淺析頂驅(qū)接近開關(guān)應(yīng)用及其故障處理

劉建（中國石油川慶川東鉆探公司機械廠 重慶 401120）

頂驅(qū)裝置將自身配備了專門上扣、卸扣的背鉗裝置和鎖緊系統(tǒng)，本文以北石頂驅(qū)為例，介紹接近開關(guān)在頂驅(qū)裝置上的應(yīng)用，同時再理論結(jié)合實際說明如何安裝及檢修接近開關(guān)。

一、鎖緊系統(tǒng)工作流程

當(dāng)鉆井工況需要拆卸頂驅(qū)保護(hù)接頭和鉆具之間的連接或者更換保護(hù)接頭和上下IBOP時，就會涉及到頂驅(qū)上卸扣操作，司鉆操作“回轉(zhuǎn)頭鎖緊”選擇開關(guān)，將其轉(zhuǎn)到“鎖緊位”，回轉(zhuǎn)鎖緊指令信號送入PLC程序，根據(jù)程序設(shè)定，通過液壓閥組使回轉(zhuǎn)頭進(jìn)行“微動”，同時鎖緊油缸驅(qū)動鎖緊銷(設(shè)定壓力為4 Mpa)進(jìn)行插孔動作，當(dāng)鎖緊銷進(jìn)入旋轉(zhuǎn)頭鎖孔后，接近開關(guān)進(jìn)行檢測，2對常開接點閉合，輸出“低電位”，PLC接收到鎖緊反饋信號后，停止微轉(zhuǎn)，司鉆臺鎖緊指示燈亮起，司鉆同時按下“背鉗”和“上卸扣”，觀察扭矩表指示情況，確認(rèn)是否卸扣成功，完成后將鎖緊開關(guān)轉(zhuǎn)至開位。

二、接近開關(guān)工作原理

接近開關(guān)實際是一個沒有與被測物體接觸的一個傳感器，是種開關(guān)型傳感器（即無觸點開關(guān)），當(dāng)物體接近開關(guān)的感應(yīng)面到動作距離時，不需要機械接觸及施加任何壓力即可使開關(guān)動作。接近開關(guān)按種類分為電感式接近開關(guān)，電容式接近開關(guān)和霍爾開關(guān)，北石頂驅(qū)現(xiàn)在在用的是電感式接近開關(guān)，型號是歐姆龍E2EX3D1-N-Z型號，工作電壓12 V-24 V，這種開關(guān)的優(yōu)點：1反應(yīng)速度快；2非接觸檢測，避免了對傳感器自身和目標(biāo)物的損壞；3在各種環(huán)境中能夠穩(wěn)定檢測。電感式接近開關(guān)由三部分組成：震蕩器，開關(guān)電器和放大輸出電路，振蕩器產(chǎn)生一個交變磁場，當(dāng)目標(biāo)物接近這一磁場，并達(dá)到感應(yīng)距離時，在金屬目標(biāo)內(nèi)產(chǎn)生渦流，從而導(dǎo)致震蕩衰弱，以致停震，振蕩器震蕩及停振的變化被后級放大電路處理并轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號，觸發(fā)驅(qū)動控制器件，從而達(dá)到非接觸式檢測目的。

由上述接近開關(guān)的原理我們可以得知：當(dāng)接近開關(guān)與被測金屬之間的距離小于等于接近開關(guān)的最大探測距離時，接近開關(guān)接通，輸出高電平；反之則關(guān)斷，輸出低電平。鎖緊銷為上部細(xì)、下部粗的圓柱體，當(dāng)鎖緊銷處于松開位時，鎖緊銷較粗的部分正對接近開關(guān)，此時兩者之間距離小于接近開關(guān)的最大探測距離，因此接近開關(guān)接通，輸出高電平；而當(dāng)鎖緊銷處于鎖緊位時，鎖緊銷較細(xì)的部分正對接近開關(guān)，此時兩者之間距離大于接近開關(guān)的最大探測距離，因此接近開關(guān)關(guān)斷，輸出低電平。接近開關(guān)的狀態(tài)通過控制電纜送到PLC柜內(nèi)的DI點模塊，CPU只要讀取外設(shè)的狀態(tài)，就可以準(zhǔn)確的知道接近開關(guān)的狀態(tài)。由上述分析我們可以得知：正常情況下，鎖緊銷的鎖緊狀態(tài)與DI點點的狀態(tài)存在“邏輯取反”的關(guān)系，即鎖緊銷處于松開時DI點點狀態(tài)為“1”，鎖緊銷處于鎖緊時DI點點狀態(tài)為“0”。而在非正常情況下，例如接近開關(guān)損壞，或接近開關(guān)與鎖緊銷相對位置發(fā)生變化，兩者之間狀態(tài)可能不遵循上述關(guān)系。

當(dāng)兩個接近開關(guān)采用并聯(lián)方式接入同一個DI點點時，我們可以用下表來描述系統(tǒng)檢測到的鎖緊銷狀態(tài)。隨著頂驅(qū)系統(tǒng)的升級換代，也有部分系統(tǒng)中兩個接近開關(guān)分別接入兩個不同的DI點點，或者系統(tǒng)中只有一個接近開關(guān)接入DI點點，我們都可以用下面的辦法一一分析，準(zhǔn)確的找到故障點并排除。

序號鎖緊銷實際狀態(tài)接近開關(guān)1狀態(tài)接近開關(guān)2狀態(tài)DI點點I 14.6狀態(tài)系統(tǒng)檢測狀態(tài)M59.4狀態(tài)是否正常

正常正常正常不正常正常不正常不正常不正常12345678松開位松開位松開位松開位鎖緊位鎖緊位鎖緊位鎖緊位接通接通關(guān)斷關(guān)斷關(guān)斷關(guān)斷接通接通接通關(guān)斷接通關(guān)斷關(guān)斷接通關(guān)斷接通11100111松開松開松開鎖緊鎖緊松開松開松開

可以看到，有四種狀態(tài)是處于不正常狀態(tài)，下面分別對這四種異常狀態(tài)做分析。

狀態(tài)4：鎖緊銷松開而兩個接近開關(guān)都關(guān)斷，這種情況有以下幾種可能原因：

接近開關(guān)的固定位置發(fā)生變化，超出了接近開關(guān)的最大探測距離。

接近開關(guān)的24 V供電電源中斷，或者接近開關(guān)到DI點模塊之間的電纜中斷。

接近開關(guān)對應(yīng)的DI點點損壞。

兩個接近開關(guān)的正負(fù)極均反接。

狀態(tài)6、7、8：鎖緊銷鎖緊而接近開關(guān)有通有斷，這種情況有以下幾種可能原因：

處于接通狀態(tài)的接近開關(guān)其感應(yīng)端面沾染上鐵屑等金屬粉末。

接近開關(guān)的24 V供電電源與DI點點之間的電纜短路。

接近開關(guān)對應(yīng)的DI點電損壞。

三、接近開關(guān)故障處理

應(yīng)急措施：當(dāng)遇井下較復(fù)雜，比如處理事故或固井后，需要在規(guī)定的時間快速進(jìn)行上卸扣，當(dāng)鎖緊無指示，鎖緊動作不能完成時。通常可以嘗試以下2種應(yīng)急處理方法：

方法1：

（1）把PLC柜的CPU打到off位；

（2）PLC柜的應(yīng)急開關(guān)打到旁路或開位；

（3）司鉆操作鎖緊開關(guān)，進(jìn)行上卸扣；

（4）把PLC柜的CPU打到o n位；

（5）仔細(xì)排查故障原因。

方法2:

(1)在PLC柜中將鎖緊檢測的2組信號并聯(lián)在一起，接入24 V直流電源；

（2）司鉆正常操作鎖緊開關(guān)，然后進(jìn)行應(yīng)急上卸扣；

（3）仔細(xì)排查故障原因。

結(jié)論

隨著頂驅(qū)裝置的不斷升級換代，在實際使用過程中遇到的鎖緊裝置及其檢測機構(gòu)可能會略有差異，但只要我們掌握其結(jié)構(gòu)和原理，遇到問題時冷靜分析，就可以快速方便的定位故障，為迅速恢復(fù)頂驅(qū)使用贏得時間。

[1]北京石油機械廠 頂部驅(qū)動鉆井裝置操作手冊2007年12月.

[2]塔里木油田工程技術(shù)部 井控裝置維修使用手冊2007年5月.