5712XD絞車面板常見故障及維修測試方法探究

楊寶平(中國石油集團測井有限公司國際公司，北京 100101)

0 引言

5712XD絞車面板是Baker Atlas ECLIPS5700成像測井地面系統重要的組成部分，在測井小隊的生產作業中起著至關重要的作用。該面板為絞車操作人員提供測井儀器運行的速度、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限定值時具有聲光報警和自動停車的功能。5712XD面板功能齊全，使用方便[2]，與地面系統數據采集面板5752進行雙向通信。操作人員通過5712XD面板的觸摸屏設置絞車運行相關控制參數，也可對5752面板中的編碼器信號處理板ESP中參數進行修改，面板界面顯示直觀、操作靈活，在國內外各個ECLIPS5700成像測井系統上得到了廣泛的應用。近年來，隨著5712XD面板使用頻次的增多以及使用時間的增長，該面板相繼出現各種各樣的故障，嚴重影響測井作業的順利施工。因此需要了解該面板常見故障，掌握相關維修測試方法，從而保障5712XD面板在生產作業中正常運行。

1 5712XD面板功能及組成

根據Surface Panel Maintenance Manula, 5712XD絞車面板(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，可連續顯示ESP板生成的深度信息。其次5712XD面板還能顯示ESP板監控的其他參數信息，并在這些參數信息中的任何一個超出設定范圍時提供聲光警報。絞車單元的某些操作參數，例如校準和未校準深度，可以通過 5712XD面板顯示器的觸摸屏設置。這些參數也可以從地面處理系統中設置。5712XD面板基本上是一臺微型計算機(圖2)：核心部件為一個集成度較高的單板機，帶有電源、一個 3.5 英寸(8.89 cm)軟盤驅動器和一個 2GB 固態閃存驅動器，還包括一個用于聲音警報的揚聲器、一個帶讀取功能的并行 I/O 打印機端口和一個 PC/AT 鍵盤接口。

圖1 5712XD面板外觀

圖2 5712XD面板結構簡圖

2 5712XD面板常見故障及維修測試方法

2.1 5712XD面板開機后屏幕顯示異常

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

2.1.1 單板機更換備用電池或電池電能耗盡，COMS存儲器數據丟失。

5712XD面板的核心部件為Little BoardTMP5v型單板機(圖3)，主要功能是接收5752面板傳過來的數據并進行顯示，同時將5712XD設置的參數傳送給5752面板。該型單板機具有結構緊湊、工作高效和可靠性高等特點。絞車面板的硬件配置和用戶設定參數均保存在單板機上的COMS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)中，COMS是可讀可寫的隨機存儲器RAM(Random Access Memory)芯片，由3V CR2032型紐扣鋰電池供電。當更換電池或電池能量耗盡時，存放在COMS中的數據會丟失，面板上電COMS校驗出現錯誤，CMOS數據會被BIOS(Basic Input and Output System)中的系統設置程序自動加載成為出廠默認設置，用戶在COMS中設置的顯示器類型、符號、DAM等參數發生變化，單板機無法按照用戶的設置制定和分配系統資源，因此面板無法正常工作[3]，屏幕顯示異常。解決方法是更換紐扣電池、重新設置COMS。更換紐扣電池后，由于此時面板還處于出廠默認設置，面板本身還無法正常顯示；其次單板機無現成的VGA顯示器接口，絞車面板前端為AT型鍵盤接口，該接口型鍵盤大多數已被淘汰。因此直接對5712XD面板進行BIOS設置較為困難。單板機上J5為針VGA顯示器端口，可制作一條用于外接VGA顯示器的轉接線(圖4)，P5端接單板機上的J5端口，VGA端接外置顯示器，實現了COMS內容的可視化。其次將AT型鍵盤接口改進為通用USB型鍵盤接口(圖5)，P16端接單板機上J16端口，USB端接通用USB鍵盤，極大方便了BIOS參數的設置(圖6)。

圖3 Little BoardTM P5v單板機結構圖

圖4 VGA顯示轉接線

圖5 鍵盤AT接口改進為USB接口

圖6 5712XD面板COMS重置

2.1.2 顯示屏相關部件異常

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技術制造的工業級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個側入式冷陰極螢光燈背光，熒光燈配有單獨的逆變器，驅屏電壓為3.3/5.0V，與觸摸屏配合使用。背光逆變器型號為NEC-104PWBR1，是將12VDC轉換為600VCD后驅動2個背光熒光燈。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，能夠進行180度翻轉顯示。

圖7 顯示屏和逆變器

顯示屏相關的故障主要表現為面板上電后，顯示屏黑屏，但能夠聽到單板機啟動程序的聲音，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，更換相應故障的部件，顯示屏就能恢復正常顯示。此外，對于首次安裝或更換新顯示屏時需要注意屏幕后端的SW1顯示方向調整旋鈕(圖8)，若是安裝后顯示內容相反，可對SW1旋鈕進行調節。

圖8 顯示屏顯示方向調整旋鈕

2.2 觸控屏響應不正確或者無響應

5712XD面板采用3M公司生產的電阻型觸控屏，由觸摸檢測屏Mirco Touch RES-10.4-PL4和觸摸屏控制器SC4 CONTROLLER DYVAPRO組成。該觸控屏具有反應速度快、可靠性和穩定性高及使用壽命長等優點。觸摸檢測屏安裝在與之非常配合的顯示屏NEC-NL6448AC33前端，用來檢測觸點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換為觸點坐標并發送給CPU同時接收CPU發的執行命令。觸控屏的工作原理是通過壓力感應原理來實現對屏幕的操作和控制，觸摸檢測屏是一塊多層復合薄膜，以玻璃為基層，表面涂有一層透明的導電層ITO薄膜，內表面也涂有一層ITO，內外層ITO之間有許多透明小點把他們隔開[4]。當觸摸操作時，薄膜下層的ITO會接觸到玻璃上層的ITO，觸摸檢測屏傳出電阻，控制器根據檢測到電阻通過運算轉化為屏幕上的X、Y值，完成選點動作，并呈現在屏幕上。觸摸屏不響應或響應異常，大多是由于觸摸檢測屏屏體受損，ITO薄膜損壞造成，此種故障需要更換觸摸檢測屏屏體。其次觸摸屏控制器電路板異常，也可導致觸摸屏工作不正常，可對控制器電路進行檢查，更換有問題電子元器件。對面板使用一段時間或者維修后現選點困難或者選點錯位的現象，一般可通過面板操作系統自帶的觸點校正軟件對觸點進行校正。

2.3 5712XD面板無音頻輸出

絞車面板音頻輸出在測井中尤為重要。作業前工程師設定好相關深度和張力參數報警值，當實際測井作業過程中張力或深度超過設定值時就會發出聲光報警，能夠及時提醒操作人員采取相關措施，避免事故發生。5712XD面板無音頻輸出的原因主要有：(1)喇叭異常，需要檢查喇叭外觀及發聲線圈阻值，線圈正常阻值為8 Ω；(2)喇叭接線通斷或與單板機上的音頻輸出接頭異常；(3)單板機上的音效芯片工作異常?？筛鶕唧w故障現象，逐步進行故障排查，處理或更換有問題部件。

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依次經過I/O和5752面板的信號分配板SDB傳到ESP板中，深度信號經過脈沖處理后直接傳到CPLD中，張力信號經過濾波放大和A/D轉換后送到DSP中處理后再送到CPLD中，CPLD通過VME總線與RAP板進行雙向通信，RAP板上的串口通信板IPSERIAL負責與5712XD進行串口通信，將處理過的深度、張力等信號顯示到5712XD面板，同時將5712XD上設置的參數傳送到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象具體表現為地面系統ECLIPS軟件中深度、張力顯示正常5712XD面板中顯示異常，此時查看5712XD面板上SCREEN “1”中通常顯示 Mode: Lost，SCREEN “D”中5712與ESP之間的數據傳輸也不正常。對于此種故障需要首先排除是否是5712XD面板自身問題所致，其次需要對5712面板后端的RS232接線以及5752面板后端的J13 接線進行排查。此外由于5752面板中RAP板上的IP-SERIAL板負責與5712XD進行串口通信，因此需要對該板上的接收和發送通路進行檢查，Eclips軟件中的RS232自檢信息窗口中在5752面板上電時會在RAP POST下顯示IP-SERIAL板的自檢結果信息，有助于故障的快速排查。

2.4.2 5712XD面板深度顯示異常

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

2.4.3 5712XD面板井口張力顯示異常

井口張力單元被視為測井工程師的“眼睛”，工程師依據張力值的大小及變化情況判斷井下測井儀器的運行狀態。測井過著儀器中遇卡時，參考井口張力值計算相關數據，為儀器解卡、打撈等措施提供依據。5712XD絞車面板井口張力顯示異常時，首先應該排查ESP板張力處理通道。ESP板上電時由DSP經過D/A芯片產生檢測信號，對張力信號通道進行檢測，可在ESP POST下查看檢測結果信息。若如檢測異常，就需要對ESP板進行維修，更換有問題的電子元器件。其次是檢查井口張力信號采集通路。5700地面系統設計了“萬磅”檢測功能能夠對井口張力計、張力線及相關張力信號通路進行檢測。“萬磅”測試電路(圖10)工作原理：地面接好井口張力計后在5712面板前端按下S1張力測試按鍵TST TENSION 后(或者地面系統軟件給出測試信號TESN_TST,ESP板的Q2的3腳高電平，Q2的1腳和4腳處于開啟狀態)，TST/CAL信號接地，井口張力計3701NA中繼電器或選通開關動作，張力計VE-F輸出標準的0.75VDC電壓，經過5752面板中ESP板處理后系統后5712XD面板顯示張力值為10 000磅。如果井口張力采集通路異常，“萬磅”測試就會失敗，失敗的主要原因大多是由于張力線多次使用，拖拽導致接頭中的信號線斷折或虛接；此外5712面板TST TENSION按鈕S1多次使用后也可能接觸不良；張力計本身傳感器中的電器元件老化損壞導致無輸出或者輸出異常。根據檢測結果，對發現故障張力線或張力計進行維修。

圖10 接口張力“萬磅”測試原理

2.5 絞車自動停車功能異常

在裸眼井特別時深井測井作業時，由于井深、鉆井時間長、井壁容易垮塌、井身質量變差，測井時經常發生遇卡現象。由于一些原因，遇卡現象不易發現，有時造成電纜卡斷、儀器落井事故，嚴重影響測井作業的順利施工[5]。因而在發生儀器遇卡時，絞車能夠自動快速停車，能夠有效避免事故的發生。

5700測井系統液壓絞車自動停車信號電路工作原理(圖11)：測井作業前在5712XD面板設置好差分張力值和總張力值并使能；在測井過程中5700地面系統張力單元正常工作時，N型絕緣柵場效應管Q1的3腳為低電平，Q1的1腳和4腳處于關斷狀態，I/O板的J12-1的電平為15 V，K1繼電器不吸合；當5700地面系統檢測到差分張力或者總張力超過限定值時，面板報警，Q1的3腳為高電平，Q1的1腳和4腳處于開啟狀態，I/O板的J12-1的電平為0 V，K1繼電器吸合，來自大車電瓶的直流電源就送至液壓馬達的伺服系統電磁閥，液壓馬達被停止供油，同時剎車電磁閥斷電，剎車片抱緊絞車滾筒，實現絞車自動停車。繼電器K1和I/O板之間串聯的電阻R1的阻值和功率大小根據繼電器的線圈的阻值來計算，保證繼電器工作時線圈上的壓降為12 V，D1的作用是消除繼電器線圈的反感應電動勢。絞車自動停車功能異常時：首先檢查5712XD面板的過張力參數設置；其次檢查K1繼電器(繼電器觸點標識號為ASEP車Shutdown繼電器標識)、電源及D1和R1等；最后再檢查5752面板ESP板上的過張力信號相關電路。

圖11 絞車自動停車原理

3 結語

5712XD絞車面板內部結構復雜，受外部設備影響因素較多，因而進行故障判斷和維修測試具有一定難度。本文對常見故障分析以及維修測試方法探究，實踐表明：只要能夠深入分析和掌握相關模塊電氣工作原理，對具體故障現象進行整體分析和判斷，建立相應的維修思路，運用合理的維修測試方法，就能高效高質量的解決相關故障，修復故障面板，為測井施工的順利進行提供良好的保障。