC104-adressen i et register i den feltprogrammerbare gitteranordningen 4 og eksempelvis for å muliggjøre PC 104-adgang til den feltprogrammerbare port-matrisen 4. I tillegg tjener den til lesing og skriving av alle registrene i gitteranordningen 4 og for lagring av på forhånd bestemte statustilstander. Dette muliggjør at man kan gå til en på forhånd bestemt status når strømmen kobles på.

Den feltprogrammerbare gitteranordningen 4 har en maskinvareimplementering av all logikk for dekoding av PC104-grensesnittet. Den inneholder de fysiske registrene for ordrene og responsene. Ruterlogikken er fullstendig implementert i den felt-programmerbare gitteranordningen 4. Det finnes fire slike logikkinstanser i den felt-programmerbare gitteranordningen 4 og hver av disse svarer til en av ruterressursene 5 og de styres med bits i ordreregistrene. Fire bits i et ruterkontrollregister i den felt-programmerbare gitteranordningen 4 kan koble inn/koble ut ruterressursene 5. Dersom en av bitsene er null, så vil den tilsvarende ruterressursen 5 ikke føre videre data fra noen retninger. Dersom den feltprogrammerbare gitteranordningen 4 oppdager en maskinvarefeil i differensialseriebusen, så vil den automatisk stenge den relevante ruterressursen 5. En datapakke som ankommer ved den feltprogrammerbare gitteranordningen 4, enten via styrebusen 8, det vil si fra hovedstyreenheten i den undersjøiske elektroniske modulen eller fra en av ruterressursene 5, det vil si fra en ekstern kilde, rutes av den feltprogrammerbare gitteranordningen 4 til den respektive busdestinasjonen som angitt i datapakkehodet. For transmisjon via styrebusen 8, blir differensialseriebusdata-pakker lagt inn i styrehus 8 -pakker. Den feltprogrammerbare gitteranordningen er ansvarlig for innpakking/utpakking av respektive datapakker som rutes til eller fra styrebusen 8. Da ruterressursene 5 er forbundet med individuelle porter i den felt-programmerbare gitteranordningen 4, vil rutingsanlegget 1 arbeide som en switch, hvilket medfører minimale buskollisjoner.

Samtlige ruterressurser 5 kan arbeide med varierbare bitrater på fra 9600 bit/s og opp til 10 Mbit/s. Den feltprogrammerbare gitteranordningen 4 gir en transparent bitrate med en liten forsinkelse. Den vil lytte for trafikk i begge ender. Den siden som detekterer trafikk først, blir forbundet med den andre siden. Fordi hver transceiver 9, 10 trenger to mikrosekunder for avstenging av sin mottaker og omkobling til transmitteren, forsinker den feltprogrammerbare gitteranordningen 4 datapakkebit-strømmen med to mikrosekunder ved hjelp av et skifteregister (ikke vist).

De enkelte ruterressursene 5 kan betjene ulike nettverksslaveavsnitt med samme eller ulike kommunikasjonshastigheter, det vil si bitrater. I et PROFIBUS DP-nettverk vil DP-masteren alltid bestemme kommunikasjonshastigheten for samtlige DP-slaver som er forbundet med denne DP-masteren. Hovedkommunikasjons-kanalen er med en DP-master som er lokalisert på overflaten (topside). Denne DP-masteren på overflaten styrer DP-hastigheten og DP-protokollbusparameterne som fordeles til alle tilkoblede undersjøiske DP-slaver i en DP-master oppstartssekvens.

Den maksimale differensialseriebusbitraten bestemmes av de ulike kabel-karakteristikkene og av lengden til de ulike kablene i hvert differensialseriebusnettverk. Den valgte bitraten innstilles manuelt av en ekspert ved oppstilling av en masterbuskonfigurasjon. Masterrestarten aktiveres og de tilkoblede slavene, herunder ruterkanalene, vil respondere i samsvar med DP-masterens nye kommunikasjonshastighet. Dersom det er vanskelig for en ekspert å bestemme kommunikasjonshastigheten, så kan masteren utformes med en økt busbitrate etter-fulgt av en reinnstilling av en ny forbindelse. På denne måten vil det være mulig å finne den høyest mulige bitraten for hvert differensialseriebusnettverk. Denne prosedyren brukes i en planlagt kommisjoneringsaktivitet før en fullstendig system-start.

I noen utførelser med strømledningskommunikasjon via strømledningsmodem, kan et strømledningsmodem gi en utlesing av den maksimalt mulige bitraten via et diagnosegrensesnitt etter at modeminitialiseringen er foretatt. Eksperten kan bruke denne informasjonen for innstilling av den høyest mulige differensialseriebusbitraten i masterbuskonfigurasjonen som settes opp.

Med rutingsanlegget 1 vil det være mulig å erstatte fire konvensjonelle ruterkort. Derfor reduseres ikke bare energiforbruket, men også plassbehovet til tilnærmet en fjerdedel av den man finner i tidligere kjent teknikk. Kommunikasjonsbitraten er varierbar, hvilket muliggjør oppnåelse av en maksimal busdatatransmisjonshastighet for hver enkelt undersjøisk installasjon, avhengig av omgivelsessituasjonen. Som følge av bustermineringen, belastningen og den galvaniske isolasjonen, vil rutingsanlegget 1 være ufølsom med hensyn til eksterne forstyrrelser så som brutte sjøvannskabler eller eksterne kortslutninger.

Rutingsanlegget 1 i figur 2 er som den i figur 1, med unntak av hvordan ruterressursene 5 er forbundne med den feltprogrammerbare gitteranordningen 4. Samtlige lokale transceivere 9 er parallellkoblet med den feltprogrammerbare gitteranordningen 4. Derfor vil rutingsanlegget 1 virke som et nav hva angår ruterressursene 5. Dette betyr at alle innkommende datapakker blir fordelt til samtlige ruterressurser 5. Ianordningertid blir ikke alle datapakker som kommer fra ruterressursene 5 rutet til styre-busen 8. Bare datapakker som har en destinasjon i styrebusen 8 eller bak denne, eksempelvis kontrollstedet på overflaten, rutes til styrebusen 8.

Figur 3 viser en av ruterressursene 5 i form av et blokkskjema. Den lokale transceiveren 9 er plassert på den høyre siden og er forbundet med den felt-programmerbare gitteranordningen 4. Fjerntransceiveren 10 er plassert på den venstre siden. Tre optokoblere 12 gir galvanisk isolasjon for fjerntransceiveren 10. Strømmen til fjerntransceiveren 10 tilføres fra en likestrøm/likestrømomformer 13. Den lokale transceiveren 9 er forbundet med jord i den undersjøiske elektroniske modulen 7. Transceiverne 9, 10 er utformet for en maksimal bitrate på 10 Mbit/s. Optokoblerne 12 er utformet for en maksimal bitrate på 25 Mbit/s.

Hver ruterressurs 5 har en feildetektor (ikke vist) som overvåker det innkommende spenningsnivået både på den lokale siden og på den fjerntliggende siden. Dersom spenningene i de to ledningene på en side atskiller seg mer enn en på forhånd bestemt forskjell for flere enn 10 bits ved den laveste bitraten på 9600 bit/s, så kobles den respektive ruterressursen 5 ut. En av åtte statusbits i et ruterstatus-register i den feltprogrammerbare gitteranordningen er innstilt for å indikere hvilken ruterressurs 5 og på hvilken side (lokal/fjern) problemet er lokalisert. Ved å skrive et "1" inn i en statusbit som indikerer en feil, blir feilen fjernet og den tilsvarende feildetektoren blir reaktivert.

En respektiv styrebit i ruterkontrollregisteret i den feltprogrammerbare gitteranordningen 4 korresponderer med hver likestrøm/likestrømomformer 13. Dersom en bit er null, så kobles den tilsvarende likestrøm/likestrømomformeren 13 ut, hvis ikke blir den tatt i bruk. Man kan derfor spare strøm ved bare å bruke de likestrøm/likestrøm-omformerne 13 som i virkeligheten er tilknyttet et annet buselement.

Etter at rutingsanlegget 1 er strømtilført eller reinnstilt, vil differensialseriebusmasteren begynne sin initialisering og vil overføre bushastigheten og bus-parameterne til samtlige busslaver i dette nettverket via de relevante ruterkanalene. Mikrokontrolleren 3 kan detektere den maksimale kommunikasjonsbitraten i differensialseriebusen.

Strøm-på-konfigurasjonen av rutingsanlegget 1 blir uavhengig styrt for hver ruter-kanal, det vil si ruterressurs 5. En feilaktig starttilstand er en hvor likestrøm/like-strømomformerne 13 er innkoblet mens ruterressursene 5 er ute. Det er viktig å muliggjøre at differensialseriebusmasteren kan nå de ulike seriebusslavene når systemet er aktivt (strømmen er på). Ruterressursene 5 vil helt enkelt tilpasse seg kommunikasjonshastigheten som bestemt av differensialseriebusmasteren og ruterressursene 5 vil forsikre at hastighetstilpasningen er foretatt. Hver differensialserie-busslave vil motta differensialseriebusbitraten som bestemt av differensialseriebusmasteren som en første del av startsekvensen for forbindelsen eller linken. Differensialseriebusmasteren er forhåndskonfigurert med differensialseriebusslave-adressene for samtlige differensialseriebusslaver i denne differensialseriebusen. Figur 4 viser kontaktpunkter Pxi (x = 1, 2; i = 1, 2, 3) i begge ledningene Sl, S2 i differensialbusen foran en fjerntransceiver 10. Samtlige lokale og fjerne transceivere 9, 10 har lignende punkter foran seg, anordnet i samme mønster. Dette muliggjør en konfigurering av den elektriske oppførselen til de respektive transceiverne 9, 10 ved hjelp av egnet ledningsforbindelse med kontaktpunktene. I stedet for ledninger kan det brukes rangering dersom kontaktpunktene er forsynt med egnede pinner. Uten ledninger mellom punktene vil det ikke foreligge noen terminering og/eller ingen belastning (eng. bias). Ledningsforbindelse mellom punktet Pil og Pl2 så vel som mellom P21 og P22, vil gi en 220 Ohm aktiv terminering. Lednings-forbindelse mellom punktene Pll,P12ogP13så vel som mellom P21, P22 og P23 vil gi en 220 Ohm aktiv terminering og belastning. Som en regel, bør ianordningertid undersjøiske PROFIBUS DP-kabler alltid termineres i begge ender. Selv om dette vil medføre et strømforbruk som er høyere enn nødvendig for korte kabler, vil inngangene i transceiverne 9, 10 være beskyttet mot brudd som følge av overspenninger. Figur 5 viser et skjematisk sideriss av kretskortet 2 med rutingsanlegget 1 på den øvre siden. På den andre siden er det anordnet tre dedikerte inngangs/utgangsgrensesnitt 14, 15, 16, nemlig et digitalt inngangsgrensesnitt 14, et digitalt utgangs grensesnitt 15 og et analogt inngangsgrensesnitt 16. Hvert grensesnitt 14, 15, 16 har flere porter for innhenting og utsending av prosessdata. Inngangs/utgangsgrensesnittene 14, 15, 16 kan ses bedre i figur 6 som viser et skjematisk riss av kretskortet 2 sin bakside. Anordningen av rutingsanlegget 1 og inngangs/utgangsgrensesnittene 14, 15, 16 på begge sider av et enkelt kretskort 2 vil medføre en ytterligere reduksjon av energiforbruket og plassbehovet sammenlignet med tidligere kjent teknikk hvor det er nødvendig med tre separate kort. Med rutingsanlegget ifølge denne utførelsesformen, kan det nødvendige antallet kort reduseres fra fire (to standard inngangs/utgangsgrensesnitt kort, ett ruterkort, et tilpasset inngangs/utgangskort) til ett.

Inngangs/utgangsgrensesnittene gir universell forbindelsesmulighet for digitale og/eller analoge prosessdatakilder. Digitale/analoge signalkilder kan tilknyttes ved portene 11. Hovedstyreenheten (ikke vist i denne figuren) i den undersjøiske elektroniske modulen (ikke vist i denne figuren) har adgang til inngangs/utgangs-grensesnittene 14, 15, 16 via styrebusen 8 og mikrokontrolleren 3 hvortil grense-snittene 14, 15, 16 er tilknyttet. I motsetning til ruterressursene 5, er de ikke direkte forbundet med styrebusen 8.

Det digitale inngangsgrensesnittet 14 kan eksempelvis brukes for innhenting av relestatusen, særlig statusen for switcher og strømreleer eller for kraftavfølende kretser. Det digitale utgangsgrensesnittet 15 kan eksempelvis brukes for setting/avslutning av et fjernt sensorgrensesnitt. Det analoge inngangsgrensesnittet kan eksempelvis brukes for verdier som skyldes isolasjonsovervåkningen av elektriske sjøvannskabler eller trykkmålinger eller temperaturmålinger i en under-sjøisk styreenhet eller rørledning. Eksempelvis kan isolasjonsovervåkningen av strøm- og differensialseriebussjøvannskabler medføre i analoge spenninger som svarer til motstandsverdier mellom 100 kOhm og 18 MOhm. Dersom isolasjonen skades, så vil motstandsverdien synke betydelig. Dette kan detekteres med mikrokontrolleren 3 som digitaliserte spenningsverdier, hvorved den respektive ruterressursen (ikke vist i denne figuren) kan kobles ut. Det analoge inngangsgrensesnittet 16 innbefatter en 16-bits analog-digital-omformer. Samtlige inngangsverdier lagres for at mikrokontrolleren 3 skal kunne lese dem og behandle dem. Eksempelvis kan mikrokontrolleren 3 enten levere de digitaliserte/digitale verdiene på tidsbaserte spørsmål fra kontrollstedet på overflaten, eller den kan overvåke verdiene og bare rapportere avvik fra på forhånd bestemte og tolererbare verdi-intervaller.

De digitale/digitaliserte verdiene kan lagres med mikrokontrolleren 3 i registre i den feltprogrammerbare gitteranordningen (ikke vist i denne figuren) i form av ulike ringsløyfer. Herfra kan verdiene leses ut med andre buselementer, særlig fra kontrollstedet på overflaten (ikke vist i denne figuren).

Figur 7 viser en redundant måte for forbindelse mellom to undersjøiske elektroniske moduler 17, 18. Begge de to undersjøiske elektroniske modulene 17, 18 innbefatter et respektiv rutingsanlegg 1 i samsvar med oppfinnelsen. De innbefatter fire ruter-ressurser 5 hver. Den første undersjøiske elektroniske enheten 17 har et undersjøisk strømledningsmodem 19 i sin hovedstyreenhet 20. Strømledningsmodemet 19 er forbundet med en strømledning 21 som går til kontrollstedet på overflaten (ikke vist i denne figuren).

Redundans oppnås ved å forbinde de undersjøiske styreenhetene 17, 18 med to differensialseriebusledninger 22, 23. Den første differensialseriebusledningen 22 er forbundet med fjerntransceiverne 1 OA i de undersjøiske elektroniske modulene 17, 18. Den andre differensialseriebusledningen 23 er forbundet med de andre fjerntransceiverne 1 OB i de undersjøiske elektroniske modulene 17, 18. Datapakker som dannes eller innkommer ved en av de undersjøiske elektroniske modulene 17, 18 blir rutet parallelt via begge differensialseriebusledningene 22, 23.

Figur 8 viser en annen måte for oppnåelse av redundans i et undersjøisk nettverk. Flere undersjøiske styreenheter (ikke vist) som hver innbefatter en undersjøisk elektronisk modul 7 med et rutingsanlegg 1, danner en undersjøisk lukket ring-topologi. En undersjøisk elektronisk modul 7M innbefatter et undersjøisk strøm-ledningsmodem 19. De undersjøiske elektroniske modulene 7 er seriekoblet via flere differensialseriebusledninger 22 som går fra en respektiv første fjern transceiver 10A og til en respektiv andre fjern transceiver 10B. Dersom ringtopologien brytes på et sted, eksempelvis ved at en undersjøisk elektronisk modul 7 skades eller at en differensialseriebusledning 22 brytes eller kortsluttes i en sjø-kabel, vil de rutede datapakkene fremdeles nå samtlige funksjonelle undersjøiske elektroniske moduler 7.

En sjøvannssensor 24 for måling av temperaturen i en rørledning (ikke vist) er forbundet med en fjerntransceiver 10 i den undersjøiske elektroniske modulen 7X. Da den utgjør et element i PROFIBUS DP, vil kontrollstedet motta de prosessverdier som måles med sjøvannssensoren 24. Samtlige datapakker transmitteres via strømledningen 21 til den undersjøiske elektroniske modulen 7M og blir automatisk rutet rundt PROFIBUS DP ringtopologien og til den undersjøiske elektroniske modulen 7X ved hjelp av rutingsanlegget 1. Ruterressursene 5 kan også innbefatte separate CAN-busgrensesnitt mot de undersjøiske sensorene så som eksempelvis sjøvannssensorene 24.

Claims (14)

1. Rutingsanlegg (1) for en undersjøisk elektronisk modul (7),karakterisert vedå innbefatte en mikrokontroller (3), en feltprogrammerbar gitteranordning (4) og minst to ruterressurser (5) i et enkelt kretskort (2) hvor hver ruterressurs (5) innbefatter en respektiv lokal transceiver (9) for en differensial-seriebus og en respektiv fjern transceiver (10) for differensialseriebusen, idet hver lokale transceiver (9) er forbundet med den korresponderende fjerne transceiveren (10) og med den nevnte feltprogrammerbare gitteranordningen (4) som kan rute data-pakker mellom de nevnte ruterressursene (5).

2. Rutingsanlegg (1) ifølge krav 1, karakterisert vedtotalt nøyaktig fire av de nevnte ruterressursene (5).

3. Rutingsanlegg (1) ifølge krav 1 eller 2, karakterisert vedat hver av fjerntransceiverne (10) er galvanisk isolerte mot den korresponderende lokale transceiveren (9).

4. Rutingsanlegg (1) ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat fjerntransceiverne (10) er flytende og at de nevnte lokale transceiverne (9) er relatert til en lokal elektrisk jording.

5. Rutingsanlegg (1) ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat hver av fjerntransceiverne (10) innbefatter aktive bus-termineringsanordninger og belastningsanordninger.

6. Rutingsanlegg (1) ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat hver av fjerntransceiverne (10) er forbundet med en respektiv likestrøm/likestrømomformer (13).

7. Rutingsanlegg (1) ifølge krav 6, karakterisert vedat hver av likestrøm/likestrømomformerne (13) kan frikobles separat.

8. Rutingsanlegg (1) ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat de lokale transceiverne (9) er ledningsparallellkoblet.

9. Rutingsanlegg (1) ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat mikrokontrolleren (3) og den feltprogrammerbare gitteranordningen (4) kan forbindes med en hovedstyreenhet (20) i den undersjøiske elektroniske modulen (7) via en styrehus (8).

10. Rutingsanlegg (1) ifølge krav 9, karakterisert vedat styrebusen (8) kan forbindes med hovedstyreenheten (20) via en plugg-og-fatningsforbindelse (6).

11. Rutingsanlegg (1) ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat det enkle kretskortet (2) innbefatter minst ett inngangs/utgangsgrensesnitt (14, 15, 16) for digitale og/eller analoge prosessverdier.

12. Rutingsanlegg (1) ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat ruterressursene (5) leverer en variabel transmisjonsbitrate.

13. Rutingsanlegg (1) ifølge krav 12, karakterisert vedat den feltprogrammerbare gitteranordningen (4) leverer en transparent bitrate med en konstant forsinkelse.

14. Undersjøisk elektronisk modul (7) for en undersjøisk styreenhet,karakterisert vedat den undersjøiske elektroniske modulen (7) innbefatter et rutingsanlegg (1) ifølge et av de foregående krav.