電動鉆機PLC通訊系統常見故障及處理方法

仇晨 薛程(江蘇石油工程有限公司鉆井處 江蘇 揚州 225261)

前言

在油田電動鉆機的系統中，PLC通訊系統是尤為重要的組織部分之一。由于其信號等級弱、線路脆弱、配件昂貴等特點，其故障出現頻率也隨著使用壽命的增加而升高。又由于其在電動鉆機中扮演著“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，并加以處理就變得尤為關鍵。這不僅直接關系到井下生產安全，也潛在的創造了巨大的經濟效益。

一、故障概況及經過

PLC通訊系統主要包括PLC主站、各變頻柜通信板、司鉆臺PLC分站、工控機以及觸摸屏系統。該系統采用了西門子S7-300 PLC和Profibus現場總線技術進行對絞車、轉盤、泥漿泵系統之間的數據快速傳輸，并通過工控機實現全天候監控、故障報警、參數修改、診斷等功能。最大的優點是采用了雙PLC通訊系統，互為備用，進一步保障了安全生產的可持續性。

（1）司鉆臺雙觸摸屏部分或全部數據框顯示######，無法建立與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）司鉆臺觸摸屏顯示PLC通訊故障，無法進行控制。

（3）司鉆臺觸摸屏PLC通訊時有時無，每當啟動大電機時，會通訊中斷。

（4）在無任何給定的情況下，觸摸屏顯示變頻器故障，時有時無，有時無法復位；VF D房內變頻器控制面板上顯示故障代碼F F 54。

二、故障原因及時效機理分析

對于以上故障，事故原因可大致分為以下幾種情況：

（1）過程線路檢查。即D P線、D P插頭的檢查，有無破皮、折斷、接觸不良、O N/O F F的開關位置是否正確。。

（2）硬件設備檢查。即對主站、從站、PS電源以及IM通訊模塊（廠家自制通訊板）進行檢測。

（3）軟件設置檢查。即對波特率的設置、站地址是否沖突等。

（4）信號干擾檢查。即對電纜槽中D P線進行檢查，是否由于其與其他動力電纜水平擺放過近而引起渦流導致干擾；或是由于其屏蔽線虛接，沒有起到良好的屏蔽作用而產生的信號干擾等原因。

（5）PS電源檢查。對24V直流供給電源進行故障判斷。

針對PLC通訊系統的故障判斷，為快速判斷故障點的位置，一般遵照由簡到繁的原則。

對于目前全電動鉆機來說，由于其從站過多，往往采用二分法判斷，即將處于通訊系統中間的從站的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，只需堅持主站與此從站間的線路即可。若不存在，則故障變出現在中間從站與最后一個從站的這一段線路中。另一種方法則是通過工控機利用ST EP7軟件直接進行線路監控檢測，判斷出故障位置。

三、故障原因分類

石油鉆機另一個別稱叫“移動的工廠”。因此，對于通訊故障出現的情況，大致可分為兩大類。

（1）出廠調試過程

①波特率設置不一樣，出現數據無顯示或亂碼的情況。

②站地址沖突，導致觸摸屏數據無顯示或亂碼。

③光纖連接不良，模塊無法正確識別。

④變頻器通訊板RPB A其數字輸入信號觸點接觸不良。（2）鉆井生產周期過程

①檢查室外房頭及司鉆房處D P線接插件是否插好，有無松動、進水、脫焊等現象。如有對其進行相應處理。

②檢查線路是否有破皮、折斷、短路等情況（屏蔽層是否虛接）。可使用替換法進行判斷。在搬家安裝過程中，要做到專線專人保管、專人鋪設，對其快速接插件要避免進水、進泥、進油。

③在鋪設通訊線纜過程中，應盡量避免擠壓、剮蹭，避免其與動力電纜疊加鋪設，保持水平距離或垂直擺放，避免渦流造成的信號干擾；其次要保證電纜屏蔽層的有效接地。（尤其對于純電動鉆機來說，有效接地是保證正常生產的有效保障！）

④由于變頻器在運行過程中，風機震動較大，其相應從站的通訊板的觸點固定也較為松動；在變頻器上電前，緊固相應螺釘，確保無虛接。

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

⑥運行過程中，檢查擴展模塊的數字信號的輸入或者輸出的信號等是否點亮。若設備運行，但無點亮，檢測其24V是否正常，判斷模塊的好壞。

⑦安裝試運行時，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，確定其故障點位置。

四、故障教訓

PLC通訊系統在目前油田電動鉆機中占有著非常重要地位，又因其脆弱性、精密性，給工作環境惡劣的石油鉆井行業帶來極大的隱患。因其故障，可直接導致整套系統癱瘓，生產終止，甚者引起井下事故，給油田帶來巨大經濟損失。

五、防范措施

為避免上述情況的發生，防范措施必不可少。

（1）拆裝設備前后，D P線專人、專道、優先收放，尤其對VF D房處、司鉆臺處的快速接插件要進行密封包裹，避免進水、泥、油等，造成不必要的麻煩。

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

（3）屏蔽線是否有效接地，避免動力電纜的干擾。

（4）試運行前，檢查D P插頭，變頻器內從站通訊板的線路觸點是否有松動，及時上緊。

（5）PLC程序的備份，避免因非專人人員私自串改，而造成的數據丟失。