WiSubs universeller AUV-Anschluss

Von Claudio Paschoa • 28 Februar 2018

Die frühe Karriere von WiSub CEO Mark Bokenfohr basierte auf der Entwicklung, Lieferung und dem Offshore-Betrieb von remote-betriebenen Unterwasserfahrzeugen (ROV) der Arbeitsklasse und verwandten Systemen, bei denen die Grenzen von Unterwassersteckverbindern leicht beobachtet werden können. "Nachdem ich während der ozeanographischen Forschungsarbeiten induktive Low-Speed-Modems als ROV-Pilot eingesetzt hatte, war ich überzeugt, dass auch für die Öl- und Gasindustrie pin-less-Steckverbinder entwickelt werden sollten, obwohl es noch ein Jahrzehnt, einige Änderungen des Landes und das richtige Timing, bevor ich den Sprung zu einem Unternehmen schaffte, das solche Lösungen liefern würde. Offiziell heißt das UAC-Projekt "Universal AUV Pin-less Lade- und Datenübertragungsschnittstelle". Intern nennen wir dieses Projekt "Pin-less AUV Interface" oder PAX. "WiSub hat bedeutende Fortschritte bei der Weiterentwicklung von hochmodernen Unterwasserverbindungen gemacht, allerdings müssen wir die Entwicklung früherer pinnoser Verbindungstechnologien teilen um uns die Inspiration zu geben, weiter zu gehen und größer zu träumen ", sagte Bokenfohr.

Wenn Sie mit Bokenfohr sprechen, spüren Sie sofort die Leidenschaft und das Wissen, das er für das Potenzial des Universal AUV Connectors (UAC) hat. Es ist wichtig, die Geschichte dieses Durchbruches zu betrachten. "Seit Jahrzehnten werden pinlose induktive Steckverbinder unter Wasser eingesetzt, die entwickelt wurden, um die erheblichen Einschränkungen von steckbaren nasenkompatiblen Steckverbindern zu überwinden. Einige der frühesten Anwendungen in diesem Bereich waren einfach Split-Transformator-Hälften, die drahtlose Energie liefern, basierend auf den Prinzipien, die 100 Jahre zuvor von Nikola Tesla patentiert wurden. Daten werden seit Jahrzehnten auch drahtlos über das Elektromagnetische System (EM) übertragen ", erklärt Bokenfohr. Um das UAC-Konzept zu entwickeln, waren jedoch wichtige technologische Entwicklungen notwendig. "Signifikante und relativ neue Entwicklungen in der Durchlüftungstechnologie haben einen Sprung nach oben auf dem neuesten Stand der Technik für EM-basierte Unterwasserverbindungen ermöglicht. Die kommerzielle Verfügbarkeit von Elektroautos hat auch die Entwicklung von drahtlosem Laden mit höherer Leistung hervorgebracht; WiSub entwickelte unser Torden-Produkt in Zusammenarbeit mit einem Entwickler, der 18 kW in ein fahrendes Elektroauto umwandelte. WiSub vereint die neuesten Methoden und Schaltkreise, die bei der resonanten Leistungsübertragung möglich sind, mit der revolutionären Anwendung von sehr hohen Frequenzen unter Wasser, um Daten und Leistung über kurze Meerwasserlücken zu übertragen. Wir haben weiter gesehen, indem wir auf den Schultern von Riesen standen. "

Laut Bokenfohr gibt es einige spezifische Eigenschaften der pin-losen Verbindung, die es der UAC erlauben, zuverlässige Daten und Energieübertragung unter Wasser aufrechtzuerhalten, die für eine zuverlässige AUV-Dockingstation unabdingbar sind - "Aufrechterhaltung einer zuverlässigen Verbindung bedeutet Aufrechterhaltung der Verbindungs- und Verbindungsfähigkeit trennen, ohne das Risiko eines Ausfalls oder einer verschlechterten Leistung zu erhöhen. Legacy-Pinned-Verbindungen können bei sorgfältiger Handhabung und nur einmalem Anschluss einigermaßen zuverlässig funktionieren; manche halten sie für eine Lötstelle - einmal verbunden und nicht getrennt. Um die Präzision der beweglichen Teile des Steckverbinders sicher zu halten und die Verbindung über mehrere Wet-Mate-Zyklen zuverlässig zu halten, ist eine dynamische Abdichtung gegen korrosives Hochdruckwasser erforderlich. Passen Sie die Pins immer perfekt an, ohne zu versiegeln und zu verschließen Bodenfehler oder Fehler verursachen. Verunreinigungen im Wasser und grobe Handhabung des Bedieners verschärfen das Problem der Abdichtung und Ausrichtung. Die Grundphysik der Stift-zu-Sockel-Konstruktion begrenzt auch die Geschwindigkeiten, die für die Datenübertragung möglich sind, und zwar aufgrund der langen nicht abgeschirmten, unverdrillten Stiftlängen, die die Möglichkeit von Interferenz einführen. Die pinlose Verbindung ist von Natur aus zuverlässiger über mehrere Steckzyklen, da keine dynamischen Dichtungen vorhanden sind, die verschleißen, eine viel tolerantere Passgenauigkeit, Unempfindlichkeit gegen Verschmutzung und keine Stifte zum Ausrichten, Brechen oder Biegen. Eine verringerte mechanische Komplexität ist zur Erhöhung der Zuverlässigkeit wertvoll und rechtfertigt den Einsatz von Festkörperelektronik. Es gibt weitere Verbesserungen, die ein intelligenter Connector bieten kann, die "einfache" Pins nicht können, wie z. B. lokalisierte Netzwerkdiagnose. "

Einer der entscheidenden Durchbrüche, die das UAC-Konzept erst möglich gemacht haben, betrifft WiSubs patentierte Hochgeschwindigkeits-Mikrowellen-Hochfrequenztechnologie - "EM-basierte Kommunikation ist seit Jahrzehnten im Radiofrequenzbereich (unterhalb von 300 MHz) bekannt und wurde für die Datenübertragung mit niedriger Geschwindigkeit über kurze Entfernungen (einige Meter). Die hochfrequente Datenübertragung wurde wegen ihrer sehr hohen Dämpfung im Seewasser ignoriert - eine Ausbreitung von EM-Wellen im GHz-Bereich ist nicht mehr als 10 Zentimeter durch Meerwasser und praktisch nur unter 5 Zentimetern möglich. Dies wurde nie als praktischer Abstand für "drahtlose Kommunikation" angesehen, da "Übertragung über eine Entfernung" immer für "drahtlose" Technologie verstanden wurde. Hochfrequente EM funktioniert jedoch sehr gut für Steckverbinder ohne Stift, und da es für andere nie offensichtlich war, konnten wir Patente für diese erfinderische Tätigkeit in der Unterwasserkommunikation patentieren lassen ", erklärte Bokenfohr. Es ist auch interessant, die Vorteile dieser Technologie gegenüber herkömmlichen HF-Niederfrequenz-, induktiven oder akustischen Technologien zu beachten. Eine hohe Datenübertragungsgeschwindigkeit über eine große Bandbreite ist der Hauptvorteil von WiSubs mikrowellengestützter Unterwasser-Datenverbindung, beginnend bei 100 Mbit / s und über 1 Gbit / s in der Entwicklung. "Dieser Hochgeschwindigkeitsvorteil ist aufgrund der beteiligten Frequenzen möglich, die kleine (Mikro-) Wellenlängen erfordern, was auch das gleiche Merkmal ist, das eine Fernbewegung dieser Wellen verhindert. Mikrowellen sind so definiert, dass sie im Frequenzbereich von 300 MHz bis 300 GHz arbeiten. die anderen auf dem Gebiet der Unterwasserkommunikation angewendeten Technologien arbeiten typischerweise bei weit niedrigeren Frequenzen und entsprechend niedrigeren Datenraten. Datengeschwindigkeiten von kbps (Kilobits pro Sekunde) sind mit akustischer Kommunikation möglich. Funkfrequenz-Kommunikationsverbindungen (im Bereich von 3 kHz bis 300 GHz) können ähnliche Datengeschwindigkeiten über einige Meter erreichen. Induktive Verbindungen, die für die Energieübertragung verwendet werden, werden oft auch für die Datenübertragung verwendet, mit einer kleinen Trennung zwischen Frequenzen, die ebenfalls ein gewisses Störungsrisiko darstellt. Ein zusätzlicher praktischer Vorteil der Verwendung von Mikrowellen bei GHz für die Datenübertragung und längeren Wellenlängen bei kHz für die Leistungsübertragung ist die große Trennung zwischen den Frequenzen, wodurch Interferenzprobleme vermieden werden. Zusätzlich wird die akustische Kommunikation durch Trübung und Rauschen in der Wassersäule beeinträchtigt, was EM-basierte Systeme nicht beeinträchtigt ", sagte Bokenfohr.

Die Suche nach einer robusten und zuverlässigen Unterwasser-AUV-Dockingstation dauert seit mindestens zehn Jahren. Mit der Zunahme von Größe, Tiefe und Komplexität der Öl- und Gasproduktionsfelder unter Wasser hat sich der Bedarf an Langzeit-AUV- und ROV-Docking stark erhöht. Im Hinblick auf die Vereinfachung der operativen Logistik und die Senkung der Kosten für die Unterstützungsschiffe könnten die Möglichkeiten, die die UAC bietet, wirklich eine entscheidende Veränderung darstellen. Laut Bokenfohr "ist das AUV-Andocken extrem riskant, wenn es nicht über einen pin-losen Stecker hergestellt wird. Das Andocken wurde früher von anderen unter Verwendung von drahtlosen Unterwassertechnologien demonstriert, aber diese Entwicklungen waren in der Kompatibilität mit anderen Systemen begrenzt und spezifisch für bestimmte Fahrzeuge und Netzwerke. Das PAX-Verbindungssystem wird die Durchführbarkeit langfristiger Unterwasser-Dockingstationen erhöhen, indem es ein universelles Verbindungssystem bereitstellt, das mit mehreren AUV-Systemen kompatibel ist und den Einsatz und die Verbreitung der Technologie in allen Unterwasserindustrien weltweit fördert. Ein weiteres Ergebnis des Projekts wird die Fähigkeit sein, Strom von dem AUV an verteilte Sensoren in der Unterwasserumgebung zu liefern, sowie die von solchen Sensoren gesammelten Daten zu sammeln. Sensoren, die unter Wasser eingesetzt werden und nicht mit einem teuren Kabelnetzwerk verbunden sind, sind hinsichtlich der Batterielebensdauer, der Datenübertragungsgeschwindigkeit und der Kommunikationsdistanz begrenzt. Wenn das AUV als Untersee-Resident zugelassen wird, ist eine lokale Stromverteilung ohne ein verkabeltes Netzwerk möglich, wodurch die Kommunikationsentfernung auf Zentimeter verkürzt wird, während die Datenübertragungsgeschwindigkeit auf Mbps anstelle der durch die Physik der akustischen Kommunikation auferlegten Grenzen erhöht wird.

Die Hauptmerkmale und Fähigkeiten der UAC und ihre Tiefenbewertung zeigen die vielen möglichen Einsatzmöglichkeiten für die O & G-Industrie. "Das PAX-Projekt wird zwei diskrete Schnittstellen, Technologie innerhalb dieser Systeme, liefern, die beide auf den preisgekrönten Torden- und Maelstrom-Produkten von WiSub basieren. Die Torden PAX-Entwicklung wird zum Aufladen des AUV verwendet, und die neue Entwicklung Fonn wird zum Aufladen vom AUV verwendet. Beide werden WiSubs patentierte halbduplex 100Mbps Mikrowellenbasierte Datenverbindung anwenden. "

Dies sind die Spalttoleranzen für die Verbindung und ihre Daten- und Leistungsübertragungsfähigkeiten - 10 mm Abstand. 100Mbps Datenübertragung, 250W @ 24VDC (Fonn Instrumentenschnittstelle) und 3kW @ 300VDC (Torden PAX AUV Schnittstelle). "Wir haben nicht beobachtet, dass die Tiefe sich auf die Leistung des Steckers ohne Stift auswirkt, außer in dem Fall, in dem Materialien (z. B. Verkapselungsmaterial um die Wandlerköpfe) und der Seewasserspalt zunehmen. Weitere Forschungen im Projekt werden die Betriebsparameter der Projektergebnisse bestätigen. Die geplante Kalksteinforschung des Projekts soll weitere nützliche Informationen über Umweltfaktoren liefern, die die Leistung von Steckverbindern beeinflussen könnten. "Bokenfohr wies auch auf die Vielfalt und Bedeutung seiner Partner in dem Projekt hin:" Das PAX-Projekt bringt ein vielfältiges Angebot zusammen Gruppe von Teilnehmern, von denen einige direkt miteinander konkurrieren, aber alle von den Entwicklungen profitieren werden. Einige der Projektteilnehmer haben bereits Geschäftsbeziehungen, darunter AUV-Hersteller, AUV-Betreiber, Anbieter akustischer Kommunikationssysteme, Akteure der Unterwasserinfrastruktur und Hochschulen, die alle eine Rolle in dem Projekt spielen. Jeder bringt seine eigene einzigartige Kompetenz und seine unschätzbare Erfahrung und Ratschläge bei der Entwicklung der relevantesten Ergebnisse ein. "

WiSub geht davon aus, dass die UAC-Technologie in naher Zukunft für den Einsatz in einer Tiefwasser-AUV-Dockingstation einsatzbereit sein wird. Bis Ende dieses Jahres wird ein System zum Einsatz kommen. "Die Fonn 250W-Entwicklung befindet sich jetzt in der Endphase, die erste Hardware, die im Dezember 2017 zum Einsatz kommt. Torden PAX 3kW wird im zweiten Quartal 2018 eingesetzt. Sowohl die residenten ROV- als auch die AUV-Systeme werden über diese Entwicklungen aktiviert. Die bestehenden WiSub-Produkte werden jedoch bereits als AUV-Docking-Schnittstellen zu Kunden in Nordamerika eingesetzt und genutzt. WiSubs Innovation im Hochfrequenz-Datentransfer hat eine wesentliche Komponente hinzugefügt, um schnellere Datenübertragungsgeschwindigkeiten zu ermöglichen. Dies wurde im Rahmen der OTC 2015 von einem Panel von Branchenexperten gewürdigt, die das WiSub Maelstrom-Verbindungssystem mit einem Spotlight on New Technology Award auszeichneten. Maelstrom wurde entwickelt, um unser erstes Flaggschiff-Produkt zu sein, das die Möglichkeiten der Hochgeschwindigkeits-Kommunikation ohne Pins über die Mikrowellenfrequenz in Verbindung mit induktiven Energieübertragungsmethoden demonstriert, um die Anforderungen der Industrie nach wiederholbarer zuverlässiger Verbindung zu erfüllen. Torden hat außerdem im Mai 2017 einen eigenen Spotlight-Award mit nach Hause genommen, der bestätigt, dass die Branche weiterhin großen Wert auf pinlose Unterwassersteckverbinderlösungen legt ", schließt Bokenfohr.

(Wie in der Januar / Februar 2018 Ausgabe von Marine Technology Reporter veröffentlicht )