ARRANGEMENT FOR POWER-SUPPLY AND MEASUREMENT-DATA TRANSMISSION FROM A CENTRAL STATION TO SEVERAL MEASUREMENT POSTS

Abstract: 1. Arrangement for the transmission of measurement values from several measurement locations (4), which are connected one behind the other along an elongate submarine structure, to a central station, wherein a single-core cable (1) runs from the central station to the measurement locations (4), to which cable the measurement locations (4) are connected and which serves for the energy supply of the measurement locations (4) as well as also for the measurement value transmission, and the mass of the structure or the seawater is drawn upon for the return of the current after the last bushing transformer (h), characterised thereby, that a low-frequency generator (5) in the central station supplies the measurement locations (4) with electrical energy in their transmission pauses by way of the cable (1) and by way of bushing transformers (2 ... n), which energy is stored in equipments (14) in the measurement locations (4), and that a frequency generator (7) in the central station by way of a modulator (8) interrogates the individual measurement locations (4) by pulse-coded centre-frequency signals of the frequency (f1 ), recognises, activates or switches off a disturbed measurement location, whilst the measurement value transmission to the central station takes place by means of pulse-coded centre-frequency signals of the frequency (f2 ) over the same bushing transformers (2 ... n).

Description: "Anordnung zur inergie- und Messwertübertragung von einer Zentralstation auf mehrere Messstellen" Die Erdindung befasst sich mit einer Anordnung gemäss den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1. Bei Wasserfahrzeugen, z. B. Bohrplattformen, insbesondere solchen, die für Tiefbohrungen verwendet werden und mittels Bnkerseilen und Ankerwinden über der Bohrposition gehalten werden, ist es bekannt, dass die Position des Wasserfahrzeuges von dem Bohrloch nur in bestimmten engen Grenzen abweichen darf. Werden diese Grenzen überschritten, wird das Standrohr (Riser), in dem das Bohrgestange geführt ist, unzulässig hoch beansprucht. Bei Beschädigung der Bohreinrichtung sind umfangreiche Austauscharbeiten auszuführen, abgesehen von den wirtschaftlichen Verlusten. Um die Lage des Standrohres jederzeit kontrollieren und entsprechende Befehle an Antriebseinrichtungen und Winden geben zu können, um Sbweichungen des Fahrzeuges aus einer Sollage auszuregeln, sind über die Lange des otandrohres verteilt Neigungswinkelmesseinrichtungen angeordnet. Diese von einer Zentralstation auf dem Wasserfahrzeug ständig nacheinander abgefragten Sinrichtungen geben in ihrer Gesamtheit jederzeit ein genaues Bild über die Lage des Standrohres (DE-AS 25 02 020). Derartige Anlagen sind üblicherweise so ausgelegt, dass Kabel von den einzelnen Messstellen zu einer Zentralstation führen, in der die gemeinsame Energieversorgung für alle Messstellen untergebracht ist und in der die Signale aller MeBstellen ausgewertet werden. Es sind auch Anordnungen bekannt, bei denen zur ¯"ersparnis der Verkabelungskosten die Energieversorgung über ein einziges Eabel erfolgt, an welches die Messstellen einzeln angeschlossen sind. Für Anlagen, die in einer sehr ungünstigen Umgebung, z.B. unter Wasser, eingesetzt werden, bringen die elektrischen Verbindungen, die an jeder einzelnen messstelle erforderlich sind, eine erhebliche Verringerung der Betriebssicherheit mit sich. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe für eine Anordnung gemäss dem Oberbegriff des Hauptanspruches ist darin zu sehen, dass eine Anordnung verwendet wird, die für eine Vielzahl von Messstellen unter erschwerten Umweltbedingungen eine kontaktlose Snergie- und esswertübertra- gung auf eine Zentralstation gestattet, aabei einfach zu handhaben ist und eine grosse Informationsmenge verarbeiten kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Sennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmale gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Der wesentliche Vorteil einer Anordnung nach der irfin- dung besteht darin, dass ein einfacher Aufbau der Mess- stellen über die Durchsteckwandler möglich und die Anordnung bis zu grössten Wassertiefen verwendbar ist. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der erfindung schematisch dargestellt. Gemäss Figur 1 sind an eine Kabelschleife 1, die parallei zu einem nicht dargestellten Standrohr verläuft, über Durchsteckwandler 2, 3 ... n Messstellen 4 angeschlossen. Das Kabel ist längs- und querwasserdicht und hat einen so kleinen ohmschen Widerstand, dass es für die verwendeten Frequenzen praktisch verlustlos ist. Diese messstellen sind über die Länge der Sabelschleife verteilt angeordnet. Es kann zwecQässig sein, Messstellen in bestimmten Bereichen des Standrohres mit kleineren gegenseitigen ibsQänden vorzusehen, um Abweichungen des Standrohres aus seiner Solllage genauer zu erfassen. Ein Generator 5 liefert einen konstanten Strom mit fester Netzfrequenz und versorgt über einen Wechselstromschalter 6 mit Thyristoren die Kabelschleife 1 und damit die Mess- stellen 4 mit der erforderlichen energie. Dem Wechselstromschalter, der zur Erzeugung der Impulstelegramme dient, über die die Messstellen ein- und ausgeschaltet werden, sind zwei Sperrkreise 6a in Reihe nachgeschaltet. Diese verhindern, dass störende Oberwellen, die durch Generator und Wechselstromschalter hervorgerufen werden, in die Ea- belschleife gelangen. Von der Zentralstation oberhalb der strichpunktierten Linie können die Nessstellen 4 ein- und ausgeschaltet werder. Die Schaltbefehle werden über Serien telegramme an die Messsteilen gegeben. Als Datenträger dient die Versorgungsspannung. Sin Frequenzgenerator 7 und ein Modulator 8 sind vorgesehen zur Abgabe impuls- codierter Signale bei einer Trägerfrequenz f1, um die einzelnen Messstellen 4 zur Abgabe der Messwerte auf zur rufen. Diese Meldung von den Messstellen 4 zur Zentralstation wird durch Impulstelegramme mit einer Trägerfrequenz 2 sendet. Die Impulstelegramme mit der Frequenz f1 werden über einen Übertrager in die Label- schleife eingekoppelt. In die Hochspannungsseite (Kabel- seite) des Übertragers und zur Auskopplung der lietzfre- quenz ist ein Kondensator geschaltet. Er wird so dimensioniert, dass die Trägerfrequenz f2 nicht beeinträchtigt wird. Die Impulstelegramme f2 werden in einer Filterstufe 9 in Binärsignale umgewandelt und über einen Verstärker 10 an einen Rechner 11 gegeben. Der Rechner 11 gibt die Messwerte aus, die zur Korrektur der Istposition des Fahrzeuges über die Antriebe erforeerlich sind. Die in der Filterstufe 9 verstärkten f2-Signale werden gleichgerichtet und geglättet. Damit werden Binärsignale aus den Impulstelegranunen gewonnen. Da die Binärsignale durch die )?ilterstufe 9 stark verzerrt sein können, werden sie auf eine Triggerstufe gegeben, deren Referenzspannung in einem Probelauf der Messanordnung für jede llessstelle ermittelt wird. Der Durchsteckwandler 2 ist so dimensioniert, dass seine Betriebspermeabilität oberhalb der optimalen Permeabilität liegt. Die Sättigungsinduktion wird dabei nicht erreicht. Da sich im bendebetrieb der Lastwiderstand verkleinert, werden sich der Strom und die H'eldstärke vergrössern. Die sich dann einstellende Permeabilität liegt etwas unterhalb der optimalen Permeabilität. Unter diesen Voraussetzungen kann für die Netzspannung eine Leistungsanpassung erreicht werden, die im Sendebetrieb nicht gestört wird. An die Wicklung des Durchsteckwandlers 2 ist zur Stromversorgung der Messstelle 4 ein Tiefpass 12, ein Netzgerät 13 sowie ein ARSumulator 14 vorgesehen. Lin Spannungswandler 15 versorgt einen Frequenzgenerator 16 (f2), einen Modulator 17, ein Messwerterfassungsglied 18 und einen Empfänger 20 mit den notwendigen Spannungen. Der Tiefpass 12 verhindert, dass die Trägerfrequenzen f1 und f2 sich über dem Netzgerät 13 kurzschliessen. ugleich enthält er einen Sperrkreis für die Schaltfrequenzen des Spannungswandlers 15. Das Netzgerät 13 enthält einen Gleichrichter und einen Parallelregler am Spannungsausgang, der ein Uberladen des Akkumulators verhindert. Im Glied 18 sind Einrichtungen zum flntschlüsseln der hdress- signale, ein Multiplexer zum Auslesen von Messwertgebern und ein Wandler enthalten, der die Messwertinformationen in ein Serientelegrnmm umsetzt. Dieses Serientelegramm wirkt auf einen Modulator 17, der seine Ausgangsspannung in den Durchsteckwandler 2 einkoppelt. Die von der Zentralstation gesendeten Adresssignale werden über den Wandler 2 auf das Filter 19 und den empfänger 20 gegeben. An das Netzgerät 13 in der Messstelle sind ferner eine Filterstufe 21 für die Netzfrequenz, ein fimpfänger 22 sowie. ein Block 23 angeschlossen, in dem eine Serien-/ Parallel wandlung tJMT und ein PRON enthalten sind. Die Ausgangssignale d1, d2 und d3 veranlassen bei bestimmten Eingangssignalen Schalthandlungen, wie sie durch die Schaltstellen d1 d d3 angedeutet sind. Jede einzelne Mess- stelle weist ein eigenes PROM auf. Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Die aus dem Generator 5 mit energie versorgte Kabelleitung 1 ist hinter dem letzten Durchsteckwandler n über das Seewasser und die Metallstruktur wieder mit dem Gene- rator verbungen. Die Rückleitung kann aber auch die B:abel- leitung 1 sein, die dann aussen an den Durchsteckwandlern entlang zum Generator zurückführt. Die einzelnen Nessstel- len 4 werden mit Hilfe von Mittelfrequenz-Impulstelegram- men f1 zur Abgabe Ihrer Messwerte aufgerufen. Die Adresssignale werden in der Zentralstation erzeugt und mit Hilfe des Generators 7 und des Modulators 8 auf die Ka- belleitung 1 begeben. Dort wird mit der gesendeten adres- se eine der Messstellen 4 über den jeweiligen Durchsteckwandler angesprochen. Alle anderen Messstellen bleiben passiv. Die aufgerufene 14.essstelle antwortet mit einem Serientelegramm, das die Messwerte enthält. Die für das Antworttelegramm notwendige Energie wird aus dem Akku- mulator 14 bezogen. Dieser wird in den Sendepausen wieder aufgeladen und hat nur die zum Senden erforderliche Ener- gie bereitzustellen. Wenn eine der Messstellen gestört sein sollte, kann diese störung durch das gezielte Ein- und Ausschalten erkannt und die gestörte Messstelle von dem Datenkanal getrennt werden. Diese flin- und Ausschaltung erfolgt über die Information eines Serientelegramms, wobei der Datenträger die Versorgungsspannung ist. Dieses Telegramm enthält die Adresse der ilessstelle und die Anweisung, ob der Sender ausgeschaltet, die Messwerterfassung normiert oder der Akkumulator von der nachfolgenden elektronik abgeschaltet werden soll. Das Übertragungskabel ist zweckmässig bifilar auf einer Kabeltrommel in der Zentralstation aufgewickelt, die zur Ausschaltung der Eigeninduktivität zusätzlich eine Kurzschlusswicklung erhält. Illit Hilfe der Durchsteckwandler kann die Messstrecke verhältnismässig rasch aufgebaut und Messungen in beliebig tiefem Wasser durchgeführt werden. Der Aufbau der messstrecke kann gemäss Figur 2 dadurch erleichtert werden, dass der Kern des Durchstekwandlers 2, 3 ... n mit einem Spalt versehen wird, der nach Sin- führung des Kabels mit einem passstück 24 wieder geschlossen wird. Da das Passstück selbst in grossen Wassertiefen kräftemässig nicht beansprucht wird, reicht es aus, das Passstück 24 durch eine federnde Klammer 25 in seiner Lage zu sichern. Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung in 3ohranlagen beschränkt, bei denen von einer dynamisch positionierten Bohrplattform Bohrung in tiefem Wasser niedergebracht werden. ebenso ist sie mit Vorteil einsetzbar bei der CDerwachung von Förderrohren für den Meeresbergbau. Ganz allgemein können langgestreckte Strukturen zwischen einem an der Wasseroberfläche befindlichen Fahrzeug und dem Meeresboden mit Hilfe des Anmeldungsgegenstandes auf die Einhaltung zulässiger Beanspruchungen überwacht werden.

Claims: Patentansprüche 1. Anordnung zur Ubertragung von Messwerten von mehreren MeBstellen auf eine Zentralstation, insbesondere zur Messwertübertragung entlang eines Risers für Bohrstellen in tiefem Wasser, eines Förderrohres für Meeresbergbau o. ä., wobei ein Sinaderkabel mit von der Zentralstation zum Bohrloch geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die ein zellen Messstellen über Durchsteckwandler ihre Energie von einem an das kabel in der Zentralstation angeschlossenen Niederfrequenzgenerator erhalten, dass die Abfrage der einzelnen Messstellen über pulscodierte Hittelfrequenzsignale von der Zentralstation erfolgt, während die Ubertragung der Messwerte zur Zentralstation über dieselben Durchsteckwand ler mittels pulscodierter lielegramme in einer anderen Mittelfrequenzbereich erfolgt, und dass inrichtungen in den Messstellen die über das Kabel zugeführte Energie speichern. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführung des Stromes nach dem letzten Durchsteckwandler über Piasse oder durch das Seewasser erfolgt. 3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralstation während der Abfrage eine gestörte Messstelle erkennt und durch pulscodierte Signale auf der Versorgungsspannung die Messstelle neu aktiviert oder abschaltet. 4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Wechselstromteil des Schalters (6) Sperrkreise (6a) vorgesehen sind für beide Trägerfrequenzen f1 und i.2. 5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mnergiespeicher (14) zur Versorgung der messstelle in den Sendepausen aus der Versorgungsspannung aufgeladen wird. 6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebspunkt des Wandlers (17) so gewählt ist, dass bei flinschaltung die Sendeleistung der Messstelle optimiert ist. 7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsspannung durch eine Regeleinrichtung so eingestellt ist, dass der Strom im Kabel konstant ist. 8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstellen (4) nacheinander von der Zentralstation zur Signalabgabe aufgerufen werden. 9. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Testlauf die riggerspannung (0ff.setspannung) für jeae messstelle (4) ermittelt wird. 10. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungskabel bifilar auf eine Kabelvorratstrom- mel aufgewickelt ist. 11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausschaltung der Eigeninduktivität zusätzlich eine Kurzschlusswicklung auf der Kabeltrommel vorgesehen ist. 12. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchsteckwandler derart modifiziert ist, dass der Wandlerkern einen Spalt auSweist, der durch ein Passstück (24) wieder verschlossen ist. 13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Passstück (24) mittels einer federnden Klammer (25) in seiner Lage gesichert ist.

Inventors: KRANERT, KLAUS, DR.-ING., SCHRODER, MICHAEL, ING.GRAD., Schröder, Michael, Ing.grad.
Applicants: LICENTIA PATENT-VERWALTUNGS-GMBH
Application year: 1980
Main classification: E21B47
IPC codes: E21B47, E21B33, G01V11