钻机PLC程序防丢失探索升级

孙贻国

摘 要：在海洋石油电动钻机的系统中，PLC通讯系统是尤为重要的组织部分之一。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。近年来，中海油深圳片区多台钻机使用西门子S7-400PLC系统，在使用过程中出现多次PLC程序丢失故障，严重影响钻机设备可靠性。为提升S7-400PLC系统的可靠性，成立钻机PLC程序防丢失探索升级问题研究QC小组。

关键词：钻机;PLC;程序;防丢失;探索;升级

一、现状调查

西江24-3B及惠州25-8平台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S7-400PLC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。

但近年来该系统出现的问题如下：

2016年7月9号西江24-3B平台人员回陆地避台风，钻机模块停电10余天，再次到达平台时钻机电控系统故障，检查发现DSM配电间PLC综合柜S7-400PLC模块CPU报故障，检查发现PLC程序丢失，最终经厂家工程师赴现场处理，进行PLC程序上传调试，钻机电控系统恢复正常。

2018年10月份，惠州25-8平台因避台风时间超过20天。钻机维保人员11月返回平台后，发现电控PLC系统故障，检查发现PLC程序丢失，最终经厂家工程师赴现场处理，进行PLC程序上传调试，钻机电控系统恢复正常。

PLC的程序存储器一般是有RAM、EEPROM或EPROM三种类型。其中，RAM里面的程序是用需要用电池来保存的;EEPROM及EPROM不用电池，EEPROM可以直接讀写，而EPROM则需要烧录。所以，从程序丢失的可能性来讲：RAM最容易，EPROM则最安全。而西江24-3B平台及惠州25-8平台钻机电控PLC系统S7-400PLC均使用RAM程序存储器。因此，极易出现程序丢失问题。

二、原因分析

针对西江24-3B平台及惠州25-8平台都出现相同的PLC程序丢失问题，现场分析查找原因，对可能造成PLC程序丢失的要素逐一进行分析。

1、PLC内部的电池掉电;

2、PLC内部电路发生短路;

3、PLC遭遇强电磁干扰;

4、PLC电源遭受雷击等。

目前用于S7-400CPU存储卡有以下三种：

1）用于S7400CPU的RAM卡

2）用于S7400CPU的FlashEPROM卡（以下简称FEPROM）

3）只用于CPU417-4（6ES7417-4XL00-0AB0V1.1-V3.1）的扩展工作存储器的RAM卡

参考S7-400CPU选型使用说明。西江24-3B平台及惠州25-8平台钻机电控系统S7-400CPU选用RAM存储卡。当使用RAM存储卡时，如果出现电源故障的话，系统必须能使用后备电池或通过“EXT.BATT”插座为CPU提供外部备用电压，以便备份存储卡上的数据以及内部RAM上的数据，如果备用电池故障，PLC程序就会丢失。但是，如果使用FEPROM存储卡时，用户程序存储在FEPROM卡中，如果出现电源故障，即使没有后备电池，FEPROM卡里的程序也不会丢失。CPU再次上电后，会自动从FEPROM卡中拷贝用户程序到CPU的工作存储器中。通过分析，小组成员认为造成现场钻机电控PLC系统程序丢失的主要原因有以下两点：

（1）CPU备用电池电量耗尽;

（2）RAM程序存储卡无断电存储功能;

三、制定对策

1、制定对策表

QC小组成员根据可行性分析，制定相应的对策，采取措施就PLC程序丢失问题进行改进升级;

序号 因素 对策 目标 地点 时间

1 CPU备用电池不可靠 定期检查更换PLC备用电池，避台风前更换新电池 尽量减少或规避PLC程序丢失问题 西江24-3B平台/惠州25-8平台 2019.01-2019.12

2 RAM程序存储卡无断电存储功能 探索更换RAM存储卡为FEPROM卡 彻底解决PLC程序丢失问题 西江24-3B平台/惠州25-8平台 2019.3-2020.12

四、对策实施

1、2019.01.01-2019.12期间。西江24-3B平台及惠州25-8平台严格施行定期检查PLC备用电池维保策略，针对每次避台风前必须更换使用超过一年的PLC备用电池方案。在此一年期间，两个平台均未再次出现PLC程序丢失问题。

2、2019.3-2020.12。现场尝试探索使用FEPROM卡替代RAM存储卡。经过现场分析讨论得出结论：西江24-3B平台及惠州25-8平台使用的S7-400CPU可以使用FEPROM存储卡替代目前使用的RAM存储卡。目前正按初步方案订购6ES7952-1KK00-0AA0型号FEPROM存储卡。待彻底解决PLC程序丢失问题。

五、总结和下一步打算

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，甚至引起井下事故，给油田带来巨大经济损失。

参考文献

[1] 王宇，肖玉清，陈松林.基于PLC的钻机智能防卡钻系统[J].煤矿机械，2013，034（009）：170-172.

[2] 张立众，马永翔.钻机绞车PLC控制系统的研究与设计[J].化工自动化及仪表，2011，038（005）：554-558.