电动钻机PLC通讯系统常见故障及处理方法

仇晨 薛程(江苏石油工程有限公司钻井处 江苏 扬州 225261)

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；VF D房内变频器控制面板上显示故障代码F F 54。

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D P线、D P插头的检查，有无破皮、折断、接触不良、O N/O F F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D P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D P插头的终端电阻打到O N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ST EP7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RPB A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D P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。

⑤D P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D P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，D P线专人、专道、优先收放，尤其对VF D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D P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。