BRPI0622021A2 - instalação de roteamento para módulo eletrÈnico submarino - Google Patents

Abstract

INSTALAçãO DE ROTEAMENTO PARA MóDULO ELETRÈNICO SUBMARINO. A presente invenção refere-se a uma instalação de rateamento (1) de um módulo eletrónico submarino (7), que compreende um microcontrolador (3), uma matriz de portas programáveis em campo (4) e pelo menos dois recursos de roteador (5) sobre uma única placa de circuitos (2), sendo que cada recurso de roteador (5) compreende um respectivo transceptor local (9) para um barramento serial diferencial e um respectivo transceptor remoto (10) para um barramento serial diferencial, em que cada transceptor local (9) é conectada ao transceptor remoto correspondente (10) e à dita matriz de portas programáveis em campo (4) que é capaz de rotear pacotes de dados entre os ditos recursos de roteador (5).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "INSTALA- ÇÃO DE ROTEAMENTO PARA MÓDULO ELETRÔNICO SUBMARINO".

A presente invenção refere-se a uma instalação de roteamento de um módulo eletrônico submarino (SEM).

Os módulos eletrônicos submarinos são, de preferência, usados em unidades de controle submarino (SCU)1 por exemplo, unidades de con- trole de cabeça de poço (WCU), para explorar e analisar campos de gás e óleo localizados no leito do mar. Os campos de gás e óleo que são explora- dos ou analisados utilizando comunicação eletrônica com as cabeças de poço ou com outras unidades de controle submarino são às vezes chama- dos de "campos eletrônicos" (e-fields).

Tipicamente, diversas unidades de controle submarino e diver- sos sensores ficam localizados próximos a um respectivo campo de gás ou óleo, e são conectados a um local de controle na borda. Para esse propósi- to, utiliza-se a comunicação submarina. Por exemplo, os dados de processo são transmitidos entre o local de controle na borda e as unidades de controle submarino. Para não exigir comunicação individual e linhas de energia para cada unidade de controle submarino, as unidades de controle submarino ficam dispostas sobre o leito do mar em uma topologia de rede. Um elemen- to de rede é equipado com um modem para comunicação submarina com o local de controle na borda. Os dados do processo são roteados dentro da rede para alcançar o respectivo receptor, por exemplo, tanto o local de con- trole na borda como um determinado módulo eletrônico submarino. Geral- mente, um barramento serial diferencial é usado na rede.

Na técnica anterior foram descritos diferentes procedimentos de comunicação submarina. Por um lado, há conexões eletrônicas ou ópticas com fio, por outro lado, há conexões sem fio. As conexões com fio podem ser subdivididas em um primeiro grupo que proporciona linhas de comunica- ção para conexões eletrônicas ou ópticas separadas de linhas de energia elétrica, e um segundo grupo que utiliza linhas de energia para comunica- ções eletrônicas. No caso citado por último, vantajosamente nenhuma linha de comunicação separada é necessária. As unidades de controle submarino conhecidas exigem uma pla- ca de roteamento para cada elemento de rede/barramento que será direta- mente conectado a essas. Então, se diversas unidades de controle submari- no Escravas forem conectadas a uma unidade de controle submarino Mestre que compreende um modem, o mesmo número de placas de roteamento deve ser instalado na unidade de controle submarino Mestre. Essas várias placas de roteamento ocupam espaço e consomem energia. Além disso, na técnica anterior, as redes formadas ao conectar unidades de controle sub- marino Escravas por cabos subaquáticos exigem uma taxa de bits de comu- nicação fixa. Adicionalmente, a confiabilidade das redes da técnica anterior é limitada, pois se uma linha de comunicação entre duas unidades de controle submarino Escravas for interrompida, não há mais comunicação possível entre elas.

Um objetivo da invenção é especificar uma instalação de rotea- mento de um módulo eletrônico submarino, por meio do qual espaço e ener- gia podem ser economizados dentro do módulo eletrônico submarino, e permite realizar um método para conectar dois módulos eletrônicos submari- nos Escravos com confiabilidade aumentada.

Esse problema é solucionado por uma instalação de roteamento que compreende os atributos determinados na reivindicação 1, e por uma unidade eletrônica submarina que compreende os atributos determinados na reivindicação 14, respectivamente.

As modalidades vantajosas da invenção são determinadas nas reivindicações dependentes.

De acordo com a invenção, uma instalação de roteamento de um módulo eletrônico submarino que compreende um microcontrolador, uma matriz de portas programáveis em campo e pelo menos dois recursos de roteador sobre uma placa de circuitos simples, sendo que cada recurso de roteador compreende um respectivo transceptor local para um barramento serial diferencial e um respectivo transceptor remoto para o barramento seri- al diferencial, onde cada transceptor local é conectado ao transceptor remoto correspondente e à dita matriz de portas programáveis em campo que é ca- paz de rotear pacotes de dados entre os ditos recursos de roteador. Se tal instalação de roteamento for usada em um módulo eletrônico submarino, o consumo de energia bem-como o espaço exigido são-significativamente re- duzidos em comparação com várias placas de roteador da técnica anterior.

Em particular, os ditos transceptores podem ser transceptores bidirecionais alternados (half-duplex) para realizar um barramento serial dife- rencial PROFIBUS DP. Alternativamente, o barramento serial diferencial po- de ser um barramento CAN.

Um protótipo de uma modalidade de instalação de roteamento foi construído, compreendendo um total preferido de exatamente quatro re- cursos de roteador. Por meio dessa modalidade, é necessária apenas uma placa de roteador em vez de quatro placas convencionais. Então, o módulo eletrônico submarino pode ser construído de forma muito compacta.

Uma alta tolerância a falhas de redes submarinas pode ser obti- da com uma modalidade onde cada dito transceptor remoto é galvanicamen- te isolado do transceptor local correspondente. Falhas e defeitos devido a picos de voltagem ou curto-circuitos em um cabo subaquático podem ser evitados por essa modalidade.

A tolerância a falhas pode ser ainda aumentada por uma moda- Iidade onde os ditos transceptores remotos estão flutuando e os ditos trans- ceptores locais estão relacionados com um meio elétrico local. Erros devido às diferenças potenciais podem ser evitados dessa maneira.

Em outra modalidade, cada dito transceptor remoto compreende meios de terminação de barramento ativa e meios de desvio. Isso aumenta a tolerância a falhas, também, pois o restante do barramento/rede pode conti- nuar funcionando mesmo se um cabo subaquático for rompido, por exemplo, se esse for acidentalmente cortado.

De preferência, cada dito transceptor remoto é fornecido por um respectivo conversor de corrente direta/corrente direta. Desse modo, a vol- tagem necessária para a operação de um Escravo conectado pode ser man- tida separadamente para cada conexão subaquática. Isso aumenta a tole- rância a falhas. Em uma modalidade avançada, cada dito conversor de corrente dire- ta/corrente direta é separadamente desligável. Isso permite a redução do consumo-de-energia ao desligar-os conversores dos recursos de roteador que não estão ligados a nenhum elemento de barramento, ou seja, não es- tão em uso.

De forma vantajosa, os ditos transceptores locais são cabeados em paralelo. Dessa forma, os recursos de roteador funcionam simplesmente como um hub para os dados de barramento.

De preferência, o dito microcontrolador e a dita matriz de portas programáveis em campo são conectáveis a uma unidade de controle princi- pal do módulo eletrônico submarino por meio de um barramento de controle. Isso permite uma troca rápida de dados entre a unidade de controle principal e a instalação de roteamento, em particular para comunicar pacotes de da- dos com um modem acionado pela unidade de controle principal.

Em outra modalidade, o dito barramento de controle é conectá- vel à unidade de controle principal por meio de uma conexão de tomada e soquete. Portanto, a placa de circuitos pode ser simplesmente trocada em caso de um defeito ou uma atualização de hardware. Em particular, essa pode ser projetada como uma placa empilhável, tal como, proposto pelo pa- drão PC104, reduzindo desse modo o consumo de espaço.

O consumo de espaço pode ser reduzido ainda por uma modali- dade onde a dita única placa de circuitos compreende pelo menos uma inter- face de entrada/saída (l/O) para valores de processos digitais e/ou análogos. As placas de entrada/saída adicionais podem ser omitidas utilizando essa modalidade, reduzindo assim consumo de espaço e energia em um módulo eletrônico submarino. Na descrição da invenção, o termo "interface de entra- da/saída" compreende tanto interfaces unidirecionais como bidirecionais, ou seja, interfaces de entrada puras, interfaces de saída puras, e interfaces de entrada/saída combinadas.

De preferênciaros ditos recursos de roteador proporcionam uma taxa de bits de transmissão variável. A velocidade de comunicação sobre o barramento diferencial pode ser, assim, ajustada a uma velocidade de co- municação de uma conexão com o lado de controle na borda, por exemplo. Tal conexão pode ser, por exemplo, uma linha de energia. Em particular, a taxa de bits sobre o barramento diferencial pode ser ajustado para explorar completamente a velocidade de comunicação máxima real da conexão na borda. Em particular, em modalidades onde o microcontrolador e a matriz de portas programáveis em campo são conectáveis a uma unidade de controle principal do módulo eletrônico submarino por meio do barramento de contro- le, a taxa de bits de qualquer dispositivo escravo remoto conectado pode ser ajustada por meio da instalação de roteamento. Cada canal de roteamento é transparente com relação à taxa de bits dos dados que passam por esse.

De forma vantajosa, para modalidades especiais de comunica- ção por linha de energia com na borda, a dita matriz de portas programáveis em campo proporciona uma taxa de bits transparente com um atraso cons- tante. Isso permite que o local de controle na borda utilize a máxima taxa de bits de transmissão possível e ajuste livremente a taxa de bits de barramento diferencial da unidade de controle na borda.

Naturalmente, a invenção também se refere a um módulo eletrô- nico submarino de uma unidade de controle submarino, sendo que o módulo eletrônico submarino compreende uma instalação de roteamento de acordo com a invenção.

Em uma modalidade preferida de tal módulo eletrônico submari- no, uma unidade eletrônica Escrava é conectada a dois dos ditos recursos de roteador em paralelo através de duas conexões de barramento diferencial paralelas. O método correspondente de acordo com a invenção propõe co- nectar uma primeira linha de barramento serial diferencial a um primeiro transceptor remoto do primeiro módulo eletrônico submarino e a um primeiro transceptor remoto do segundo módulo eletrônico submarino, e conectar uma segunda linha de barramento serial diferencial a um segundo transcep- tor remoto do primeiro módulo eletrônico submarino e a um segundo trans- ceptor-remoto do segundo módulo eletrônico submarino. Essa modalidade e esse método proporcionam redundância à conexão entre a unidade eletrôni- ca submarina e a unidade eletrônica Escrava. Por exemplo, se um cabo su- baquático que as conecta for cortado, por exemplo, por um objeto em queda, o outro ainda irá proporcionar uma conexão.

A seguir, a invenção é descrita em mais detalhes com diversos desenhos.

A figura 1 mostra um diagrama de bloco do primeiro lado de uma placa de circuitos de instalação de roteamento.

A figura 2 mostra um diagrama de bloco do primeiro lado de uma placa de circuitos de instalação de roteamento alternativa.

A figura 3 mostra um diagrama de bloco de um recurso de roteador.

A figura 4 mostra a disposição flexível de terminações diferentes ao cabear placas pads de contato em cada recurso de roteador.

A figura 5 mostra uma vista lateral esquemática da placa de cir- cuitos de instalação de roteamento da figura 1.

A figura 6 mostra um diagrama de bloco do lado posterior da placa de circuitos de instalação de roteamento da figura 1.

A figura 7 mostra um diagrama de bloco de duas unidades de controle submarino redundantemente conectadas.

A figura 8 mostra esquematicamente uma topologia de rede re- dundante de unidades de controle submarino.

Em todos os desenhos, as partes correspondentes são denota- das por sinais de referência idênticos.

A instalação de roteamento 1 mostrada em uma vista frontal na figura 1 é uma placa de circuitos impressos simples 2 que compreende um microcontrolador 3, uma matriz de portas programáveis em campo 4 e qua- tro recursos de roteador 5 ao longo de um conector de tomada e soquete duplo D-Sub 6. O conector de tomada e soquete 6 é disposto ao longo da placa de circuitos 2, possuindo uma tomada de 104 pinos exemplificativa sobre-um lado da placa de circuitos 2 e um soquete correspondente sobre o outro lado. Por exemplo, esse-é um-conectorde^barramento empilhável de acordo com o padrão PC104. Isso permite o empilhamento da placa de ins- talação de roteamento 1 com outras placas que possuem o mesmo tipo de conector. Tal pilha de placas exige um espaço mínimo em um módulo ele- trônico submarino 7 de uma unidade de controle submarino (não mostrada).

Α placa de circuitos 2 possui um formato de acordo com o pa- drão PC104, por exemplo. Por meio do conector de tomada e soquete 6, essa pode ser conectada ao barramento de controle 8 de um módulo eletrô- nico submarino (não mostrado), em particular, a uma unidade de controle principal (não mostrada) de tal módulo. O barramento de controle 8 é um barramento de arquitetura padrão de indústria de 8 bits (ISA) no exemplo mostrado. Alternativamente, esse pode ser um barramento ISA maior, um barramento PCI ou um barramento IEEE 1394, por exemplo. Entretanto, a instalação de roteamento 1 também pode ser usada separadamente sem uma pilha. Para esse propósito, essa pode ser alternativamente conectada a um módulo eletrônico submarino 7 através de um barramento de acordo com o padrão I2C. A instalação de roteamento 1, em particular, o microcontrola- dor 3, também pode ser conectado a um módulo eletrônico submarino por meio de uma interface serial RS-232 (não mostrada) para acesso de manu- tenção. A placa de instalação de roteamento 1, ou seja, a placa de circuitos 2, também pode ser usada em operação independente sem uma pilha PC104. Entretanto, se uma conexão PC104 estiver presente, o suprimento de energia para a instalação de roteamento 1 está disponível a partir dessa. É possível utilizar outras fontes de energia também, em particular, em ope- ração independente.

Cada recurso de roteador 5 compreende um transceptor local bidirecionais alternados 9 para um barramento serial diferencial e um trans- ceptor remoto bidirecionais alternados 10 para o barramento serial diferenci- al. O barramento serial diferencial é um RS-485 PROFIBUS DP no exemplo mostrado. Alternativamente, esse pode ser um barramento CAN, por exem- plo. Também é possível utilizar transceptores bidirecionais simultâneos (full- duplex) 9, 10. A unidade eletrônica submarina 7 pode possuir um Escravo do barramentoserialdiferencialconectado a um Mestre na borda, e,além dis- so, pode proporcionar um ou mais Mestres de barramento serial diferencial individual que possuem Escravos separados ligados a seus recursos de ro- teador 5.

Os transceptores remotos 10 são galvanicamente isolados das partes restantes da instalação de roteamento 1 , em particular, dos transcep- tores locais 9. Esses são proporcionados com meios de terminação de bar- ramento ativa (não mostrados nessa figura) e meios de desvio (não mostra- dos nessa figura). Cada transceptor remoto 10 é conectado a pinos diferen- tes de uma única tomada de 44 pinos 11 que proporciona todas as conexões externas. Em particular, os elementos de barramento externos do barramen- to serial diferencial podem ser conectados através dos diferentes pinos da tomada 11. A tomada 11 também pode ser usada para uma conexão RS-232 a uma porta serial de um PC externo, em particular, em operação indepen- dente da instalação de roteamento 1.

Os transceptores locais 9 são conectados a portas de barramen- to separadas da matriz de portas programáveis em campo 4. Cada transcep- tor remoto 9 é equipado por um respectivo conversor de corrente dire- ta/corrente direta (não mostrado nessa figura) que é individualmente desli- gável pela matriz de portas programáveis em campo 4. Geralmente, um con- versor de corrente direta/corrente direta é habilitado somente se um elemen- to de barramento remoto for conectado ao recurso de roteador correspon- dente 5 para economizar energia.

Os possíveis elementos de barramento que podem ser conecta- dos aos pinos da tomada 11 são, por exemplo, outras unidades de controle submarino, ou seja, seus módulos eletrônicos 7, ou sensores (não mostra- dos nessa figura) capazes de proporcionar seus dados de processo através do barramento serial diferencial. Tais sensores são, de preferência, posicio- nados fora da unidade de controle submarino, por exemplo, em árvores de poço (well trees) ou tubulações. Os sensores podem ser sensores subaquá- ticos, sensores de pressão ou sensores de temperatura, por exemplo. Esses sensores monitoram o processo de produção de óleo/gás/água.

O microcontrolador 3 e a matriz de portas programáveis em campo 4 são diretamente conectados ao barramento de controle 8, por meio do qual esses são acessíveis, por exemplo, a partir da unidade de controle principal do módulo eletrônico submarino 7 na qual a placa de instalação de roteamento 1 está plugada pelo conector de tomada e soquete 6. O micro- controlador-3 serve para definir o endereço PG104 em um registrador na matriz de portas programáveis em campo 4, e para habilitar o acesso de PC104 à matriz de portas programáveis em campo 4. Esse serve adicional- mente para ler e gravar todos os registradores de matriz de portas progra- máveis em campo 4 e armazenar as condições de estado predefinidas. Isso permite introduzir um estado predefinido mediante ligação.

A matriz de portas programáveis em campo 4 possui uma im- plementação de hardware de toda a lógica para decodificação da interface PC104. Essa contém os registradores físicos para os comandos e respostas. A lógica de roteador é completamente implementada na matriz de portas programáveis em campo 4. Há quatro instâncias dessa lógica na matriz de portas programáveis em campo 4, sendo que cada uma corresponde a um dos recursos de roteador 5, e essas são controladas por bits nos registrado- res de comando. Quatro bits em um Registrador de Controle de Roteador na matriz de portas programáveis em campo 4 habilitam/desabilitam os recur- sos de roteador 5. Se um dos bits for zero, o recurso de roteador correspon- dente 5 não irá transmitir dados de qualquer direção. Se a matriz de portas programáveis em campo 4 detectar um erro de hardware no barramentó se- rial diferencial essa desliga automaticamente o recurso de roteador relativo 5.

Um pacote de dados que chega à matriz de portas programáveis em campo 4 tanto através do barramentó de controle 8, ou seja, a partir da unidade de controle principal do módulo eletrônico submarino, como a partir de um dos recursos de roteador 5, ou seja, a partir de uma fonte externa, é roteado pela matriz programável em campo 4 até o respectivo destino de determinado no cabeçalho de pacote de dados. Para a transmissão ao longo do barramentó de controle 8, os pacotes de dados do barramentó serial dife- rencial são encapsulados nos pacotes e barramentó de controle 8. A matriz de portas programáveis em campo é responsável pelo encapsulamen- to/desencapsulamento dos respectivos pacotes de dados roteados até ou a partir do barramento de controle 8. À medida que os recursos de roteador 5 são conectados a portas individuais da matriz de portas programáveis em campo 4raHnstalação de roteamento-1 funciona-como uma chave, resultan- do em mínimas colisões de barramento.

Todos os recursos de roteador 5 podem funcionar em taxas de bits variáveis de 9600 bits/s até 10 Mbits/s. A matriz de portas programáveis em campo 4 proporciona uma taxa de bits transparente com um pequeno atraso. Essa escuta o tráfego em ambas as extremidades. O lado que detec- ta o tráfego primeiro é conectado ao outro lado. E, devido ao fato de cada transceptor 9, 10 precisar de dois microssegundos para desligar seu recep- tor e para ligar seu transmissor, a matriz de portas programáveis em campo 4 atrasa o fluxo de bits de pacote de dados em dois microssegundos por um registrador de deslocamento (não mostrado).

Os recursos de roteador individuais 5 podem satisfazer diferen- tes seções de rede Escravas com velocidades de comunicação iguais ou diferentes, ou seja, taxas de bits. Em uma rede PROFIBUS DP, o Mestre DP sempre define a velocidade de comunicação para todos os Escravos DP que estão conectados a esse Mestre DP. O canal de comunicação principal está com um DP Mestre localizado na borda. Esse Mestre DP na borda está con- trolando os parâmetros de barramento de velocidade DP e protocolo DP que são distribuídos a todos os Escravos DP submarinos mediante a seqüência de partida de Mestre DP.

A taxa de bits máxima de barramento serial diferencial é deter- minada pelas várias características de cabo e o comprimento dos vários ca- bos em cada rede de barramento serial diferencial. A taxa de bits seleciona- da é ajustada manualmente por um engenheiro especialista em uma configu- ração de barramento Mestre. A reinicialização Mestre consecutiva é ativada, e os Escravos conectados, inclusive os canais de roteador, irão responder de acordo com a nova velocidade de comunicação do Mestre DP. Se for difí- cil para um engenheiro especialista planejar a velocidade de comunicação, o Mestre pode ser configurado com uma taxa de bits de barramento aumenta- da seguido por novas reinicializações de conexão. Dessa maneira, pode-se encontrar a taxa de bits mais alta possível para cada rede de barramento serial diferencial. Esse procedimento é usado em uma atividade de comis- sionamento planejada-antes-de uma partida completa do sistema.

Em modalidades especiais que proporcionam comunicação de linha de energia através de modems de linha de energia, um modem de li- nha de energia pode fornecer uma leitura da taxa de bits máxima possível através de uma interface de diagnóstico após a inicialização do modem ser completada. O engenheiro especialista pode usar essas informações para ajustar a taxa de bits mais alta possível do barramento serial diferencial so- bre a configuração de barramento Mestre.

Por meio da instalação de roteamento 1 é possível substituir quatro placas de roteador convencionais. Assim, o consumo de energia bem como o consumo de espaço são reduzidos para aproximadamente um quarto em comparação com a técnica anterior. A taxa de bits de comunicação é variá- vel, permitindo atingir uma velocidade de transmissão máxima de dados de barramento para cada instalação submarina individual dependendo da situa- ção ambiental. Além disso, devido à terminação de barramento, desvio e isolação galvânica, a instalação de roteamento 1 é insensível a distúrbios externos, tais como, cabos subaquáticos rompidos ou curtos-circuitos exter- nos.

A instalação de roteamento 1 mostrada na figura 2 é similar à- quela da figura 1, exceto a maneira como os recursos de roteador 5 são co- nectados à matriz de portas programáveis em campo 4. Todos os transcep- tores locais 9 são conectados à matriz de portas programáveis em campo 4 em paralelo. Então, a instalação de roteamento 1 funciona como um hub desde que os recursos de roteador 5 estejam envolvidos. Isso significa que todos os pacotes de dados de chegada são distribuídos a todos os recursos de roteador 5. Entretanto, nem todos os pacotes de dados que chegam dos recursos de roteador 5 são roteados até o barramento de controle 8. Apenas os-pacotes dedados que possuem um destino sobre o barramento de con- trole 8 ou atrás desse, por exemplo, no lado de controle na borda, são rotea- dos até esse. A figura 3 mostra um dos recursos de roteador 5 sob a forma de um diagrama de bloco. O transceptor local 9 fica localizado à direita e fica conectado à-matriz-de-portas programáveis em campo 4. O transceptor re- moto 10 fica localizado à esquerda. Três optoacopladores 12 proporcionam isolação galvânica ao transceptor remoto 10. A energia flutuante do trans- ceptor remoto 10 é fornecida por um conversor de corrente direta/corrente direta 13. O transceptor local 9 está relacionado ao solo do módulo eletrôni- co submarino 7. Os transceptores 9, 10 são projetados para possuir uma taxa de bits máxima de 10 Mbits/s. Os optoacopladores 12 são projetados para possuir uma taxa de bits máxima de 25 Mbits/s.

Cada recurso de roteador 5 possui um detector de erros (não mostrado) que monitora os níveis de voltagem de entrada tanto no lado local como no lado remoto. Se a voltagem das duas linhas de um lado se diferi- rem em cerca de mais de uma diferença predefinida para mais de 10 bits na taxa de bits mais baixa de 9600 bits/s, o respectivo recurso de roteador 5 é desabilitado. Um dos oito bits de estado em um Registrador de Estado de Roteador na matriz de portas programáveis em campo é ajustado para indi- car qual recurso de roteador 5 e em qual lado (local/remoto) o problema está localizado. Ao gravar um "1" em um bit de estado indicando um erro, o erro é apagado e o detector de erros correspondente é rearmado.

Um respectivo bit de controle no Registrador de Controle de Ro- teador da matriz de portas programáveis em campo 4 corresponde a cada conversor de corrente direta/corrente direta 13. Se um bit for zero, o conver- sor de corrente direta/corrente 13 é desligado, de outro modo, esse é desa- bilitado. Portanto, pode-se economizar energia apenas ao desabilitar o con- versor de corrente direta/corrente 13 que realmente foi ligado a outro ele- mento do barramento.

Após a instalação de roteamento 1 ser ligada ou reinicializada, o barramento serial diferencial Mestre começa sua inicialização e transfere a velocidade de^barramento-e^parâmetros de barramento para todos os Escra- vos de barramento nessa rede por meio dos canais de roteador relativos. O microcontrolador 3 pode detectar a taxa de bits de comunicação máxima no barramento serial diferencial.

A configuração de ligação da instalação de roteamento 1 é inde- pendentemente-controlada em cada canal de roteador,-ou seja, recurso de roteador 5. A condição de partida padrão se apresenta com os conversores de corrente direta/corrente direta 13 comutados e com os recursos de rotea- dor 5 habilitados. É importante habilitar o Mestre de barramento serial dife- rencial para atingir os Escravos de barramento serial diferencial mediante a ativação do sistema. Os recursos de roteador 5 irão se adaptar de forma simples à velocidade de comunicação definida pelo Mestre de barramento serial diferencial e os recursos de roteador 5 irão assegurar a adaptação a essa velocidade. Cada Escravo de barramento serial diferencial irá receber a taxa de bits de barramento serial diferencial definida pelo Mestre de barra- mento serial diferencial como a primeira parte da seqüência de partida de conexão. O Mestre de barramento serial diferencial é pré-configurado com os endereços de barramento serial diferencial escravo de todos os Escravos de barramento serial diferencial nesse barramento serial diferencial.

A figura 4 mostra placas pads de contato Pxi (x = 1, 2; i = 1, 2, 3) em ambas as linhas S1, S2 do barramento diferencial em frente a um trans- ceptor remoto 10. Todos os transceptores locais e remotos 9, 10 possuem placas pads similares em frente a esses, seguindo o mesmo padrão. Esses permitem a configuração do comportamento elétrico do respectivo transcep- tor 9, 10 mediante cabeamento apropriado dos placas pads de contato. Em vez de cabeamento, uma técnica de ponte jumper pode ser usada se os pla- cas pads de contato forem apropriadamente proporcionados com pinos. Sem qualquer cabeamento entre os placas pads, não haverá, de modo algum, terminação nem desvio. O cabeamento d<5 placa pad P11 com P12, bem como P21 com P22, resulta em uma terminação ativa de 220 Ohm. O cabe- amento de placas pads P1I, P12 e P13, bem como P21, P22 e P23, resulta em uma terminação ativa de 220 Ohm e desvio. Entretanto, como uma re- graros cabos de PROFIBUS DP submarinos-deveriam sempre terminar em ambas as extremidades. Embora isso resulte em consumo de energia maior que o necessário para cabos curtos, as entradas dos transceptores 9, 10 são protegidas contra falhas devido à sobrevoltagem.

A figura 5 mostra uma vista lateral esquemática da placa de cir- cuitos-2 que compreende aHnsta+ação-de-roteamento-1 em seu-lado superi- or. No segundo lado, três interfaces de entrada/saída dedicadas 14, 15, 16 são dispostas, ou seja, uma interface de entrada digital 14, uma interface de entrada digital 15 e uma interface de entrada análoga 16. Cada interface 14, 15, 16 possui múltiplas portas para adquirir e produzir dados de processo, respectivamente.

As interfaces de entrada/saída 14, 15, 16 podem ser melhor ob- servadas na figura 6 que mostra uma vista esquemática sobre o lado poste- rior da placa de circuitos 2. A disposição da instalação de roteamento 1 e interfaces de entrada/saída 14, 15, 16 sobre ambos os lados de uma placa de circuitos simples 2 resulta em redução adicional de consumo de energia e consumo de espaço, como na técnica anterior, três placas separadas foram necessárias para esse propósito. Por meio da instalação de roteamento 1 de acordo com esse exemplo, o número requerido de placas pode ser reduzido de quatro (duas placas de interface de entrada/saída padrão, uma placa de roteador, uma placa de entrada/saída fabricada sob medida) para um.

As interfaces de entrada/saída proporcionam capacidade de co- nexão universal para fontes de dados de processo digitais e/ou análogos. As fontes de sinal digital/análogo podem ser conectadas às portas 11. A unida- de de controle principal (não mostrada nessa figura) do módulo eletrônico submarino (não mostrado nessa figura) acessa as interfaces de entra- da/saída 14, 15, 16 através do barramento de controle 8 e do microcontrola- dor 3 ao qual as interfaces 14, 15, 16 estão conectadas. Ao contrário dos recursos de roteador 5, essas não estão diretamente conectadas ao barra- mento de controle 8.

A interface de entrada digital 14 pode ser usada, por exemplo, para adquirir o estado de relê, em particular, chaves e relês de potência, ou o estado de circuitos de absorção de energia. As interfaces de saída digitais 15 podem ser usadas, por exemplo, para ajustar/compensar o estado de tal relê, em particular, ao reinicializar uma interface de sensor remoto. A interfa- ce de entrada análoga 16 pode ser usada, por exemplo, para valores resul- tantes de monitoramento de isolação de cabos elétricos subaquáticos ou -medida-de-pressão-ou-medida de temperatura-dentro de uma unidade de controle submarino ou uma tubulação. Por exemplo, o monitoramento de isolação de energia e cabos subaquáticos de barramento serial diferencial pode resultar em voltagens análogas correspondentes aos valores de resis- tência entre 100 kOhm e 18 MOhm. Se o isolamento for danificado, o valor de resistência cairá significativamente. Isso pode ser detectado pelo micro- controlador 3 nos valores de voltagem digitalizados, por meio do qual o res- pectivo recurso de roteador (não mostrado nessa figura) pode ser desabilita- do. A interface de entrada análoga 16 compreende um conversor análogo para digital de 16 bits exemplificativo. Todos os valores de entrada são ar- mazenados para que o microcontrolador 3 os leia e, adicionalmente, os pro- cesse. Por exemplo, o microcontrolador 3 pode tanto responder aos valores digitais/digitalizados em consultas baseadas em tempo do local de controle na borda, como pode monitorar por si só os valores e apenas informar des- vios de intervalos de valor toleráveis predefinidos.

Os valores digitais/digitalizados podem ser armazenados em registradores da matriz de portas programáveis em campo (não mostrados nessa figura) sob a forma de diferentes circuitos de anel pelo microcontrola- dor 3. A partir disso, os valores podem ser lidos por outros elementos de bar- ramento, em particular, pelo local de controle na borda (não mostrado nessa figura).

Na figura 7, mostra-se uma forma redundante para conectar dois módulos eletrônico submarinos 17, 18. Ambos os módulos eletrônicos sub- marinos 17, 18 compreendem uma respectiva instalação de roteamento 1 de acordo com a invenção. Esses incluem quatro recursos de roteador 5, cada. A primeira unidade eletrônica submarina 17 compreende um modem de linha de energia submarina 19 dentro de sua unidade de controle principal 20. o moderrrde linha de energia-19 é conectado a-uma Iinha de energia 21 que resulta no local de controle na borda (não mostrado nessa figura).

A redundância é obtida ao conectar as unidades de controle submarino 17, 18 pelas duas linhas de barramento serial diferencial 22, 23. A primeira linha de barramento serial diferencial 22 é conectada aos trans- eeptores-remotos -10A- dos-módtjlos-eletrônieos submarinos 17, 18. A segun- da linha de barramento serial diferencial 23 é conectada aos segundos transceptores remotos 10B dos módulos eletrônicos submarinos 17, 18. Quaisquer pacotes de dados que surgem ou chegam aos módulos eletrôni- cos submarinos 17, 18 são então roteados em paralelo através de ambas as linhas de barramento serial diferencial 22, 23.

A figura 8 mostra uma maneira diferente de realizar a redundân- cia em uma rede submarina. Diversas unidades de controle submarino (não mostradas), cada uma compreendendo um módulo eletrônico submarino 7 que possui uma instalação de roteamento 1, formam uma topologia em anel fechada. Um módulo eletrônico submarino 7M compreende um modem de linha de energia submarina 19. Os módulos eletrônicos submarinos 7 são conectados em série através de múltiplas linhas de barramento serial dife- rencial 22 que são executadas a partir de um primeiro respectivo transceptor remoto 10A até um segundo respectivo transceptor remoto 10B. Se a topo- logia de anel for interrompida em um local, essa pode ser um módulo eletrô- nico submarino danificado 7 ou um cabo subaquático de linha de barramento serial diferencial interrompida ou cortada 22, os pacotes de dados roteados ainda alcançam os módulos eletrônicos submarinos funcionais 7.

Um sensor subaquático 24 para medir a temperatura de uma tubulação (não mostrado) é conectado a um transceptor remoto 10 do módu- lo eletrônico submarino 7X. Visto que esse é um elemento do PROFIBUS DP dessa maneira, o local de controle na borda 25 recebe os valores de processo medidos pelo sensor submarino 24. Todos os pacotes de dados são transmitidos através da linha de energia 21 para o módulo eletrônico submarino 7M e, subseqüentemente, roteados de forma automática em tor- no da topologia-em anel PROFIBUS DP até o módulo eletrônico submarino TX pela instalação de-roteamento-1rOs recursos-"de roteador 5 também po- dem incluir interfaces de barramento CAN separadas com sensores subma- rinos, tal como, o sensor subaquático 24, por exemplo.

Claims (14)

1. Instalação de roteamento (1) de um módulo eletrônico subma- rino-(7),-que-eompreende um mierocontrolador--(3), uma matriz de portas programáveis em campo (4) e pelo menos dois recursos de roteador (5) so- bre uma única placa de circuitos (2), sendo que cada recurso de roteador (5) compreende um respectivo transceptor local (9) para um barramento serial diferencial e um respectivo transceptor remoto (10) para o barramento serial diferencial, em que cada transceptor local (9) é conectado ao transceptor remoto correspondente (10) e à dita matriz de portas programáveis em cam- po (4) que é capaz de rotear pacotes de dados entre os ditos recursos de roteador (5).

2. Instalação de roteamento (1), de acordo com a reivindicação -1, compreendendo um total de exatamente quatro dos ditos recursos de ro- teador (5).

3. Instalação de roteamento (1), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que cada um dos ditos transceptores remotos (10) é galvanicamen- te isolado do transceptor local correspondente (9).

4. Instalação de roteamento (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que os ditos transceptores remotos (10) são flutuantes e os ditos transceptores locais (9) estão relacionados á um meio elétrico local.

5. Instalação de roteamento (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que cada dito transceptor remoto (10) compreende meios de terminação de barramento ativa e meios de desvio.

6. Instalação de roteamento (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que cada dito transceptor remoto (10) é fornecido por um respectivo conversor de corrente direta/corrente direta (13).

7. Instalação de roteamento (1), de acordo com a reivindicação -6, em que cada dito conversor de corrente direta/corrente direta (13) é sepa- radamente desligável.

8. Instalação de roteamento (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que os ditos transceptores locais (9) são cabeados em paralelo.

9. Instalação de roteamento (1), de acordo com qualquer uma das-reivindicações anteriores, em que o dito microcontrolador (3) e dita ma- triz de portas programáveis em campo (4) são conectáveis a uma unidade de controle principal (20) do módulo eletrônico submarino (7) através de um barramento de controle (8).

10. Instalação de roteamento (1), de acordo com a reivindicação -9, em que o dito barramento de controle (8) é conectável à unidade de con- trole principal (20) através de uma conexão de tomada e soquete (6).

11. Instalação de roteamento (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que a dita única placa de circuitos (2) compreende pelo menos uma interface de entrada/saída (14, 15, 16) para valores de processos digitais e/ou análogos.

12. Instalação de roteamento (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que os ditos recursos de roteador (5) pro- porcionam uma taxa de bits de transmissão variável.

13. Instalação de roteamento (1), de acordo com a reivindicação -12, em que a dita matriz de portas programáveis em campo (4) proporciona uma taxa de bits transparente com um atraso constante.

14. Módulo eletrônico submarino (7) de uma unidade de controle submarino, sendo que o módulo eletrônico submarino (7) compreende uma instalação de roteamento (1), como definido em qualquer uma das reivindi- cações anteriores.