電動(dòng)鉆機(jī)PLC通訊系統(tǒng)常見(jiàn)故障及處理方法

仇晨 薛程(江蘇石油工程有限公司鉆井處 江蘇 揚(yáng)州 225261)

前言

在油田電動(dòng)鉆機(jī)的系統(tǒng)中，PLC通訊系統(tǒng)是尤為重要的組織部分之一。由于其信號(hào)等級(jí)弱、線路脆弱、配件昂貴等特點(diǎn)，其故障出現(xiàn)頻率也隨著使用壽命的增加而升高。又由于其在電動(dòng)鉆機(jī)中扮演著“通信員”的重要地位。因此，快速判斷并尋找到PLC通訊的故障點(diǎn)，并加以處理就變得尤為關(guān)鍵。這不僅直接關(guān)系到井下生產(chǎn)安全，也潛在的創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

一、故障概況及經(jīng)過(guò)

PLC通訊系統(tǒng)主要包括PLC主站、各變頻柜通信板、司鉆臺(tái)PLC分站、工控機(jī)以及觸摸屏系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了西門子S7-300 PLC和Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)進(jìn)行對(duì)絞車、轉(zhuǎn)盤、泥漿泵系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)快速傳輸，并通過(guò)工控機(jī)實(shí)現(xiàn)全天候監(jiān)控、故障報(bào)警、參數(shù)修改、診斷等功能。最大的優(yōu)點(diǎn)是采用了雙PLC通訊系統(tǒng)，互為備用，進(jìn)一步保障了安全生產(chǎn)的可持續(xù)性。

（1）司鉆臺(tái)雙觸摸屏部分或全部數(shù)據(jù)框顯示######，無(wú)法建立與PLC的通訊連接。

（2）變頻器控制面板故障代碼7000。（即I/O通訊故障）

（2）司鉆臺(tái)觸摸屏顯示PLC通訊故障，無(wú)法進(jìn)行控制。

（3）司鉆臺(tái)觸摸屏PLC通訊時(shí)有時(shí)無(wú)，每當(dāng)啟動(dòng)大電機(jī)時(shí)，會(huì)通訊中斷。

（4）在無(wú)任何給定的情況下，觸摸屏顯示變頻器故障，時(shí)有時(shí)無(wú)，有時(shí)無(wú)法復(fù)位；VF D房?jī)?nèi)變頻器控制面板上顯示故障代碼F F 54。

二、故障原因及時(shí)效機(jī)理分析

對(duì)于以上故障，事故原因可大致分為以下幾種情況：

（1）過(guò)程線路檢查。即D P線、D P插頭的檢查，有無(wú)破皮、折斷、接觸不良、O N/O F F的開(kāi)關(guān)位置是否正確。。

（2）硬件設(shè)備檢查。即對(duì)主站、從站、PS電源以及IM通訊模塊（廠家自制通訊板）進(jìn)行檢測(cè)。

（3）軟件設(shè)置檢查。即對(duì)波特率的設(shè)置、站地址是否沖突等。

（4）信號(hào)干擾檢查。即對(duì)電纜槽中D P線進(jìn)行檢查，是否由于其與其他動(dòng)力電纜水平擺放過(guò)近而引起渦流導(dǎo)致干擾；或是由于其屏蔽線虛接，沒(méi)有起到良好的屏蔽作用而產(chǎn)生的信號(hào)干擾等原因。

（5）PS電源檢查。對(duì)24V直流供給電源進(jìn)行故障判斷。

針對(duì)PLC通訊系統(tǒng)的故障判斷，為快速判斷故障點(diǎn)的位置，一般遵照由簡(jiǎn)到繁的原則。

對(duì)于目前全電動(dòng)鉆機(jī)來(lái)說(shuō)，由于其從站過(guò)多，往往采用二分法判斷，即將處于通訊系統(tǒng)中間的從站的D P插頭的終端電阻打到O N的位置。上電后看故障是否存在，若存在，只需堅(jiān)持主站與此從站間的線路即可。若不存在，則故障變出現(xiàn)在中間從站與最后一個(gè)從站的這一段線路中。另一種方法則是通過(guò)工控機(jī)利用ST EP7軟件直接進(jìn)行線路監(jiān)控檢測(cè)，判斷出故障位置。

三、故障原因分類

石油鉆機(jī)另一個(gè)別稱叫“移動(dòng)的工廠”。因此，對(duì)于通訊故障出現(xiàn)的情況，大致可分為兩大類。

（1）出廠調(diào)試過(guò)程

①波特率設(shè)置不一樣，出現(xiàn)數(shù)據(jù)無(wú)顯示或亂碼的情況。

②站地址沖突，導(dǎo)致觸摸屏數(shù)據(jù)無(wú)顯示或亂碼。

③光纖連接不良，模塊無(wú)法正確識(shí)別。

④變頻器通訊板RPB A其數(shù)字輸入信號(hào)觸點(diǎn)接觸不良。（2）鉆井生產(chǎn)周期過(guò)程

①檢查室外房頭及司鉆房處D P線接插件是否插好，有無(wú)松動(dòng)、進(jìn)水、脫焊等現(xiàn)象。如有對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)處理。

②檢查線路是否有破皮、折斷、短路等情況（屏蔽層是否虛接）。可使用替換法進(jìn)行判斷。在搬家安裝過(guò)程中，要做到專線專人保管、專人鋪設(shè)，對(duì)其快速接插件要避免進(jìn)水、進(jìn)泥、進(jìn)油。

③在鋪設(shè)通訊線纜過(guò)程中，應(yīng)盡量避免擠壓、剮蹭，避免其與動(dòng)力電纜疊加鋪設(shè)，保持水平距離或垂直擺放，避免渦流造成的信號(hào)干擾；其次要保證電纜屏蔽層的有效接地。（尤其對(duì)于純電動(dòng)鉆機(jī)來(lái)說(shuō)，有效接地是保證正常生產(chǎn)的有效保障?。?/p>

④由于變頻器在運(yùn)行過(guò)程中，風(fēng)機(jī)震動(dòng)較大，其相應(yīng)從站的通訊板的觸點(diǎn)固定也較為松動(dòng)；在變頻器上電前，緊固相應(yīng)螺釘，確保無(wú)虛接。

⑤D P頭連接牢固而引起的故障在整個(gè)通訊系統(tǒng)中，出現(xiàn)的概率是比較高的。因此，安裝后檢查D P頭有無(wú)松動(dòng)的跡象；紅綠線是否虛接，終端電阻是否正常。（建議可備用3-5個(gè)）

⑥運(yùn)行過(guò)程中，檢查擴(kuò)展模塊的數(shù)字信號(hào)的輸入或者輸出的信號(hào)等是否點(diǎn)亮。若設(shè)備運(yùn)行，但無(wú)點(diǎn)亮，檢測(cè)其24V是否正常，判斷模塊的好壞。

⑦安裝試運(yùn)行時(shí)，檢查雙PLC通道是否切換正常（PLC控制與旁路控制使用是否正常），若不正常，采用分段判斷法，確定其故障點(diǎn)位置。

四、故障教訓(xùn)

PLC通訊系統(tǒng)在目前油田電動(dòng)鉆機(jī)中占有著非常重要地位，又因其脆弱性、精密性，給工作環(huán)境惡劣的石油鉆井行業(yè)帶來(lái)極大的隱患。因其故障，可直接導(dǎo)致整套系統(tǒng)癱瘓，生產(chǎn)終止，甚者引起井下事故，給油田帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)損失。

五、防范措施

為避免上述情況的發(fā)生，防范措施必不可少。

（1）拆裝設(shè)備前后，D P線專人、專道、優(yōu)先收放，尤其對(duì)VF D房處、司鉆臺(tái)處的快速接插件要進(jìn)行密封包裹，避免進(jìn)水、泥、油等，造成不必要的麻煩。

（2）在鋪設(shè)通訊線時(shí)，要避免重物壓、砸；避免掛、折；要與其他動(dòng)力電纜保持一定的距離，或垂直擺放，避免渦流造成信號(hào)干擾影響。

（3）屏蔽線是否有效接地，避免動(dòng)力電纜的干擾。

（4）試運(yùn)行前，檢查D P插頭，變頻器內(nèi)從站通訊板的線路觸點(diǎn)是否有松動(dòng)，及時(shí)上緊。

（5）PLC程序的備份，避免因非專人人員私自串改，而造成的數(shù)據(jù)丟失。