專利名稱：用于海底電子模塊的路由設(shè)施的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于海底電子模塊(SEM)的路由設(shè)施。
背景技術(shù)：
海底電子沖莫塊優(yōu)選地用在例如井口 (wellhead)控制單元(WCU ) 的海底控制單元(SCU)中，以勘探和開采位于海底的氣田和油田。利 用與井口或者其它海底控制單元的電子通信來(lái)勘探或者開采的氣田和
油田有時(shí)稱為"電子田，，(e田)。
通常，若干海底控制單元和若干傳感器位于各個(gè)氣田或者油田附 近，并且連接到頂部控制點(diǎn)(topside control site )。為此，使用海底通 信。例如，過(guò)程數(shù)據(jù)在頂部控制點(diǎn)和海底控制單元之間傳輸。為了不需 要用于每個(gè)海底控制單元的單獨(dú)的通信線和電力線，海底控制單元在網(wǎng)
絡(luò)拓樸中布置在海底。 一個(gè)網(wǎng)絡(luò)元件(member)配備有用于與頂部控制 點(diǎn)進(jìn)行海底通信的調(diào)制解調(diào)器。過(guò)程數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)路由以到達(dá)各個(gè)接收 部，例如，頂部控制點(diǎn)或者特定的海底電子模塊。通常，微分串行總線 (differential serial bus )用于該網(wǎng)鄉(xiāng)各。
在現(xiàn)有技術(shù)中，描述了用于海底通信的不同技術(shù)。 一方面，存在有 線電連接或者光連接，另一方面，存在無(wú)線連接。有線連接可以再劃分
利用電力線進(jìn)行電子i信的第二組7在后二種情況中，優(yōu)點(diǎn):不需要單 獨(dú)的通信線。
已知的海底控制單元需要待直接連接到它們的用于每個(gè)網(wǎng)絡(luò)/總線 元件的一個(gè)路由卡。因此，如果若干海底從控單元要連接到包括調(diào)制解 調(diào)器的一個(gè)海底主控單元，則必須在海底主控單元中安裝相同數(shù)量的路 由卡。這些多個(gè)路由卡耗費(fèi)空間和耗能。此外，在現(xiàn)有技術(shù)中，通過(guò)經(jīng) 由海水電纜將海底從控單元進(jìn)行連接而構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)要求固定的通信比 特率。另外，現(xiàn)有技術(shù)網(wǎng)絡(luò)的可靠性有限，這是因?yàn)槿绻麅蓚€(gè)海底從控 單元之間的通信線發(fā)生故障，則它們之間不能再進(jìn)行通信。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是規(guī)定用于海底電子模塊的路由設(shè)施，通過(guò)其可以節(jié) 省海底電子模塊的空間和功率，并且其允許執(zhí)行以改進(jìn)的可靠性連接兩 個(gè)從海底電子模塊的方法。
該問(wèn)題分別通過(guò)包括權(quán)利要求1給出的特征的路由設(shè)施以及通過(guò)包 括權(quán)利要求14給出的特征的海底電子單元而得到解決。
本發(fā)明的有利的實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中給出。
根據(jù)本發(fā)明，用于海底電子模塊的路由設(shè)施包括在單個(gè)電路板上的 微控制器、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列和至少兩個(gè)路由器資源，每個(gè)路由器資源 包括用于微分串行總線的各個(gè)本地收發(fā)器和用于微分串行總線的各個(gè) 遠(yuǎn)程收發(fā)器，其中每個(gè)本地收發(fā)器與對(duì)應(yīng)的遠(yuǎn)程收發(fā)器連接，并且與能 將數(shù)據(jù)包在該路由器資源之間路由的該現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列連接。如果這 樣的路由設(shè)施用在海底電子模塊中，與多個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的路由器卡相比， 功耗以及所需空間極大減少。
尤其是，該收發(fā)器可以是用于實(shí)現(xiàn)PROFIBUS DP微分串行總線的 半雙工收發(fā)器?？蛇x地，微分串行總線可以是CAN總線。
路由設(shè),施實(shí)施例的原型已經(jīng)建立，包括優(yōu)選的總共正好四個(gè)該路由 器資源。通過(guò)該實(shí)施例，僅僅需要一個(gè)路由器卡而不是四個(gè)常規(guī)卡。因 此，海底電子模塊可以構(gòu)造得非常緊湊。
海底網(wǎng)絡(luò)的高容錯(cuò)可以通過(guò)每個(gè)該遠(yuǎn)程收發(fā)器與對(duì)應(yīng)的本地收發(fā) 器電隔離(galvanically isolate )的實(shí)施例來(lái)達(dá)到。由海水電纜中電壓峰 值或者短;洛引起的故障和缺陷可以通過(guò)該實(shí)施例避免。
容錯(cuò)甚至可以通過(guò)該遠(yuǎn)程收發(fā)器是浮動(dòng)的(floating)而該本地收發(fā) 器與本地電氣接地相聯(lián)系的實(shí)施例而得以增加。這樣可以避免由于電勢(shì) 差引起的錯(cuò)誤。
在另一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)該遠(yuǎn)程收發(fā)器包括有源總線端接裝置和偏 置(bias)裝置。這也增加了容錯(cuò)，因?yàn)榧词挂粭l海水電纜中斷(例如， 如果它被意外切斷)，其余總線/網(wǎng)絡(luò)可以保持工作。
優(yōu)選地，每個(gè)該遠(yuǎn)程收發(fā)器由各個(gè)直流/直流轉(zhuǎn)換器供電。這樣，操 作連接的從裝置(Slave )所需的電壓可以針對(duì)每個(gè)海水連接而分別保持。 這增加了容錯(cuò)。
在先進(jìn)的實(shí)施例中，每個(gè)該直流/直流轉(zhuǎn)換器可被分別斷開(disengageable )。這允許通過(guò)切斷用于不鏈接到任何總線元件的路由 器資源(即它們沒(méi)有在使用)的轉(zhuǎn)換器來(lái)減少功耗。
有利地是，該本地收發(fā)器并聯(lián)接線。以此形式，路由器資源只是作 為總線數(shù)據(jù)的集線器而工作。
優(yōu)選地，該微控制器和該現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列通過(guò)控制總線可連接到 海底電子模塊的主要控制單元。這使得能在主要控制單元和路由設(shè)施之 間進(jìn)行快速數(shù)據(jù)交換，尤其用于將數(shù)據(jù)包傳送到由主要控制單元驅(qū)動(dòng)的 調(diào)制解調(diào)器。
在另一個(gè)實(shí)施例中，該控制總線通過(guò)插頭和插座連接可連接到主要 控制單元。因此，在缺陷或者硬件更新情況下，可以只是更換電路板。 尤其是，可以設(shè)計(jì)為例如由PC104標(biāo)準(zhǔn)提出的可堆疊卡，從而進(jìn)一步減 少空間耗費(fèi)。
通過(guò)該單個(gè)電路板包括用于數(shù)字和/或模擬過(guò)程值的至少一個(gè)輸入/ 輸出(1/0)接口的實(shí)施例，空間耗費(fèi)甚至可以進(jìn)一步減少。通過(guò)使用該 實(shí)施例，可以省去額外的輸入/輸出卡，因此進(jìn)一步減少海底電子模塊的 空間耗費(fèi)和功耗。在本發(fā)明的用語(yǔ)中，術(shù)語(yǔ)"輸入/輸出接口"包括單向接 口和雙向接口二者，即純輸入接口、純輸出接口、和組合的輸入/輸出接 c 。
優(yōu)選地，該路由器資源提供可變傳輸比特率。例如，微分總線上的 通信速度因此可以調(diào)整為至頂部控制側(cè)的鏈接的通信速度。該鏈接可以 是，例如電力線。尤其是，微分總線的比特率可以設(shè)定為完全采用頂部 鏈接的實(shí)際最大通信速度。尤其是，在微控制器和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列通 過(guò)控制總線可連接到海底電子模塊的主要控制單元的實(shí)施例中，至任何 連接的遠(yuǎn)程從裝置的比特率可以通過(guò)路由設(shè)施調(diào)整。每個(gè)路由信道就通 過(guò)它的數(shù)據(jù)的比特率而言是透明的。
有利地是，對(duì)于用電力線與頂部通信的特殊實(shí)施例，該現(xiàn)場(chǎng)可編程 門陣列提供具有恒定延遲的透明比特率。這使得頂部控制點(diǎn)能利用最大 可能傳輸比特率并且能自由調(diào)整頂部控制單元的微分總線比特率。
當(dāng)然，本發(fā)明還涉及用于海底控制單元的海底電子模塊，該海底電 子沖莫塊包括根據(jù)本發(fā)明的路由設(shè)施。
在這樣的海底電子^t塊的優(yōu)選實(shí)施例中，從電子單元通過(guò)兩個(gè)并聯(lián) 的微分總線連接而并聯(lián)連接到該路由器資源中的兩個(gè)。根據(jù)該發(fā)明的對(duì)應(yīng)的方法提出將第 一微分串行總線線路連接到第 一 海底電子模塊的第 一遠(yuǎn)程收發(fā)器和第二海底電子模塊的第 一遠(yuǎn)程收發(fā)器，以及將第二微分 串行總線線路連接到第 一海底電子模塊的第二遠(yuǎn)程收發(fā)器和第二海底 電子模塊的第二遠(yuǎn)程收發(fā)器。該實(shí)施例和方法提供了海底電子模塊和從 電子單元之間的連接的冗余。例如，如果連接它們的一個(gè)海水電纜被例 如墜落物切斷，則另一個(gè)仍將提供連接。


下面，通過(guò)若干附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明。 圖1示出路由設(shè)施電路板的第一側(cè)的方框圖。 圖2示出可選路由設(shè)施電路板的第一側(cè)的方框圖。
圖3示出一個(gè)路由器資源的方框圖。
圖4示出通過(guò)在每個(gè)^"由器資源處對(duì)觸點(diǎn)墊(contact pad)進(jìn)4亍接 線來(lái)靈活布置不同的端接。
圖5示出圖1的路由設(shè)施電路板的示意性側(cè)視圖。 圖6示出圖1的路由設(shè)施電路板的背側(cè)的方框圖。 圖7示出兩個(gè)冗余連接的海底控制單元的方框圖。 圖8示意性示出海底控制單元的冗余網(wǎng)絡(luò)拓樸。 在所有圖中，相應(yīng)的部分由相同的附圖標(biāo)記表示。
具體實(shí)施例方式
在圖1的正視圖中示出的路由設(shè)施1是單個(gè)印刷電路板2，包括在 雙D-Sub插頭和插座連接器6旁邊的微控制器3、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列4 以及四個(gè)路由器資源5。插頭和插座連接器6布置為穿過(guò)電路板2,在 電路板2的一側(cè)具有示范性104管腳插頭而在另一側(cè)具有對(duì)應(yīng)的插座。 例如，它是根據(jù)PC104標(biāo)準(zhǔn)的可堆疊總線連接器。這使得能將路由設(shè)施 1卡與其它具有相同連接器類型的卡一起堆疊。這樣的卡堆疊在海底控 制單元(未示出)的海底電子模塊7中需要空間最小。
例如，電路板2具有根據(jù)PC104標(biāo)準(zhǔn)的形式(format)。通過(guò)插頭 和插座連接器6,電路板2可以連接到海底電子模塊(未示出)的控制 總線8,尤其是連接到這樣的模塊的主要控制單元(未示出)。在圖示 的示例中，控制總線8是8位工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(ISA)總線?？蛇x地，例如它可以是較寬ISA總線、PCI總線或者IEEE 1394總線。然而，路由 設(shè)施1也可以單獨(dú)使用而非堆疊。為此，它可選地可以通過(guò)根據(jù)I2C標(biāo) 準(zhǔn)的總線連接到海底電子模塊7。路由設(shè)施l，尤其是微控制器3，也可 以通過(guò)用于保持訪問(wèn)的RS- 232串行接口(未示出)連接到海底電子模 塊。路由設(shè)施1卡，即電路板2，也可以用于獨(dú)立搡作而非PC104堆疊。 然而，如果PC104連接存在，則路由設(shè)施1的電源可從其獲得。也可以 使用其它電源，尤其是在獨(dú)立操作時(shí)。
每個(gè)路由器資源5包括用于微分串行總線的一個(gè)半雙工本地收發(fā)器 9和用于微分串行總線的一個(gè)半雙工遠(yuǎn)程收發(fā)器10。在圖示的示例中， 微分串行總線是RS-485 PROFIBUSDP?？蛇x地，例如其可以是CAN總 線。也可以使用全雙工收發(fā)器9、 10。海底電子單元7可以具有連接到 頂部主裝置(Master)的微分串行總線的從裝置，而且它可以提供一個(gè) 或者多個(gè)單獨(dú)的微分串行總線主裝置，其具有附著到它們的路由器資源 5的單獨(dú)的從裝置。
遠(yuǎn)程收發(fā)器10與路由設(shè)施1的其余部分，尤其是與本地收發(fā)器9 電隔離。它們配備有有源(active)總線端接裝置(此圖未示出)和偏 置裝置(此圖未示出)。每個(gè)遠(yuǎn)程收發(fā)器10連接到提供所有外部連接 的單個(gè)44管腳插頭11的不同管腳。尤其是，用于微分串行總線的外部 總線元件可以通過(guò)插頭11的不同管腳連接。尤其在路由設(shè)施1的獨(dú)立 操作中，插頭11還可以用于到外部PC的串行端口的RS-232連接。
本地收發(fā)器9連接到現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列4的單獨(dú)的總線端口。每個(gè) 遠(yuǎn)程收發(fā)器9由可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列4分別斷開的各個(gè)直流/直流轉(zhuǎn) 換器(此圖未示出)供電。通常，僅當(dāng)遠(yuǎn)程總線元件連接到對(duì)應(yīng)的路由 器資源5時(shí)，才啟用直流/直流轉(zhuǎn)換器以省電。
能連接到插頭11的管腳的可能的總線元件例如是其它海底控制單 元(即，它們的電子模塊7)或者是能通過(guò)微分串行總線提供它們的過(guò) 程數(shù)據(jù)的傳感器(此圖未示出)。這種傳感器優(yōu)選地配置在海底控制單 元的外部，例如在井架(well tree)中或者管道上。傳感器例如可以是 海水傳感器、壓力傳感器或者溫度傳感器。這些傳感器監(jiān)控油/氣/水的 生產(chǎn)過(guò)程。
微控制器3和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列4直接連接到控制總線8，通過(guò)控 制總線8可例如從通過(guò)插頭和插座連接器6將路由設(shè)施1卡插入其中的海底電子模塊7的主要控制單元進(jìn)行訪問(wèn)它們。微控制器3用于設(shè)定
PC104在現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列4的寄存器中的地址，并且用于使得PC104 能訪問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列4。微控制器3另外又用于讀和寫所有現(xiàn)場(chǎng)可 編程門陣列4寄存器以及存儲(chǔ)預(yù)定義狀態(tài)條件。這使得在通電后能進(jìn)入 預(yù)定義狀態(tài)。
現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列4具有用于對(duì)PC 104接口解碼的所有邏輯的硬件 實(shí)現(xiàn)。它包含用于命令和響應(yīng)的物理寄存器。路由器邏輯全部實(shí)現(xiàn)于現(xiàn) 場(chǎng)可編程門陣列4中。該邏輯在現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列4中有四個(gè)實(shí)例，每 個(gè)對(duì)應(yīng)于路由器資源5中的一個(gè)，并且它們由命令寄存器中的位控制。 現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列4的路由器控制寄存器中的四位啟用/禁用路由器資 源5。如果其中一位是零，則對(duì)應(yīng)的路由器資源5不從任何方向傳遞數(shù) 據(jù)。如果現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列4檢測(cè)到微分串行總線中的硬件錯(cuò)誤，則它 自動(dòng)關(guān)閉相關(guān)的路由器資源5。
通過(guò)控制總線8 (即，從海底電子模塊的主要控制單元)或者從路 由器資源5中的一個(gè)(即，從外部源)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列4的數(shù)據(jù) 包由現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列4路由到數(shù)據(jù)包頭(header)中給出的各個(gè)總線 目的地。對(duì)于通過(guò)控制總線8的傳輸，微分串行總線數(shù)據(jù)包被打包成控 制總線8包?，F(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列負(fù)責(zé)打包/解開路由到或者路由自控制總 線8的各個(gè)數(shù)據(jù)包。由于路由器資源5連接到現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列4的單 獨(dú)的端口，因此路由設(shè)施1作為開關(guān)而工作，導(dǎo)致總線沖突最小。
所有3各由器資源5可以以從9600比特/秒到10兆比特/秒的可變比 特率工作?，F(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列4提供具有少量延遲的透明(transparent) 比特率?，F(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列4收聽兩端的流量(traffic)。檢測(cè)流量第 一的一側(cè)連接到另一側(cè)。并且因?yàn)槊總€(gè)收發(fā)器9、 IO需要兩微秒關(guān)閉其 接收器和打開其發(fā)送器，所以現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列4通過(guò)移位寄存器(未 示出)把數(shù)據(jù)包比特流延遲量?jī)晌⒚搿?br> 單獨(dú)的路由器資源5可以服務(wù)于具有相同或者不同通信速度(即， 比特率)的不同從網(wǎng)絡(luò)段(Slave network section)。在PROFIBUS DP 網(wǎng)絡(luò)中，DP主裝置總是定義所有連接到該DP主裝置的DP從裝置的通 信速度。主要信道帶位于頂部的一個(gè)DP主裝置。該頂部DP主裝置控 制DP速度和DP協(xié)議總線參數(shù)，其根據(jù)DP主裝置啟動(dòng)序列被分發(fā)到所 有連接的海底DP從裝置。最大微分串行總線比特率由在每個(gè)微分串行總線網(wǎng)絡(luò)中的各種電 纜特性和各種電纜長(zhǎng)度確定。所選擇的比特率由專業(yè)工程師在主裝置總 線配置設(shè)置中手動(dòng)設(shè)定。激活連續(xù)的主裝置重啟，而包括路由器信道的 連接的從裝置將根據(jù)DP主裝置的新的通信速度而響應(yīng)。如果專業(yè)工程 師難以計(jì)劃通信速度，則主裝置可以配置有增大的總線比特率，繼之以 新的鏈接重置。以此方式可能找到用于每個(gè)微分串行總線網(wǎng)絡(luò)的最高可 能比特率。此過(guò)程用于在完成系統(tǒng)啟動(dòng)之前有計(jì)劃的調(diào)試運(yùn)行工作
(commissioning activity )。
在通過(guò)電力線調(diào)制解調(diào)器提供電力線通信的特殊實(shí)施例中，在調(diào)制 解調(diào)器初始化完成后，電力線調(diào)制解調(diào)器可以經(jīng)由診斷接口給出最大可 能比特率的讀數(shù)。專業(yè)工程師可以根據(jù)主裝置總線配置設(shè)置使用該信息 來(lái)設(shè)定最高可能微分串行總線比特率。
路由設(shè)施1可以替代四個(gè)常規(guī)路由器卡。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比， 功耗以及空間耗費(fèi)減少到約四分之一。通信比特率可變，使得針對(duì)根據(jù) 環(huán)境狀況的每個(gè)單獨(dú)的海底安裝可獲得最大總線數(shù)據(jù)傳輸速度。此外， 由于總線端接、偏置和電隔離，路由設(shè)施1不受例如海水電纜故障或者 外部短路的外部干擾的影響。
除了路由器資源5連接到現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列4的方式以外，圖2所 示的路由設(shè)施1相似于圖1。所有的本地收發(fā)器9并聯(lián)連接到現(xiàn)場(chǎng)可編 程門陣列4。因此，對(duì)路由器資源5來(lái)說(shuō)，路由設(shè)施1作為集線器工作。 這意味著所有到達(dá)的數(shù)據(jù)包被分發(fā)到所有路由器資源5。然而，不是所 有從路由器資源5到達(dá)的數(shù)據(jù)包都被路由到控制總線8。僅僅目的地為 控制總線8或者它之后(例如在頂部控制點(diǎn))的數(shù)據(jù)包被路由到控制總 線8。
圖3以方框圖形式示出路由器資源5中的一個(gè)。本地收發(fā)器9位于 右側(cè)并且連接到現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列4。遠(yuǎn)程收發(fā)器IO位于左側(cè)。三個(gè)光 耦合器12提供對(duì)遠(yuǎn)程收發(fā)器10的電隔離。用于遠(yuǎn)程收發(fā)器10的浮動(dòng) (floating)電力由直流/直流轉(zhuǎn)換器13提供。本地收發(fā)器9與海底電子 模塊7的地相聯(lián)系。收發(fā)器9、 IO設(shè)計(jì)為最大比特率10兆比特/秒。光 耦合器12設(shè)計(jì)為最大比特率25兆比特/秒。
每個(gè)路由器資源5具有錯(cuò)誤檢測(cè)器(未示出)，其監(jiān)控本地側(cè)和遠(yuǎn) 程側(cè)二者的輸入電壓水平。如果處在最低比特率9600比特/秒時(shí)在大于IO比特內(nèi)， 一側(cè)的兩條線路的電壓相差大約大于預(yù)定差，則禁用路由器 資源5?，F(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列的路由器狀態(tài)寄存器中的八位狀態(tài)位中的一 位設(shè)定為指示哪個(gè)路由器資源5以及問(wèn)題出在哪側(cè)(本地/遠(yuǎn)程)。通過(guò) 將"l"寫入指示錯(cuò)誤的狀態(tài)位，清除了錯(cuò)誤并且對(duì)應(yīng)的錯(cuò)誤檢測(cè)器被重 新準(zhǔn)備好。
現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列4的路由器狀態(tài)寄存器中的各個(gè)控制位對(duì)應(yīng)于每 個(gè)直流/直流轉(zhuǎn)換器13。如果位是O,則對(duì)應(yīng)的直流/直流轉(zhuǎn)換器13斷開， 否則其啟用。因此，通過(guò)僅僅啟用實(shí)際上附著了另一個(gè)總線元件的直流 /直流轉(zhuǎn)換器13就可以省電。
在路由設(shè)施l通電(power on)或者重置后，微分串行總線主裝置 啟動(dòng)其初始化并且通過(guò)相關(guān)路由器信道把總線速度和總線參數(shù)傳送到
該網(wǎng)絡(luò)上的所有總線從裝置。微控制器3可以檢測(cè)微分串行總線上的最 大通信比特率。
路由設(shè)施1的通電配置對(duì)每個(gè)路由器信道即路由器資源5而言是獨(dú) 立控制的。默認(rèn)啟動(dòng)條件是直流/直流電力轉(zhuǎn)換器13接通并且路由器資 源5啟用。系統(tǒng)通電時(shí)使微分串行總線主裝置能對(duì)微分串行總線從裝置 起作用(reach)是重要的。路由器資源5將只是適應(yīng)于微分串行總線主 裝置定義的通信速度，并且路由器資源5將確保適應(yīng)于該速度。每個(gè)微 分串行總線從裝置將接收微分串行總線主裝置定義的微分串行總線比 特率作為鏈接啟動(dòng)序列的第一部分。微分串行總線主裝置預(yù)配置有該微 分串行總線上的所有微分串行總線從裝置的微分串行總線從裝置地址。
圖4示出在遠(yuǎn)程收發(fā)器10前面的微分總線的兩條線路S1、 S2二者 之上的觸點(diǎn)墊Pxi (x= 1, 2; i=l, 2, 3)。所有本地和遠(yuǎn)程收發(fā)器9、 IO在其前面具有相似的墊，遵循相同圖案。它們使得能通過(guò)對(duì)觸點(diǎn)墊進(jìn) 行適當(dāng)接線來(lái)配置各個(gè)收發(fā)器9、 10的電氣性能(electrical behaviour)。 如果觸點(diǎn)墊適當(dāng)?shù)靥峁┯泄苣_，則可以使用跳接(jumpering)來(lái)代替接 線。在墊之間沒(méi)有任何接線的情況下，就完全沒(méi)有端接和偏置。將墊Pll 和P12接線，以及將P21和P22接線，產(chǎn)生220歐姆有源端接。將墊P11 、 P12和P13接線在一起，以及將P21、 P22和P23接線在一起，產(chǎn)生220 歐姆有源端接和偏置。然而，原則上海底PROFIBUS DP電纜應(yīng)該總是 在兩端被端接。雖然這將導(dǎo)致功耗高于短電纜所需的功耗，但是保護(hù)收 發(fā)器9、 10的輸入免受由于過(guò)壓而造成的擊穿。
ii圖5示出了在其上側(cè)上包括路由設(shè)施l的電路板2的示意性側(cè)視圖。
在第二側(cè)布置三個(gè)專用輸入/輸出接口 14、 15、 16,即數(shù)字輸入接口 14、 數(shù)字輸出接口 15和模擬輸入接口 16。每個(gè)接口 14、 15和16具有分別 用于采集和輸出過(guò)程數(shù)據(jù)的多個(gè)端口 。
輸入/輸出接口 14、 15、 16在示出電路板2背側(cè)的示意性視圖的圖 6中可以看得更清楚。將路由設(shè)施1和輸入/輸出接口 14、 15、 16布置 在單個(gè)電路板2的兩側(cè)的結(jié)果是進(jìn)一步減少功耗和空間耗費(fèi)，而現(xiàn)有技 術(shù)中為此需要三個(gè)單獨(dú)的卡。通過(guò)根據(jù)該示例的路由設(shè)施1,所需卡的 數(shù)量可以從四個(gè)(兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)輸入/輸出接口卡， 一個(gè)路由器卡， 一個(gè)定制 輸入/輸出卡)減少到一個(gè)。
輸入/輸出接口為數(shù)字和/或模擬過(guò)程數(shù)據(jù)源提供通用可連接性。數(shù) 字^莫擬信號(hào)源可以在端口 li處進(jìn)行連接。海底電子模塊(此圖未示出) 的主要控制單元(此圖未示出)經(jīng)由控制總線8和微控制器3訪問(wèn)輸入 /輸出接口 14、 15、 16,其中接口 14、 15、 16連接到微控制器3。與路 由器資源5相比，它們不直接連接到控制總線8。
數(shù)字輸入接口 14例如可以用于采集繼電器(尤其是開關(guān)繼電器和 功率繼電器)的狀態(tài)或者功率檢測(cè)電路的狀態(tài)。數(shù)字輸出接口 15可以 用于例如設(shè)定/清除這樣的繼電器的狀態(tài)，尤其是用于將遠(yuǎn)程傳感器接口 通電重置(power-reset)。才莫擬輸入接口 16可以用于例如由絕緣監(jiān)控海 水電纜或者海底控制單元或管道內(nèi)部的壓力測(cè)量或溫度測(cè)量產(chǎn)生的值。 例如，對(duì)電力和微分串行總線海水電纜絕緣監(jiān)控可能產(chǎn)生與在100千歐 姆和18兆歐姆之間的電阻值對(duì)應(yīng)的模擬電壓。如果絕緣被破壞，電阻 值將顯著下降。這可以由微控制器3以數(shù)字化電壓值的形式進(jìn)行檢測(cè)， 因而可以禁用各個(gè)路由器資源(此圖未示出)。模擬輸入接口 16包括 示范性16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。所有輸入值被緩沖以便微控制器3進(jìn)一步讀 取和處理它們。例如，微控制器3要么可以對(duì)頂部控制點(diǎn)的基于時(shí)間的 查詢答復(fù)數(shù)字的/數(shù)字化的值，要么它可以自行監(jiān)控該值并且僅僅報(bào)告與 預(yù)定義的容許值區(qū)間(tolerable value interval)的偏差。
數(shù)字的/數(shù)字化的值可以由微控制器3以不同環(huán)形圈(ring loop)的 形式存儲(chǔ)在現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(此圖未示出)的寄存器中。從那里，該 值可以由其它總線元件讀取，尤其是由頂部控制點(diǎn)(此圖未示出)讀取。
在圖7中，示出了連接兩個(gè)海底電子模塊17、 18的冗余方式。兩
12個(gè)海底電子模塊17、 18均包括根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)路由設(shè)施1。它們每個(gè)
均包括四個(gè)路由器資源5。第一海底電子單元n包括在其主要控制單元
20中的海底電力線調(diào)制解調(diào)器19。海底電力線調(diào)制解調(diào)器19連接到通 向頂部控制點(diǎn)(此圖未示出)的電力線21。
冗余通過(guò)用兩條微分串行總線線路22、 23連接海底控制單元17、 18來(lái)獲得。第一微分串行總線線路22連接到海底電子模塊17、 18的遠(yuǎn) 程收發(fā)器IOA。第二微分串行總線線路23連接到海底電子模塊17、 18 的第二遠(yuǎn)程收發(fā)器IOB。出自或者到達(dá)海底電子模塊17、 18中的一個(gè)的 任何數(shù)據(jù)包則通過(guò)兩條微分串行總線線路22、 23并行路由。
圖8示出獲得海底網(wǎng)絡(luò)冗余的不同方式。每個(gè)包括具有路由設(shè)施1 的海底電子模塊7的若干海底控制單元(未示出)形成海底封環(huán)拓樸。 一個(gè)海底電子模塊7M包括海底電力線調(diào)制解調(diào)器19。海底電子模塊7 通過(guò)從各個(gè)第 一遠(yuǎn)程收發(fā)器10A延伸到各個(gè)第二遠(yuǎn)程收發(fā)器10B的多條 微分串行總線線路22來(lái)串聯(lián)連接。如果在一個(gè)地方環(huán)形拓樸中斷，可 能是海底電子模塊7損壞或者是微分串行總線線路22海水電纜故障或 者短路，則路由的數(shù)據(jù)包仍到達(dá)所有運(yùn)行的(functional)海底電子模塊 7。
用于測(cè)量管道(未示出)溫度的海水傳感器24連接到海底電子模 塊7X的遠(yuǎn)程收發(fā)器10。這樣，由于它是PROFIBUS DP的元件，因此 頂部控制點(diǎn)25接收由海水傳感器24測(cè)量的過(guò)程值。所有的數(shù)據(jù)包通過(guò) 電力線21傳輸?shù)胶５纂娮幽K7M，并且隨后通過(guò)路由設(shè)施l自動(dòng)圍繞 PROFIBUSDP環(huán)形拓樸而路由到海底電子模塊7X。例如，路由器資源 5還可以對(duì)諸如海水傳感器24的海底傳感器包括單獨(dú)的CAN總線接口 。
權(quán)利要求
1. 一種用于海底電子模塊(7)的路由設(shè)施(1)，包括在單個(gè)電路板(2)上的微控制器(3)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(4)和至少兩個(gè)路由器資源(5)，每個(gè)路由器資源(5)包括用于微分串行總線的各個(gè)本地收發(fā)器(9)和用于微分串行總線的各個(gè)遠(yuǎn)程收發(fā)器(10)，其中每個(gè)本地收發(fā)器(9)與對(duì)應(yīng)的遠(yuǎn)程收發(fā)器(10)連接，并且與能將數(shù)據(jù)包在所述路由器資源(5)之間路由的所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(4)連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的路由設(shè)施(1 ),包括總共正好四個(gè)所述路 由器資源(5)。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的路由設(shè)施(1 ),其中每個(gè)所述遠(yuǎn)程收 發(fā)器(10)與對(duì)應(yīng)的本地收發(fā)器(9)電隔離。
4. 如前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的路由設(shè)施(1 ),其中所迷遠(yuǎn)程 收發(fā)器(10)是浮動(dòng)的，而所述本地收發(fā)器(9)與本地電氣接地相聯(lián)系。
5. 如前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的路由設(shè)施(1),其中每個(gè)所 述遠(yuǎn)程收發(fā)器(10)包括有源總線端接裝置和偏置裝置。
6. 如前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的路由設(shè)施(1),其中每個(gè)所 述遠(yuǎn)程收發(fā)器(10)由各個(gè)直流/直流轉(zhuǎn)換器(13)供電。
7. 如權(quán)利要求6所述的路由設(shè)施(1),其中每個(gè)所述直流/直流轉(zhuǎn) 換器(13)可被分別斷開。
8. 如前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的路由設(shè)施(1),其中所述本 地收發(fā)器(9)并聯(lián)接線。
9. 如前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的路由設(shè)施(1),其中所述微 控制器(3)和所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(4)通過(guò)控制總線(8)可連接 到海底電子模塊(7)的主要控制單元(20)。
10. 如權(quán)利要求9所述的路由設(shè)施(1 ),其中所述控制總線(8) 通過(guò)插頭和插座連接(6)可連接到主要控制單元(20)。
11. 如前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的路由設(shè)施(1 )，其中所述單 個(gè)電路板(2)包括用于數(shù)字和/或;f莫擬過(guò)程值的至少一個(gè)輸入/輸出接口(14、 15、 16)。
12. 如前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所迷的路由設(shè)施(1 ),其中所述路 由器資源(5)提供可變傳輸比特率。
13. 如權(quán)利要求12所述的路由設(shè)施(1),其中所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門 陣列(4)提供具有恒定延遲的透明比特率。
14. 一種用于海底控制單元的海底電子模塊(7),海底電子模塊(7)包括如前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的路由設(shè)施(1)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于海底電子模塊(7)的路由設(shè)施(1)，包括在單個(gè)電路板(2)上的微控制器(3)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(4)和至少兩個(gè)路由器資源(5)，每個(gè)路由器資源(5)包括用于微分串行總線的各個(gè)本地收發(fā)器(9)和用于微分串行總線的各個(gè)遠(yuǎn)程收發(fā)器(10)，其中每個(gè)本地收發(fā)器(9)與對(duì)應(yīng)的遠(yuǎn)程收發(fā)器(10)連接，并且與能將數(shù)據(jù)包在所述路由器資源(5)之間路由的所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(4)連接。
文檔編號(hào)H04L12/40GK101512982SQ200680055928
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2006年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月25日
發(fā)明者E·布雷克, V·斯泰根, V·霍滕 申請(qǐng)人:西門子公司