[发明专利]海底电子模块

说明书

技术领域

本发明涉及海底电子模块。

背景技术

海上油井或气井的典型配置包括具有安装在海床上的海底控制设备的最上层主控站(MCS)。MCS通过海底设备为操作员提供接口，并显示出设备的各个部分的当前状态和传感器信息，使得操作员能够控制整个海底系统。MCS连接到海底控制模块(SCM)，海底控制模块安装在海床上的采油树上并且控制所有海底控制过程，提供液压传动以驱动安装在采油树上及井口处的阀门。它还接收来自安装在采油树上及井口处的传感器的过程仪表信号。在SCM内容纳的电子模块(SEM)中接收和处理这些信号，然后，结果数据被传送到MCS。

在早期的海上油井控制系统中，在安装在最上层的MCS中容纳所有软件，并且SEM仅由定制的硬件构成。直到二十世纪九十年代中期，SEM设计才组合了硬件和嵌入式软件。自那时起，对海上油井控制系统提出的要求已经变得更复杂，并且很多附加的功能性已经不得不构建于SCM中，特别是SEM中。

增加SEM的功能性以迎合不同的和日益复杂的控制和仪表要求的能力已经导致结合嵌入式软件的模块化设计。为此目的，SEM通常基于微处理器，采用包括若干个印刷电路板(PCB)的模块化设计，每个印刷电路板具有特定功能，诸如：与MCS通信；与仪表和传感器接口；控制阀门和液压装置；以及设备健康监测，每个PCB包含嵌入式软件。在SEM内利用数据高速通道(highway)以提供各种PCB之间的通信。

复杂控制系统所需要的SEM功能性可能导致在SEM中的各个PCB上容纳的处理器中繁重的软件载荷，而且这又可能引起操作问题并降低可靠性。

作为海底领域中的现有技术，可能会提到：US-A-7261162；US20040262008；US 20070107907；US 20100220773；US 20100202541；US-A-7768908；US 20090296428；US-A-7576447；WO 2009001024；WO 2008125793；WO 2007011230；US 20060064256；WO 05081077；US 20050232145；US 200501853491；以及WO 04063328。

将理解的是，一般来说，SEM的PCB的处理器具有监测功能(诸如从诸如传感器形式的装置读取数据)或者装置控制功能(诸如解释命令和控制例如象方向控制阀(DCV)之类的装置的操作)。这些功能中的每个可在两个级之间拆分，即，分别是读取级或操作级(在下文中称为“电子访问”)，以及分别是数据处理级或使用控制算法的控制级(在下文中称为“计算”)。按照惯例，这些级中的每个不是分离的，但是由PCB的单个处理器执行。

上述内容在图1中示意性示出，其中SEM的海底PCB具有用于执行关于各种装置的“电子访问”和“计算”的处理器P，所述各种装置可以是例如传感器或方向控制阀。

实际上，当然，SEM具有若干个PCB，而图2中示意性地示出了两个PCB，即PCB A和PCB B，PCB A的处理器PA执行关于装置1、2、3的“电子访问”和“计算”，而PCB B的处理器PB执行关于装置4、5和6的“电子访问”和“计算”，参考标号7指示采取以太网总线的形式的数据高速通道，SEM的处理器和PCB耦合到以太网总线。这些处理器具有实质上相同的处理能力或者本领，并且可能是这样的情况：针对处理器PA，用于“电子访问”和“计算”的软件负荷对于处理器PA的处理能力或本领而言太大，而针对处理器PB，软件负荷在处理器PB的处理能力或本领之内。

在这样的情况下，一个解决方案将是改变处理器PA的设计，例如使用一个更强大的处理器。然而，如果处理器PB不变，则这将导致在管理和维护软件的不同集合方面的大量工作和成本，而如果处理器PB也被一个更强大的处理器取代，这将增加成本和更大的功耗。

图3中示意性地示出了另一种情况。在该情况下，处理器PA和PB其中之一对装置1、2和3起作用，PCB B作为当另一个PCB出故障时使用的冗余PCB。按照惯例有两种方式去操作-关于使用哪个PCB(但是如果它出故障，则可能要花时间使另一个PCB开始操作)让最上层作决定，或者具有在PCB的处理器之间运行的复杂算法，例如它们之间的令牌，但考虑到处理器可能具有有限的计算能力，开发这样的算法需要成本。

发明内容