Универсальный разъем AUV WiSub

Клаудио Пашоа • 28 февраля 2018

Ранняя карьера главы компании WiSub Марка Бокенфофера основывалась на разработке, поставке и эксплуатации на морских пультах с дистанционным управлением (ROV) и соответствующих системах рабочего класса, где можно легко наблюдать ограничения подводных разъемов. «Используя низкоскоростные индуктивные модемы в качестве пилота ROV во время операций по океанографической науке, я был убежден, что штыревые соединители также должны быть разработаны для нефтегазовой промышленности, хотя потребовалось еще одно десятилетие, несколько изменений в стране и прежде чем я совершил прыжок, чтобы построить компанию, которая будет предоставлять такие решения. Официально проект UAC называется «Универсальный интерфейс для зарядки и передачи данных без вывода AUV». Внутри мы называем этот проект «бесконтактным интерфейсом AUV» или PAX ». WiSub значительно улучшила продвижение современной подводной связи, однако мы должны поделиться кредитом с разработкой более ранних технологий подключения без штырей за то, что мы получили вдохновение, чтобы идти дальше и мечтать больше », - сказал Бокенфохр.

Говоря с Bokenfohr, вы сразу ощущаете страсть и знания, которые он имеет для потенциала универсального соединителя AUV (UAC). Важно взглянуть на историю, связанную с этим прорывом. «Бесшумные индуктивные соединители используются в течение нескольких десятилетий под водой, разработанные для преодоления значительных ограничений закрепленных соединителей на мокрой основе. Одними из самых ранних приложений в этой области были просто разделенные половинки трансформатора, обеспечивающие беспроводную мощность, основанную на принципах, запатентованных Николой Теслой сто лет назад. Данные также передавались по беспроводной сети через воду через электромагниты (ЭМ) в течение десятилетий », - объясняет Бокенфохр. Однако для того, чтобы концепция ОАК достигла совершеннолетия, необходимы ключевые технологические разработки. «Значительные и относительно недавние разработки в области технологий, связанных с воздухом, позволили осуществить скачок вперед в современном состоянии подводной связи на основе ЭМ. Коммерческая доступность электромобилей также породила развитие беспроводной зарядки более высокой мощности; WiSub разработал наш продукт Torden в сотрудничестве с одним из таких разработчиков, который передавал 18 кВт в движущийся электрический автомобиль. WiSub вступает в брак с новейшими методами и схемами, возможными при резонансной передаче мощности с революционным применением очень высоких частот под водой для передачи данных и мощности по коротким промежуткам морской воды. Мы видели дальше, стоя на плечах гигантов ».

Согласно Bokenfohr, существуют некоторые специфические характеристики бесконтактного соединения, которые позволяют UAC поддерживать надежные данные и передачу мощности под водой, что жизненно важно для обеспечения надежной док-станции AUV - «Поддержание надежного соединения означает поддержание возможности подключения и отключать, не увеличивая риск сбоя или ухудшения производительности. Надежные закрепленные соединения могут работать достаточно надежно, если их тщательно обрабатывать и подключать только один раз; некоторые могут считать их похожими на паяные соединения, которые соединены один раз и не предназначены для разделения. Чтобы надежные подвижные части соединителя были безопасными, а надежность соединения над несколькими циклами смачивания намного сложнее из-за необходимости динамического уплотнения от агрессивной воды под высоким давлением, выровняйте штифты каждый раз при попытке уплотнения и повторного уплотнения без поломки заземления или отказ. Загрязняющие вещества в воде и грубой эксплуатации оператора усугубляют проблему уплотнения и выравнивания. Основная физика конструкции pin-to-socket также ограничивает скорости передачи данных из-за длинных неэкранированных, раскрученных длин контактов, которые вводят возможность помех. Бесшумное соединение по своей сути более надежно в течение нескольких циклов сопряжения, поскольку нет динамических уплотнений, которые изнашиваются, гораздо более прощающий спаривающий толерант, иммунитет к загрязнению и отсутствие выводов для выравнивания, разрыва или изгиба. Сниженная механическая сложность является ценной в повышении надежности и оправдывает применение твердотельной электроники. Существуют дополнительные усовершенствования, которые интеллектуальный соединитель может обеспечить, какие «простые» контакты не могут быть такими, как локальная диагностика сети ».

Одним из важных прорывов, которые сделали концепцию UAC жизнеспособной, относится к запатентованной технологии высокоскоростной высокочастотной микроволновой электроники WiSub - «Связь на основе EM известна десятилетиями в радиочастотном диапазоне (ниже 300 МГц) и была применяется для низкоскоростной передачи данных на короткие расстояния (несколько метров). Передача высокочастотных данных была проигнорирована из-за ее очень высокого затухания в морской воде. Распространение EM-волн на уровне ГГц невозможно за пределами 10 сантиметров через морскую воду и более практично только полезно при 5 сантиметрах. Это никогда не считалось практическим расстоянием для «беспроводной связи», поскольку «передача на некотором расстоянии» всегда понималась для «беспроводной» технологии. Высокочастотная ЭМ работает очень хорошо для штыревых разъемов, хотя, и поскольку это никогда не было очевидным для других, мы смогли обеспечить патенты на этот изобретательный шаг в подводной связи », - объяснил Бокенфохр. Также интересно отметить преимущества этой технологии по сравнению с традиционными низкочастотными RF, индуктивными или акустическими технологиями. Высокая скорость передачи данных по широкой полосе пропускания является основным преимуществом, которое предлагает беспроводная подводная передача данных WiSub, начиная со 100 Мбит / с и заканчивая разработкой 1 Гбит / с. «Это высокоскоростное преимущество возможно из-за задействованных частот, что требует небольших (микро) длин волн, что также оказывается той же самой особенностью, которая препятствует дальнему перемещению этих волн. Микроволны определены для работы в диапазоне частот 300 МГц - 300 ГГц; другие технологии, применяемые в области подводной связи, обычно работают на гораздо более низких частотах и ​​соответственно снижают скорость передачи данных. Скорость передачи данных kbps (килобит в секунду) возможна с акустической связью. Радиочастотные линии связи (в диапазоне от 3 кГц до 300 ГГц) способны достигать аналогичных скоростей передачи данных на несколько метров. Индуктивные линии, используемые для передачи мощности, часто также используются для передачи данных с небольшим разделением между частотами, что также создает некоторый риск помех. Дополнительным практическим преимуществом использования микроволн в ГГц для передачи данных и более длинных волн в кГц для передачи мощности является большое разделение между частотами, что позволяет избежать проблем с помехами. Кроме того, на акустические коммуникации негативно влияют мутность и шум в водяном столбе, что не влияет на системы на основе ЭМ », - сказал Бокенфохр.

Поиски надежной и надежной подводной станции AUV продолжались как минимум на десятилетие. С увеличением размера, глубины и сложности подводных месторождений нефти и газа потребность в долгосрочной стыковке AUV и ROV значительно возросла. С точки зрения упрощения оперативной логистики и снижения стоимости вспомогательных судов возможности, предлагаемые ОАК, действительно могут стать игровым сменщиком. Согласно Bokenfohr «стыковка AUV чрезвычайно рискованна, если она не установлена ​​через штыревой разъем. Стыковка ранее была продемонстрирована другими пользователями с использованием беспроводных подводных технологий, но эти разработки были ограничены в совместимости с другими системами и определенными для определенных транспортных средств и сетей. Система соединения PAX повысит жизнеспособность долгосрочных подводных док-станций, предоставляя универсальную систему соединений, которая совместима между несколькими системами AUV, поощряя развертывание и распространение технологии во всех подводных отраслях на международном уровне. Дополнительным результатом проекта будет возможность подавать питание от AUV на распределенные датчики в подводной среде, а также собирать данные, собранные такими датчиками. Датчики, развернутые под водой и не подключенные к дорогостоящей кабельной сети, ограничены временем автономной работы, скоростью передачи данных и расстоянием связи. Включение AUV в «подводный резидент» позволяет локализовать распределение мощности без необходимости в кабельной сети, сокращая расстояние связи до сантиметров, увеличивая скорость передачи данных до Мбит / с вместо пределов, налагаемых физикой акустической коммуникации ».

Основные характеристики и возможности UAC и его рейтинг глубины демонстрируют множество возможных применений, которые могут иметь для индустрии O & G. «Проект PAX будет поставлять два дискретных интерфейса, технологию в этих системах, основанную на удостоенных наград WiSub продуктах Torden и Maelstrom. Разработка Torden PAX будет использоваться для зарядки AUV, а новая разработка Fonn будет использоваться для зарядки от AUV. Оба приложения будут использовать запатентованную систему полудуплексной передачи данных на основе 100 Мбит / с WiSub.

Это допуски на разрыв в соединении и его данные и возможности передачи мощности - 10-миллиметровый зазор. 100 Мбит / с, 250 Вт @ 24vdc (интерфейс интерфейса Fonn) и 3kW @ 300vdc (интерфейс Torden PAX AUV). «Мы не заметили, что глубина влияет на производительность штыревого разъема, за исключением случаев, когда материалы сжимаются (например, материал инкапсуляции вокруг головок преобразователя) и разрыв в морской воде увеличивается. Дальнейшие исследования в проекте подтвердят эксплуатационные параметры результатов проекта. Ожидается, что запланированные исследования проекта в отношении известковых отложений приведут к дополнительной полезной информации об экологических факторах, которые могут повлиять на производительность штыревого разъема ». Bokenfohr также отметил разнообразие и важность своих партнеров в проекте:« Проект PAX объединяет разнообразные группа участников, некоторые из которых находятся в прямой конкуренции друг с другом, но все выиграют от развития событий. Некоторые из участников проекта имеют коммерческие отношения, и они включают производителей AUV, операторов AUV, поставщиков акустических систем связи, заинтересованных сторон подводной инфраструктуры и научных кругов, которые все играют определенную роль в проекте. Каждый из них привносит свою уникальную компетенцию и свой неоценимый опыт и советы в разработку наиболее релевантных результатов ».

WiSub полагает, что в ближайшем будущем будет использоваться технология UAC для использования в док-станции для глубоководных AUV, причем одна система будет развернута к концу этого года. «В настоящее время разработка Fonn 250W находится на заключительном этапе - первое оборудование, которое будет развернуто в декабре 2017 года. Torden PAX 3kW будет развернут во втором квартале / третьем квартале 2018 года. Резидентные системы ROV и AUV будут задействованы через эти разработки. Однако существующие продукты WiSub уже развернуты и используются в качестве интерфейсов стыковки AUV с клиентами в Северной Америке. Инновация WiSub в высокочастотной передаче данных добавила важный компонент, который позволил бы ускорить скорость передачи данных, что было признано в OTC 2015 благодаря группе отраслевых экспертов, награждающих систему подключения WiSub Maelstrom - «Spotlight on New Technology Award». Maelstrom был разработан, чтобы стать нашим первым флагманским продуктом, демонстрирующим возможности высокоскоростной бесконтактной связи по микроволновым частотам в сочетании с индуктивными методами передачи энергии для удовлетворения потребностей отрасли в надежном надежном подключении. В мае 2017 года Торден также получил свою собственную награду Spotlight, подтвердив, что индустрия продолжает видеть большую ценность в недорогих подводных соединительных решениях », - заключает Bokenfohr.

(Как опубликовано в январе / феврале 2018 года издание « Морской репортер технологий» )