5712XD絞車(chē)面板常見(jiàn)故障及維修測(cè)試方法探究

楊寶平(中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司國(guó)際公司，北京 100101)

0 引言

5712XD絞車(chē)面板是Baker Atlas ECLIPS5700成像測(cè)井地面系統(tǒng)重要的組成部分，在測(cè)井小隊(duì)的生產(chǎn)作業(yè)中起著至關(guān)重要的作用。該面板為絞車(chē)操作人員提供測(cè)井儀器運(yùn)行的速度、深度、張力、差分張力等基本信息[1]；其次該面板具有提示遇阻、遇卡的功能，在差分張力或總張力超過(guò)限定值時(shí)具有聲光報(bào)警和自動(dòng)停車(chē)的功能。5712XD面板功能齊全，使用方便[2]，與地面系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集面板5752進(jìn)行雙向通信。操作人員通過(guò)5712XD面板的觸摸屏設(shè)置絞車(chē)運(yùn)行相關(guān)控制參數(shù)，也可對(duì)5752面板中的編碼器信號(hào)處理板ESP中參數(shù)進(jìn)行修改，面板界面顯示直觀(guān)、操作靈活，在國(guó)內(nèi)外各個(gè)ECLIPS5700成像測(cè)井系統(tǒng)上得到了廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，隨著5712XD面板使用頻次的增多以及使用時(shí)間的增長(zhǎng)，該面板相繼出現(xiàn)各種各樣的故障，嚴(yán)重影響測(cè)井作業(yè)的順利施工。因此需要了解該面板常見(jiàn)故障，掌握相關(guān)維修測(cè)試方法，從而保障5712XD面板在生產(chǎn)作業(yè)中正常運(yùn)行。

1 5712XD面板功能及組成

根據(jù)Surface Panel Maintenance Manula, 5712XD絞車(chē)面板(圖1)是5752面板ESP板的顯示單元。 該面板配有彩色 LCD 觸摸屏顯示器，可連續(xù)顯示ESP板生成的深度信息。其次5712XD面板還能顯示ESP板監(jiān)控的其他參數(shù)信息，并在這些參數(shù)信息中的任何一個(gè)超出設(shè)定范圍時(shí)提供聲光警報(bào)。絞車(chē)單元的某些操作參數(shù)，例如校準(zhǔn)和未校準(zhǔn)深度，可以通過(guò) 5712XD面板顯示器的觸摸屏設(shè)置。這些參數(shù)也可以從地面處理系統(tǒng)中設(shè)置。5712XD面板基本上是一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)(圖2)：核心部件為一個(gè)集成度較高的單板機(jī)，帶有電源、一個(gè) 3.5 英寸(8.89 cm)軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè) 2GB 固態(tài)閃存驅(qū)動(dòng)器，還包括一個(gè)用于聲音警報(bào)的揚(yáng)聲器、一個(gè)帶讀取功能的并行 I/O 打印機(jī)端口和一個(gè) PC/AT 鍵盤(pán)接口。

圖1 5712XD面板外觀(guān)

圖2 5712XD面板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2 5712XD面板常見(jiàn)故障及維修測(cè)試方法

2.1 5712XD面板開(kāi)機(jī)后屏幕顯示異常

絞車(chē)面板上電后，液晶顯示屏無(wú)法正常顯示或者花屏，通常此種故障的主要由三個(gè)方面原因引起。

2.1.1 單板機(jī)更換備用電池或電池電能耗盡，COMS存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)丟失。

5712XD面板的核心部件為L(zhǎng)ittle BoardTMP5v型單板機(jī)(圖3)，主要功能是接收5752面板傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)并進(jìn)行顯示，同時(shí)將5712XD設(shè)置的參數(shù)傳送給5752面板。該型單板機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、工作高效和可靠性高等特點(diǎn)。絞車(chē)面板的硬件配置和用戶(hù)設(shè)定參數(shù)均保存在單板機(jī)上的COMS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)中，COMS是可讀可寫(xiě)的隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM(Random Access Memory)芯片，由3V CR2032型紐扣鋰電池供電。當(dāng)更換電池或電池能量耗盡時(shí)，存放在COMS中的數(shù)據(jù)會(huì)丟失，面板上電COMS校驗(yàn)出現(xiàn)錯(cuò)誤，CMOS數(shù)據(jù)會(huì)被BIOS(Basic Input and Output System)中的系統(tǒng)設(shè)置程序自動(dòng)加載成為出廠(chǎng)默認(rèn)設(shè)置，用戶(hù)在COMS中設(shè)置的顯示器類(lèi)型、符號(hào)、DAM等參數(shù)發(fā)生變化，單板機(jī)無(wú)法按照用戶(hù)的設(shè)置制定和分配系統(tǒng)資源，因此面板無(wú)法正常工作[3]，屏幕顯示異常。解決方法是更換紐扣電池、重新設(shè)置COMS。更換紐扣電池后，由于此時(shí)面板還處于出廠(chǎng)默認(rèn)設(shè)置，面板本身還無(wú)法正常顯示；其次單板機(jī)無(wú)現(xiàn)成的VGA顯示器接口，絞車(chē)面板前端為AT型鍵盤(pán)接口，該接口型鍵盤(pán)大多數(shù)已被淘汰。因此直接對(duì)5712XD面板進(jìn)行BIOS設(shè)置較為困難。單板機(jī)上J5為針VGA顯示器端口，可制作一條用于外接VGA顯示器的轉(zhuǎn)接線(xiàn)(圖4)，P5端接單板機(jī)上的J5端口，VGA端接外置顯示器，實(shí)現(xiàn)了COMS內(nèi)容的可視化。其次將AT型鍵盤(pán)接口改進(jìn)為通用USB型鍵盤(pán)接口(圖5)，P16端接單板機(jī)上J16端口，USB端接通用USB鍵盤(pán)，極大方便了BIOS參數(shù)的設(shè)置(圖6)。

圖3 Little BoardTM P5v單板機(jī)結(jié)構(gòu)圖

圖4 VGA顯示轉(zhuǎn)接線(xiàn)

圖5 鍵盤(pán)AT接口改進(jìn)為USB接口

圖6 5712XD面板COMS重置

2.1.2 顯示屏相關(guān)部件異常

5712XD面板的采用NEC-NL6448AC33(圖7)顯示屏，該顯示屏是一種采用a-Si TFT-LCD技術(shù)制造的工業(yè)級(jí)10.4英寸液晶模組彩色顯示屏，顯示分辨率為640(RGB)×480 (VGA)，寬高比為4∶3 (寬∶高)，像素采用RGB垂直條狀排列。它裝有2個(gè)側(cè)入式冷陰極螢光燈背光，熒光燈配有單獨(dú)的逆變器，驅(qū)屏電壓為3.3/5.0V，與觸摸屏配合使用。背光逆變器型號(hào)為NEC-104PWBR1，是將12VDC轉(zhuǎn)換為600VCD后驅(qū)動(dòng)2個(gè)背光熒光燈。顯示屏的典型特征為： 背光燈和逆變器易換，具有良好的視角選擇功能，能夠進(jìn)行180度翻轉(zhuǎn)顯示。

圖7 顯示屏和逆變器

顯示屏相關(guān)的故障主要表現(xiàn)為面板上電后，顯示屏黑屏，但能夠聽(tīng)到單板機(jī)啟動(dòng)程序的聲音，且外接VGA顯示器能正常顯示。此種故障的主要原因是背光冷陰極熒光燈或逆變器損壞造成。背光冷陰極熒光燈和逆變器都可拆換，更換相應(yīng)故障的部件，顯示屏就能恢復(fù)正常顯示。此外，對(duì)于首次安裝或更換新顯示屏?xí)r需要注意屏幕后端的SW1顯示方向調(diào)整旋鈕(圖8)，若是安裝后顯示內(nèi)容相反，可對(duì)SW1旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖8 顯示屏顯示方向調(diào)整旋鈕

2.2 觸控屏響應(yīng)不正確或者無(wú)響應(yīng)

5712XD面板采用3M公司生產(chǎn)的電阻型觸控屏，由觸摸檢測(cè)屏Mirco Touch RES-10.4-PL4和觸摸屏控制器SC4 CONTROLLER DYVAPRO組成。該觸控屏具有反應(yīng)速度快、可靠性和穩(wěn)定性高及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。觸摸檢測(cè)屏安裝在與之非常配合的顯示屏NEC-NL6448AC33前端，用來(lái)檢測(cè)觸點(diǎn)位置并傳給觸摸屏控制器，觸摸屏控制器件接收到的位置信息轉(zhuǎn)換為觸點(diǎn)坐標(biāo)并發(fā)送給CPU同時(shí)接收CPU發(fā)的執(zhí)行命令。觸控屏的工作原理是通過(guò)壓力感應(yīng)原理來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)屏幕的操作和控制，觸摸檢測(cè)屏是一塊多層復(fù)合薄膜，以玻璃為基層，表面涂有一層透明的導(dǎo)電層ITO薄膜，內(nèi)表面也涂有一層ITO，內(nèi)外層ITO之間有許多透明小點(diǎn)把他們隔開(kāi)[4]。當(dāng)觸摸操作時(shí)，薄膜下層的ITO會(huì)接觸到玻璃上層的ITO，觸摸檢測(cè)屏傳出電阻，控制器根據(jù)檢測(cè)到電阻通過(guò)運(yùn)算轉(zhuǎn)化為屏幕上的X、Y值，完成選點(diǎn)動(dòng)作，并呈現(xiàn)在屏幕上。觸摸屏不響應(yīng)或響應(yīng)異常，大多是由于觸摸檢測(cè)屏屏體受損，ITO薄膜損壞造成，此種故障需要更換觸摸檢測(cè)屏屏體。其次觸摸屏控制器電路板異常，也可導(dǎo)致觸摸屏工作不正常，可對(duì)控制器電路進(jìn)行檢查，更換有問(wèn)題電子元器件。對(duì)面板使用一段時(shí)間或者維修后現(xiàn)選點(diǎn)困難或者選點(diǎn)錯(cuò)位的現(xiàn)象，一般可通過(guò)面板操作系統(tǒng)自帶的觸點(diǎn)校正軟件對(duì)觸點(diǎn)進(jìn)行校正。

2.3 5712XD面板無(wú)音頻輸出

絞車(chē)面板音頻輸出在測(cè)井中尤為重要。作業(yè)前工程師設(shè)定好相關(guān)深度和張力參數(shù)報(bào)警值，當(dāng)實(shí)際測(cè)井作業(yè)過(guò)程中張力或深度超過(guò)設(shè)定值時(shí)就會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，能夠及時(shí)提醒操作人員采取相關(guān)措施，避免事故發(fā)生。5712XD面板無(wú)音頻輸出的原因主要有：(1)喇叭異常，需要檢查喇叭外觀(guān)及發(fā)聲線(xiàn)圈阻值，線(xiàn)圈正常阻值為8 Ω；(2)喇叭接線(xiàn)通斷或與單板機(jī)上的音頻輸出接頭異常；(3)單板機(jī)上的音效芯片工作異常?？筛鶕?jù)具體故障現(xiàn)象，逐步進(jìn)行故障排查，處理或更換有問(wèn)題部件。

2.4 5712XD面板顯示信息異常

5712XD面板的工作原理(圖9)：井口張力和深度信號(hào)依次經(jīng)過(guò)I/O和5752面板的信號(hào)分配板SDB傳到ESP板中，深度信號(hào)經(jīng)過(guò)脈沖處理后直接傳到CPLD中，張力信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波放大和A/D轉(zhuǎn)換后送到DSP中處理后再送到CPLD中，CPLD通過(guò)VME總線(xiàn)與RAP板進(jìn)行雙向通信，RAP板上的串口通信板IPSERIAL負(fù)責(zé)與5712XD進(jìn)行串口通信，將處理過(guò)的深度、張力等信號(hào)顯示到5712XD面板，同時(shí)將5712XD上設(shè)置的參數(shù)傳送到RAP板中。

圖9 5712XD面板工作原理

2.4.1 5712XD面板與5752面板通信異常

5712XD與5752面板通信不正常的現(xiàn)象具體表現(xiàn)為地面系統(tǒng)ECLIPS軟件中深度、張力顯示正常5712XD面板中顯示異常，此時(shí)查看5712XD面板上SCREEN “1”中通常顯示 Mode: Lost，SCREEN “D”中5712與ESP之間的數(shù)據(jù)傳輸也不正常。對(duì)于此種故障需要首先排除是否是5712XD面板自身問(wèn)題所致，其次需要對(duì)5712面板后端的RS232接線(xiàn)以及5752面板后端的J13 接線(xiàn)進(jìn)行排查。此外由于5752面板中RAP板上的IP-SERIAL板負(fù)責(zé)與5712XD進(jìn)行串口通信，因此需要對(duì)該板上的接收和發(fā)送通路進(jìn)行檢查，Eclips軟件中的RS232自檢信息窗口中在5752面板上電時(shí)會(huì)在RAP POST下顯示IP-SERIAL板的自檢結(jié)果信息，有助于故障的快速排查。

2.4.2 5712XD面板深度顯示異常

所有的測(cè)井資料都是基于深度進(jìn)行采集和記錄，一旦測(cè)井過(guò)程中深度出現(xiàn)排查或異常將直接導(dǎo)致測(cè)井資料不合格甚至造成重大工程事故。5712XD絞車(chē)面板深度顯示異常原因主要分為以下四個(gè)方面：(1)5712XD面板或地面軟件中深度相關(guān)參數(shù)設(shè)置不正確，如編碼器的分辨率、深度矯正參數(shù)等，此類(lèi)故障可通過(guò)仔細(xì)檢查和修正有誤參數(shù)進(jìn)行解決；(2)5752面板中ESP板深度處理通道異常，ESP上電自檢是不會(huì)對(duì)深度處理通道進(jìn)行檢測(cè)，因此需深度通道需要單獨(dú)檢測(cè)，更換出現(xiàn)故障的電子元器件；(3)光電編碼器輸出異常，ECLIPS地面系統(tǒng)可通過(guò)切換示波器顯示通道直接從示波器上觀(guān)察編碼器輸出的脈沖信號(hào)波形，從而判斷編碼器是否正常，由于光電編碼器屬于精密儀器，出現(xiàn)故障后現(xiàn)場(chǎng)只能整理更換；(4)編碼器與深度測(cè)量輪之間的撓性連接異常或者深度測(cè)量輪磨損后導(dǎo)致測(cè)井過(guò)程中電纜和測(cè)量輪出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，此類(lèi)故障可通過(guò)檢查編碼器和深度測(cè)量輪之間的連接或者更換磨損嚴(yán)重的深度測(cè)量輪來(lái)解決。

2.4.3 5712XD面板井口張力顯示異常

井口張力單元被視為測(cè)井工程師的“眼睛”，工程師依據(jù)張力值的大小及變化情況判斷井下測(cè)井儀器的運(yùn)行狀態(tài)。測(cè)井過(guò)著儀器中遇卡時(shí)，參考井口張力值計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)，為儀器解卡、打撈等措施提供依據(jù)。5712XD絞車(chē)面板井口張力顯示異常時(shí)，首先應(yīng)該排查ESP板張力處理通道。ESP板上電時(shí)由DSP經(jīng)過(guò)D/A芯片產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)，對(duì)張力信號(hào)通道進(jìn)行檢測(cè)，可在ESP POST下查看檢測(cè)結(jié)果信息。若如檢測(cè)異常，就需要對(duì)ESP板進(jìn)行維修，更換有問(wèn)題的電子元器件。其次是檢查井口張力信號(hào)采集通路。5700地面系統(tǒng)設(shè)計(jì)了“萬(wàn)磅”檢測(cè)功能能夠?qū)趶埩τ?jì)、張力線(xiàn)及相關(guān)張力信號(hào)通路進(jìn)行檢測(cè)?！叭f(wàn)磅”測(cè)試電路(圖10)工作原理：地面接好井口張力計(jì)后在5712面板前端按下S1張力測(cè)試按鍵TST TENSION 后(或者地面系統(tǒng)軟件給出測(cè)試信號(hào)TESN_TST,ESP板的Q2的3腳高電平，Q2的1腳和4腳處于開(kāi)啟狀態(tài))，TST/CAL信號(hào)接地，井口張力計(jì)3701NA中繼電器或選通開(kāi)關(guān)動(dòng)作，張力計(jì)VE-F輸出標(biāo)準(zhǔn)的0.75VDC電壓，經(jīng)過(guò)5752面板中ESP板處理后系統(tǒng)后5712XD面板顯示張力值為10 000磅。如果井口張力采集通路異常，“萬(wàn)磅”測(cè)試就會(huì)失敗，失敗的主要原因大多是由于張力線(xiàn)多次使用，拖拽導(dǎo)致接頭中的信號(hào)線(xiàn)斷折或虛接；此外5712面板TST TENSION按鈕S1多次使用后也可能接觸不良；張力計(jì)本身傳感器中的電器元件老化損壞導(dǎo)致無(wú)輸出或者輸出異常。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，對(duì)發(fā)現(xiàn)故障張力線(xiàn)或張力計(jì)進(jìn)行維修。

圖10 接口張力“萬(wàn)磅”測(cè)試原理

2.5 絞車(chē)自動(dòng)停車(chē)功能異常

在裸眼井特別時(shí)深井測(cè)井作業(yè)時(shí)，由于井深、鉆井時(shí)間長(zhǎng)、井壁容易垮塌、井身質(zhì)量變差，測(cè)井時(shí)經(jīng)常發(fā)生遇卡現(xiàn)象。由于一些原因，遇卡現(xiàn)象不易發(fā)現(xiàn)，有時(shí)造成電纜卡斷、儀器落井事故，嚴(yán)重影響測(cè)井作業(yè)的順利施工[5]。因而在發(fā)生儀器遇卡時(shí)，絞車(chē)能夠自動(dòng)快速停車(chē)，能夠有效避免事故的發(fā)生。

5700測(cè)井系統(tǒng)液壓絞車(chē)自動(dòng)停車(chē)信號(hào)電路工作原理(圖11)：測(cè)井作業(yè)前在5712XD面板設(shè)置好差分張力值和總張力值并使能；在測(cè)井過(guò)程中5700地面系統(tǒng)張力單元正常工作時(shí)，N型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管Q1的3腳為低電平，Q1的1腳和4腳處于關(guān)斷狀態(tài)，I/O板的J12-1的電平為15 V，K1繼電器不吸合；當(dāng)5700地面系統(tǒng)檢測(cè)到差分張力或者總張力超過(guò)限定值時(shí)，面板報(bào)警，Q1的3腳為高電平，Q1的1腳和4腳處于開(kāi)啟狀態(tài)，I/O板的J12-1的電平為0 V，K1繼電器吸合，來(lái)自大車(chē)電瓶的直流電源就送至液壓馬達(dá)的伺服系統(tǒng)電磁閥，液壓馬達(dá)被停止供油，同時(shí)剎車(chē)電磁閥斷電，剎車(chē)片抱緊絞車(chē)滾筒，實(shí)現(xiàn)絞車(chē)自動(dòng)停車(chē)。繼電器K1和I/O板之間串聯(lián)的電阻R1的阻值和功率大小根據(jù)繼電器的線(xiàn)圈的阻值來(lái)計(jì)算，保證繼電器工作時(shí)線(xiàn)圈上的壓降為12 V，D1的作用是消除繼電器線(xiàn)圈的反感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。絞車(chē)自動(dòng)停車(chē)功能異常時(shí)：首先檢查5712XD面板的過(guò)張力參數(shù)設(shè)置；其次檢查K1繼電器(繼電器觸點(diǎn)標(biāo)識(shí)號(hào)為ASEP車(chē)Shutdown繼電器標(biāo)識(shí))、電源及D1和R1等；最后再檢查5752面板ESP板上的過(guò)張力信號(hào)相關(guān)電路。

圖11 絞車(chē)自動(dòng)停車(chē)原理

3 結(jié)語(yǔ)

5712XD絞車(chē)面板內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受外部設(shè)備影響因素較多，因而進(jìn)行故障判斷和維修測(cè)試具有一定難度。本文對(duì)常見(jiàn)故障分析以及維修測(cè)試方法探究，實(shí)踐表明：只要能夠深入分析和掌握相關(guān)模塊電氣工作原理，對(duì)具體故障現(xiàn)象進(jìn)行整體分析和判斷，建立相應(yīng)的維修思路，運(yùn)用合理的維修測(cè)試方法，就能高效高質(zhì)量的解決相關(guān)故障，修復(fù)故障面板，為測(cè)井施工的順利進(jìn)行提供良好的保障。