張堯，王博，孫明寰，馬瑞，謝海歡

(北京石油機(jī)械廠，北京 100083)

0 引言

北石頂驅(qū)采用WinCC系統(tǒng)作為上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，存儲(chǔ)了大量頂驅(qū)運(yùn)行中的參數(shù)。出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)讀取，分析這些記錄的數(shù)據(jù)，對(duì)于故障的分析和判斷有很大的幫助，本文介紹了如何利用趨勢(shì)畫(huà)面，了解，判斷頂驅(qū)出現(xiàn)的問(wèn)題。

1 北石頂驅(qū)PLC系統(tǒng)與WinCC系統(tǒng)介紹

北石頂驅(qū)采用西門(mén)子S7-300型PLC作為主控制系統(tǒng)，利用MPI網(wǎng)絡(luò)與WinCC監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通訊，將采集到的數(shù)據(jù)在WinCC系統(tǒng)畫(huà)面上進(jìn)行顯示，包括電機(jī)溫度，電機(jī)電壓、電流，減速箱溫度，頂驅(qū)轉(zhuǎn)速，扭矩等。

系統(tǒng)圖如圖1顯示。

圖1 系統(tǒng)圖

2 北石頂驅(qū)WinCC監(jiān)控系統(tǒng)的組成

頂驅(qū)WinCC監(jiān)控系統(tǒng)是由西門(mén)子627C工控機(jī)和DELL 19吋液晶顯示器組成。工控機(jī)627C通過(guò)集成的CP5611通訊卡與PLC的MPI接口連接，在通訊的過(guò)程中WinCC以變量和過(guò)程值的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。WinCC監(jiān)控系統(tǒng)讀取到數(shù)據(jù)后，按照程序的設(shè)置，將數(shù)據(jù)保存、歸檔。監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)畫(huà)面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控，監(jiān)控的主畫(huà)面主要分為四個(gè)區(qū)域分別顯示以下不同的信息，如圖2中的顯示。

圖2 WinCC界面

(1)工具欄:在工具欄區(qū)內(nèi)是畫(huà)面之間的切換按鈕

(2)顯示區(qū):顯示畫(huà)面區(qū)是經(jīng)行系統(tǒng)監(jiān)視及控制操作的主要區(qū)域

(3)報(bào)警欄:顯示系統(tǒng)當(dāng)前最新的報(bào)警內(nèi)容和相應(yīng)的解決方法

(4)狀態(tài)欄:顯示當(dāng)前的畫(huà)面名稱，當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間等信息

通過(guò)單擊工具欄上的按鈕可以進(jìn)入對(duì)應(yīng)的WinCC監(jiān)控畫(huà)面，主要監(jiān)控畫(huà)面有:電源系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、頂驅(qū)系統(tǒng)、控制狀態(tài)、輔助畫(huà)面、趨勢(shì)畫(huà)面、報(bào)警記錄、設(shè)定畫(huà)面等。

3 系統(tǒng)趨勢(shì)畫(huà)面

PLC系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)，將采集到的數(shù)據(jù)處理后，通過(guò)MPI網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至WinCC監(jiān)控系統(tǒng)，在WinCC系統(tǒng)中歸檔、保存，并且將數(shù)據(jù)顯示在趨勢(shì)圖中。進(jìn)入趨勢(shì)畫(huà)面，可以看到顯示的趨勢(shì)圖像，通過(guò)點(diǎn)擊趨勢(shì)畫(huà)面右下角的菜單欄，可以切換顯示的趨勢(shì)圖，按照參數(shù)種類和裝置種類，趨勢(shì)畫(huà)面分為以下十一種:

系統(tǒng)趨勢(shì)，電流趨勢(shì)，電壓趨勢(shì)，轉(zhuǎn)矩趨勢(shì)，頻率趨勢(shì)，電源模塊趨勢(shì)，電機(jī)模塊趨勢(shì)，頂驅(qū)減速箱趨勢(shì)，司鉆臺(tái)操作記錄，主電機(jī)溫度趨勢(shì)，故障報(bào)警記錄。

通常情況下，趨勢(shì)圖顯示最近10分鐘的數(shù)值，點(diǎn)擊趨勢(shì)圖上方工具欄的“開(kāi)始/停止”按鈕可以暫停和啟動(dòng)數(shù)據(jù)更新;點(diǎn)擊“倒回”按鈕查看歷史趨勢(shì)記錄;點(diǎn)擊“分配參數(shù)”按鈕，能夠選擇需要顯示和關(guān)閉的趨勢(shì)，可以通過(guò)選擇變量，在趨勢(shì)圖中增添需要顯示的數(shù)據(jù)，還能夠選擇時(shí)間軸的時(shí)間范圍;點(diǎn)擊“標(biāo)尺”按鈕，會(huì)出現(xiàn)標(biāo)尺線，精確顯示變量的數(shù)值和記錄時(shí)間。

4 趨勢(shì)畫(huà)面的數(shù)據(jù)記錄和分析

4.1 趨勢(shì)圖數(shù)據(jù)記錄

趨勢(shì)圖記錄的數(shù)據(jù)，分為兩種，一種是模擬量的信號(hào)，如溫度，壓力，電壓，電流值等，特點(diǎn)是連續(xù)變化，不會(huì)產(chǎn)生突變，比如電機(jī)溫度的變化。如果產(chǎn)生突變，說(shuō)明在突變的時(shí)刻有故障的存在，例如圖3中的顯示，記錄的是液壓系統(tǒng)壓力值和溫度值，在大約8點(diǎn)時(shí)，壓力值和溫度值都有明顯的突變降低。實(shí)際上，引起該突變的原因，是液壓管線突然斷開(kāi)。

還有一種為數(shù)字量的信號(hào)，如流量開(kāi)關(guān)，頂驅(qū)使能，司鉆臺(tái)操作記錄等，數(shù)字量信號(hào)的只有“0”和“1”兩位，開(kāi)關(guān)接通時(shí)記錄為“1”，斷開(kāi)時(shí)記錄為“0”。由于司鉆臺(tái)操作旋鈕較多，所以將司鉆臺(tái)的記錄值分為4個(gè)字節(jié)，每個(gè)字節(jié)保存成為一個(gè)8位的2進(jìn)制變量，變量名稱分別為 TCC1，TCC2，TCC3，TCC4，共32 位，其中每一位對(duì)應(yīng)一個(gè)操作旋鈕。在分析司鉆臺(tái)操作記錄時(shí)，需要對(duì)照電氣圖冊(cè)中司鉆臺(tái)開(kāi)關(guān)的地址，如圖4中，TCC1的記錄值由32變?yōu)?6，將這兩個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成2進(jìn)制，就是 100000變?yōu)?00100，可以看到，是第三位由“0”變?yōu)椤?”，對(duì)照?qǐng)D5中的電氣圖冊(cè)可以知道，是圖中的第三個(gè)開(kāi)關(guān)，即頂驅(qū)正轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)狀態(tài)發(fā)生了改變，頂驅(qū)停止?fàn)顟B(tài)變成了正轉(zhuǎn)狀態(tài)。由此可以看出，通過(guò)WinCC中的記錄數(shù)據(jù)可以看到頂驅(qū)的各種狀態(tài)和操作，在出現(xiàn)故障時(shí)，可以幫助我們對(duì)故障進(jìn)行更好的分析。

圖3 液壓系統(tǒng)圖

圖4 司鉆臺(tái)操作記錄

4.2 趨勢(shì)圖的分析

趨勢(shì)圖的分析，可以遵循兩種方法，方法一可以稱為橫向比較，即選取同一時(shí)刻的不同趨勢(shì)圖進(jìn)行分析;方法二稱為縱向比較，即選取不同時(shí)間記錄的同一曲線進(jìn)行比較分析。

圖5 司鉆臺(tái)開(kāi)關(guān)

方法一:通過(guò)選擇同一時(shí)刻的不同趨勢(shì)圖，進(jìn)行多張趨勢(shì)圖的綜合分析，了解在出現(xiàn)故障時(shí)，頂驅(qū)的操作和頂驅(qū)各部分的狀況。如圖6，圖7，圖8，分別是頂驅(qū)電機(jī)輸出電流趨勢(shì)圖，司鉆臺(tái)操作記錄和司鉆臺(tái)手輪設(shè)定值。按照三張圖中的同一時(shí)刻對(duì)比分析可以看出，司鉆臺(tái)旋轉(zhuǎn)方向從“正轉(zhuǎn)”切換到“停止”，速度手輪保持不變，頂驅(qū)正常降速停機(jī)，停機(jī)后，司鉆臺(tái)旋轉(zhuǎn)方向從“停止”切換到“正轉(zhuǎn)”，但頂驅(qū)仍然停止，之后速度手輪回零并重新給定轉(zhuǎn)速，頂驅(qū)在同一時(shí)刻啟動(dòng)，繼續(xù)鉆進(jìn)。通過(guò)比較同一時(shí)刻不同的趨勢(shì)圖，可以清楚的看到，頂驅(qū)本次停機(jī)的原因及司鉆的操作過(guò)程。

方法二:通過(guò)比較同一張趨勢(shì)圖的不同時(shí)間段，對(duì)頂驅(qū)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析，如圖9，圖10，都是頂驅(qū)變頻系統(tǒng)直流母線電壓的趨勢(shì)圖，下方的時(shí)間軸上顯示，兩張趨勢(shì)圖均是10個(gè)小時(shí)中所記錄的電壓趨勢(shì)，趨勢(shì)圖9是在鉆井時(shí)的電壓趨勢(shì)，在鉆井時(shí)電壓值較為平穩(wěn);趨勢(shì)圖10是在起下鉆時(shí)的電壓趨勢(shì)，起下鉆時(shí)，電壓出現(xiàn)很多的尖峰。從這兩張趨勢(shì)圖中可以明顯看出，起下鉆時(shí)，由于游車的啟停非常頻繁，對(duì)于頂驅(qū)直流母線電壓的影響很大，需要提醒司鉆在操作時(shí)注意平穩(wěn)。

圖6 電流趨勢(shì)圖

圖7 司鉆臺(tái)操作記錄

圖8 司鉆臺(tái)手輪設(shè)定值

圖9 鉆井時(shí)直流母線電壓趨勢(shì)

圖10 起下鉆時(shí)直流母線電壓趨勢(shì)

5 結(jié)束語(yǔ)

北石頂驅(qū)的WinCC監(jiān)控系統(tǒng)，功能全面，人機(jī)界面友好。通過(guò)與PLC的通訊，讀取了大量的頂驅(qū)運(yùn)行參數(shù)，并將其記錄歸檔，顯示在趨勢(shì)畫(huà)面中。通過(guò)不同的趨勢(shì)畫(huà)面，可以選取需要的數(shù)據(jù)顯示，分析。趨勢(shì)畫(huà)面的利用，對(duì)于頂驅(qū)的使用維護(hù)，發(fā)生故障后的分析，解決，提供了大量有效的信息。

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