电动钻机PLC通讯系统常见故障及处理方法

前言

在油田电动钻机的系统中, PLC通讯系统是尤为重要的组织部分之一。由于其信号等级弱、线路脆弱、配件昂贵等特点, 其故障出现频率也随着使用寿命的增加而升高。又由于其在电动钻机中扮演着“通信员”的重要地位。因此, 快速判断并寻找到PLC通讯的故障点, 并加以处理就变得尤为关键。这不仅直接关系到井下生产安全, 也潜在的创造了巨大的经济效益。

一、故障概况及经过

PLC通讯系统主要包括PLC主站、各变频柜通信板、司钻台PLC分站、工控机以及触摸屏系统。该系统采用了西门子S7-300 PLC和Profibus现场总线技术进行对绞车、转盘、泥浆泵系统之间的数据快速传输, 并通过工控机实现全天候监控、故障报警、参数修改、诊断等功能。最大的优点是采用了双PLC通讯系统, 互为备用, 进一步保障了安全生产的可持续性。

(1) 司钻台双触摸屏部分或全部数据框显示######, 无法建立与PLC的通讯连接。

(2) 变频器控制面板故障代码7000。 (即I/O通讯故障)

(2) 司钻台触摸屏显示PLC通讯故障, 无法进行控制。

(3) 司钻台触摸屏PLC通讯时有时无, 每当启动大电机时, 会通讯中断。

(4) 在无任何给定的情况下, 触摸屏显示变频器故障, 时有时无, 有时无法复位;VFD房内变频器控制面板上显示故障代码FF54。

二、故障原因及时效机理分析

对于以上故障, 事故原因可大致分为以下几种情况:

(1) 过程线路检查。即DP线、DP插头的检查, 有无破皮、折断、接触不良、ON/OFF的开关位置是否正确。。

(2) 硬件设备检查。即对主站、从站、PS电源以及IM通讯模块 (厂家自制通讯板) 进行检测。

(3) 软件设置检查。即对波特率的设置、站地址是否冲突等。

(4) 信号干扰检查。即对电缆槽中DP线进行检查, 是否由于其与其他动力电缆水平摆放过近而引起涡流导致干扰;或是由于其屏蔽线虚接, 没有起到良好的屏蔽作用而产生的信号干扰等原因。

(5) PS电源检查。对24V直流供给电源进行故障判断。

针对PLC通讯系统的故障判断, 为快速判断故障点的位置, 一般遵照由简到繁的原则。

对于目前全电动钻机来说, 由于其从站过多, 往往采用二分法判断, 即将处于通讯系统中间的从站的DP插头的终端电阻打到ON的位置。上电后看故障是否存在, 若存在, 只需坚持主站与此从站间的线路即可。若不存在, 则故障变出现在中间从站与最后一个从站的这一段线路中。另一种方法则是通过工控机利用STEP7软件直接进行线路监控检测, 判断出故障位置。

三、故障原因分类

石油钻机另一个别称叫“移动的工厂”。因此, 对于通讯故障出现的情况, 大致可分为两大类。

(1) 出厂调试过程

(1) 波特率设置不一样, 出现数据无显示或乱码的情况。

(2) 站地址冲突, 导致触摸屏数据无显示或乱码。

(3) 光纤连接不良, 模块无法正确识别。

(4) 变频器通讯板RPBA其数字输入信号触点接触不良。

(2) 钻井生产周期过程

(1) 检查室外房头及司钻房处DP线接插件是否插好, 有无松动、进水、脱焊等现象。如有对其进行相应处理。

(2) 检查线路是否有破皮、折断、短路等情况 (屏蔽层是否虚接) 。可使用替换法进行判断。在搬家安装过程中, 要做到专线专人保管、专人铺设, 对其快速接插件要避免进水、进泥、进油。

(3) 在铺设通讯线缆过程中, 应尽量避免挤压、剐蹭, 避免其与动力电缆叠加铺设, 保持水平距离或垂直摆放, 避免涡流造成的信号干扰;其次要保证电缆屏蔽层的有效接地。 (尤其对于纯电动钻机来说, 有效接地是保证正常生产的有效保障!)

(4) 由于变频器在运行过程中, 风机震动较大, 其相应从站的通讯板的触点固定也较为松动;在变频器上电前, 紧固相应螺钉, 确保无虚接。

(5) DP头连接牢固而引起的故障在整个通讯系统中, 出现的概率是比较高的。因此, 安装后检查DP头有无松动的迹象;红绿线是否虚接, 终端电阻是否正常。 (建议可备用3-5个)

(6) 运行过程中, 检查扩展模块的数字信号的输入或者输出的信号等是否点亮。若设备运行, 但无点亮, 检测其24V是否正常, 判断模块的好坏。

(7) 安装试运行时, 检查双PLC通道是否切换正常 (PLC控制与旁路控制使用是否正常) , 若不正常, 采用分段判断法, 确定其故障点位置。

四、故障教训

PLC通讯系统在目前油田电动钻机中占有着非常重要地位, 又因其脆弱性、精密性, 给工作环境恶劣的石油钻井行业带来极大的隐患。因其故障, 可直接导致整套系统瘫痪, 生产终止, 甚者引起井下事故, 给油田带来巨大经济损失。

五、防范措施

为避免上述情况的发生, 防范措施必不可少。

(1) 拆装设备前后, DP线专人、专道、优先收放, 尤其对VFD房处、司钻台处的快速接插件要进行密封包裹, 避免进水、泥、油等, 造成不必要的麻烦。

(2) 在铺设通讯线时, 要避免重物压、砸;避免挂、折;要与其他动力电缆保持一定的距离, 或垂直摆放, 避免涡流造成信号干扰影响。

(3) 屏蔽线是否有效接地, 避免动力电缆的干扰。

(4) 试运行前, 检查DP插头, 变频器内从站通讯板的线路触点是否有松动, 及时上紧。

(5) PLC程序的备份, 避免因非专人人员私自串改, 而造成的数据丢失。

摘要：本文针对目前电动钻机在施工现场中, PLC通讯系统作为常见且棘手的问题, 而总结的常见故障及处理方法, 并结合日常维护进行简要说明, 为排除常见故障提供借鉴。

关键词：PLC通讯,DP线