鉆機(jī)PLC程序防丟失探索升級

孫貽國

摘 要：在海洋石油電動鉆機(jī)的系統(tǒng)中，PLC通訊系統(tǒng)是尤為重要的組織部分之一。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(guān)鍵。這不僅直接關(guān)系到井下生產(chǎn)安全，也潛在的創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。近年來，中海油深圳片區(qū)多臺鉆機(jī)使用西門子S7-400PLC系統(tǒng)，在使用過程中出現(xiàn)多次PLC程序丟失故障，嚴(yán)重影響鉆機(jī)設(shè)備可靠性。為提升S7-400PLC系統(tǒng)的可靠性，成立鉆機(jī)PLC程序防丟失探索升級問題研究QC小組。

關(guān)鍵詞：鉆機(jī);PLC;程序;防丟失;探索;升級

一、現(xiàn)狀調(diào)查

西江24-3B及惠州25-8平臺PLC通訊系統(tǒng)主要包括PLC主站、各變頻柜通信板、司鉆臺PLC分站、工控機(jī)以及觸摸屏系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了西門子S7-400PLC和Profibus現(xiàn)場總線技術(shù)進(jìn)行對絞車、轉(zhuǎn)盤、泥漿泵系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)快速傳輸，并通過工控機(jī)實現(xiàn)全天候監(jiān)控、故障報警、參數(shù)修改、診斷等功能。最大的優(yōu)點是采用了雙PLC通訊系統(tǒng)，互為備用，進(jìn)一步保障了安全生產(chǎn)的可持續(xù)性。

但近年來該系統(tǒng)出現(xiàn)的問題如下：

2016年7月9號西江24-3B平臺人員回陸地避臺風(fēng)，鉆機(jī)模塊停電10余天，再次到達(dá)平臺時鉆機(jī)電控系統(tǒng)故障，檢查發(fā)現(xiàn)DSM配電間PLC綜合柜S7-400PLC模塊CPU報故障，檢查發(fā)現(xiàn)PLC程序丟失，最終經(jīng)廠家工程師赴現(xiàn)場處理，進(jìn)行PLC程序上傳調(diào)試，鉆機(jī)電控系統(tǒng)恢復(fù)正常。

2018年10月份，惠州25-8平臺因避臺風(fēng)時間超過20天。鉆機(jī)維保人員11月返回平臺后，發(fā)現(xiàn)電控PLC系統(tǒng)故障，檢查發(fā)現(xiàn)PLC程序丟失，最終經(jīng)廠家工程師赴現(xiàn)場處理，進(jìn)行PLC程序上傳調(diào)試，鉆機(jī)電控系統(tǒng)恢復(fù)正常。

PLC的程序存儲器一般是有RAM、EEPROM或EPROM三種類型。其中，RAM里面的程序是用需要用電池來保存的;EEPROM及EPROM不用電池，EEPROM可以直接讀寫，而EPROM則需要燒錄。所以，從程序丟失的可能性來講：RAM最容易，EPROM則最安全。而西江24-3B平臺及惠州25-8平臺鉆機(jī)電控PLC系統(tǒng)S7-400PLC均使用RAM程序存儲器。因此，極易出現(xiàn)程序丟失問題。

二、原因分析

針對西江24-3B平臺及惠州25-8平臺都出現(xiàn)相同的PLC程序丟失問題，現(xiàn)場分析查找原因，對可能造成PLC程序丟失的要素逐一進(jìn)行分析。

1、PLC內(nèi)部的電池掉電;

2、PLC內(nèi)部電路發(fā)生短路;

3、PLC遭遇強(qiáng)電磁干擾;

4、PLC電源遭受雷擊等。

目前用于S7-400CPU存儲卡有以下三種：

1）用于S7400CPU的RAM卡

2）用于S7400CPU的FlashEPROM卡（以下簡稱FEPROM）

3）只用于CPU417-4（6ES7417-4XL00-0AB0V1.1-V3.1）的擴(kuò)展工作存儲器的RAM卡

參考S7-400CPU選型使用說明。西江24-3B平臺及惠州25-8平臺鉆機(jī)電控系統(tǒng)S7-400CPU選用RAM存儲卡。當(dāng)使用RAM存儲卡時，如果出現(xiàn)電源故障的話，系統(tǒng)必須能使用后備電池或通過“EXT.BATT”插座為CPU提供外部備用電壓，以便備份存儲卡上的數(shù)據(jù)以及內(nèi)部RAM上的數(shù)據(jù)，如果備用電池故障，PLC程序就會丟失。但是，如果使用FEPROM存儲卡時，用戶程序存儲在FEPROM卡中，如果出現(xiàn)電源故障，即使沒有后備電池，F(xiàn)EPROM卡里的程序也不會丟失。CPU再次上電后，會自動從FEPROM卡中拷貝用戶程序到CPU的工作存儲器中。通過分析，小組成員認(rèn)為造成現(xiàn)場鉆機(jī)電控PLC系統(tǒng)程序丟失的主要原因有以下兩點：

（1）CPU備用電池電量耗盡;

（2）RAM程序存儲卡無斷電存儲功能;

三、制定對策

1、制定對策表

QC小組成員根據(jù)可行性分析，制定相應(yīng)的對策，采取措施就PLC程序丟失問題進(jìn)行改進(jìn)升級;

序號 因素 對策 目標(biāo) 地點 時間

1 CPU備用電池不可靠 定期檢查更換PLC備用電池，避臺風(fēng)前更換新電池 盡量減少或規(guī)避PLC程序丟失問題 西江24-3B平臺/惠州25-8平臺 2019.01-2019.12

2 RAM程序存儲卡無斷電存儲功能 探索更換RAM存儲卡為FEPROM卡 徹底解決PLC程序丟失問題 西江24-3B平臺/惠州25-8平臺 2019.3-2020.12

四、對策實施

1、2019.01.01-2019.12期間。西江24-3B平臺及惠州25-8平臺嚴(yán)格施行定期檢查PLC備用電池維保策略，針對每次避臺風(fēng)前必須更換使用超過一年的PLC備用電池方案。在此一年期間，兩個平臺均未再次出現(xiàn)PLC程序丟失問題。

2、2019.3-2020.12?，F(xiàn)場嘗試探索使用FEPROM卡替代RAM存儲卡。經(jīng)過現(xiàn)場分析討論得出結(jié)論：西江24-3B平臺及惠州25-8平臺使用的S7-400CPU可以使用FEPROM存儲卡替代目前使用的RAM存儲卡。目前正按初步方案訂購6ES7952-1KK00-0AA0型號FEPROM存儲卡。待徹底解決PLC程序丟失問題。

五、總結(jié)和下一步打算

PLC通訊系統(tǒng)在目前油田電動鉆機(jī)中占有著非常重要地位，又因其脆弱性、精密性，給工作環(huán)境惡劣的石油鉆井行業(yè)帶來極大的隱患。因其故障，可直接導(dǎo)致整套系統(tǒng)癱瘓，生產(chǎn)終止，甚至引起井下事故，給油田帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失。

參考文獻(xiàn)

[1] 王宇，肖玉清，陳松林.基于PLC的鉆機(jī)智能防卡鉆系統(tǒng)[J].煤礦機(jī)械，2013，034（009）：170-172.

[2] 張立眾，馬永翔.鉆機(jī)絞車PLC控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計[J].化工自動化及儀表，2011，038（005）：554-558.