5712XD绞车面板常见故障及维修测试方法探究

杨宝平(中国石油集团测井有限公司国际公司，北京 100101)

0 引言

5712XD绞车面板是Baker Atlas ECLIPS5700成像测井地面系统重要的组成部分，在测井小队的生产作业中起着至关重要的作用。该面板为绞车操作人员提供测井仪器运行的速度、深度、张力、差分张力等基本信息[1]；其次该面板具有提示遇阻、遇卡的功能，在差分张力或总张力超过限定值时具有声光报警和自动停车的功能。5712XD面板功能齐全，使用方便[2]，与地面系统数据采集面板5752进行双向通信。操作人员通过5712XD面板的触摸屏设置绞车运行相关控制参数，也可对5752面板中的编码器信号处理板ESP中参数进行修改，面板界面显示直观、操作灵活，在国内外各个ECLIPS5700成像测井系统上得到了广泛的应用。近年来，随着5712XD面板使用频次的增多以及使用时间的增长，该面板相继出现各种各样的故障，严重影响测井作业的顺利施工。因此需要了解该面板常见故障，掌握相关维修测试方法，从而保障5712XD面板在生产作业中正常运行。

1 5712XD面板功能及组成

根据Surface Panel Maintenance Manula, 5712XD绞车面板(图1)是5752面板ESP板的显示单元。 该面板配有彩色 LCD 触摸屏显示器，可连续显示ESP板生成的深度信息。其次5712XD面板还能显示ESP板监控的其他参数信息，并在这些参数信息中的任何一个超出设定范围时提供声光警报。绞车单元的某些操作参数，例如校准和未校准深度，可以通过 5712XD面板显示器的触摸屏设置。这些参数也可以从地面处理系统中设置。5712XD面板基本上是一台微型计算机(图2)：核心部件为一个集成度较高的单板机，带有电源、一个 3.5 英寸(8.89 cm)软盘驱动器和一个 2GB 固态闪存驱动器，还包括一个用于声音警报的扬声器、一个带读取功能的并行 I/O 打印机端口和一个 PC/AT 键盘接口。

图1 5712XD面板外观

图2 5712XD面板结构简图

2 5712XD面板常见故障及维修测试方法

2.1 5712XD面板开机后屏幕显示异常

绞车面板上电后，液晶显示屏无法正常显示或者花屏，通常此种故障的主要由三个方面原因引起。

2.1.1 单板机更换备用电池或电池电能耗尽，COMS存储器数据丢失。

5712XD面板的核心部件为Little BoardTMP5v型单板机(图3)，主要功能是接收5752面板传过来的数据并进行显示，同时将5712XD设置的参数传送给5752面板。该型单板机具有结构紧凑、工作高效和可靠性高等特点。绞车面板的硬件配置和用户设定参数均保存在单板机上的COMS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)中，COMS是可读可写的随机存储器RAM(Random Access Memory)芯片，由3V CR2032型纽扣锂电池供电。当更换电池或电池能量耗尽时，存放在COMS中的数据会丢失，面板上电COMS校验出现错误，CMOS数据会被BIOS(Basic Input and Output System)中的系统设置程序自动加载成为出厂默认设置，用户在COMS中设置的显示器类型、符号、DAM等参数发生变化，单板机无法按照用户的设置制定和分配系统资源，因此面板无法正常工作[3]，屏幕显示异常。解决方法是更换纽扣电池、重新设置COMS。更换纽扣电池后，由于此时面板还处于出厂默认设置，面板本身还无法正常显示；其次单板机无现成的VGA显示器接口，绞车面板前端为AT型键盘接口，该接口型键盘大多数已被淘汰。因此直接对5712XD面板进行BIOS设置较为困难。单板机上J5为针VGA显示器端口，可制作一条用于外接VGA显示器的转接线(图4)，P5端接单板机上的J5端口，VGA端接外置显示器，实现了COMS内容的可视化。其次将AT型键盘接口改进为通用USB型键盘接口(图5)，P16端接单板机上J16端口，USB端接通用USB键盘，极大方便了BIOS参数的设置(图6)。

图3 Little BoardTM P5v单板机结构图

图4 VGA显示转接线

图5 键盘AT接口改进为USB接口

图6 5712XD面板COMS重置

2.1.2 显示屏相关部件异常

5712XD面板的采用NEC-NL6448AC33(图7)显示屏，该显示屏是一种采用a-Si TFT-LCD技术制造的工业级10.4英寸液晶模组彩色显示屏，显示分辨率为640(RGB)×480 (VGA)，宽高比为4∶3 (宽∶高)，像素采用RGB垂直条状排列。它装有2个侧入式冷阴极萤光灯背光，荧光灯配有单独的逆变器，驱屏电压为3.3/5.0V，与触摸屏配合使用。背光逆变器型号为NEC-104PWBR1，是将12VDC转换为600VCD后驱动2个背光荧光灯。显示屏的典型特征为： 背光灯和逆变器易换，具有良好的视角选择功能，能够进行180度翻转显示。

图7 显示屏和逆变器

显示屏相关的故障主要表现为面板上电后，显示屏黑屏，但能够听到单板机启动程序的声音，且外接VGA显示器能正常显示。此种故障的主要原因是背光冷阴极荧光灯或逆变器损坏造成。背光冷阴极荧光灯和逆变器都可拆换，更换相应故障的部件，显示屏就能恢复正常显示。此外，对于首次安装或更换新显示屏时需要注意屏幕后端的SW1显示方向调整旋钮(图8)，若是安装后显示内容相反，可对SW1旋钮进行调节。

图8 显示屏显示方向调整旋钮

2.2 触控屏响应不正确或者无响应

5712XD面板采用3M公司生产的电阻型触控屏，由触摸检测屏Mirco Touch RES-10.4-PL4和触摸屏控制器SC4 CONTROLLER DYVAPRO组成。该触控屏具有反应速度快、可靠性和稳定性高及使用寿命长等优点。触摸检测屏安装在与之非常配合的显示屏NEC-NL6448AC33前端，用来检测触点位置并传给触摸屏控制器，触摸屏控制器件接收到的位置信息转换为触点坐标并发送给CPU同时接收CPU发的执行命令。触控屏的工作原理是通过压力感应原理来实现对屏幕的操作和控制，触摸检测屏是一块多层复合薄膜，以玻璃为基层，表面涂有一层透明的导电层ITO薄膜，内表面也涂有一层ITO，内外层ITO之间有许多透明小点把他们隔开[4]。当触摸操作时，薄膜下层的ITO会接触到玻璃上层的ITO，触摸检测屏传出电阻，控制器根据检测到电阻通过运算转化为屏幕上的X、Y值，完成选点动作，并呈现在屏幕上。触摸屏不响应或响应异常，大多是由于触摸检测屏屏体受损，ITO薄膜损坏造成，此种故障需要更换触摸检测屏屏体。其次触摸屏控制器电路板异常，也可导致触摸屏工作不正常，可对控制器电路进行检查，更换有问题电子元器件。对面板使用一段时间或者维修后现选点困难或者选点错位的现象，一般可通过面板操作系统自带的触点校正软件对触点进行校正。

2.3 5712XD面板无音频输出

绞车面板音频输出在测井中尤为重要。作业前工程师设定好相关深度和张力参数报警值，当实际测井作业过程中张力或深度超过设定值时就会发出声光报警，能够及时提醒操作人员采取相关措施，避免事故发生。5712XD面板无音频输出的原因主要有：(1)喇叭异常，需要检查喇叭外观及发声线圈阻值，线圈正常阻值为8 Ω；(2)喇叭接线通断或与单板机上的音频输出接头异常；(3)单板机上的音效芯片工作异常。可根据具体故障现象，逐步进行故障排查，处理或更换有问题部件。

2.4 5712XD面板显示信息异常

5712XD面板的工作原理(图9)：井口张力和深度信号依次经过I/O和5752面板的信号分配板SDB传到ESP板中，深度信号经过脉冲处理后直接传到CPLD中，张力信号经过滤波放大和A/D转换后送到DSP中处理后再送到CPLD中，CPLD通过VME总线与RAP板进行双向通信，RAP板上的串口通信板IPSERIAL负责与5712XD进行串口通信，将处理过的深度、张力等信号显示到5712XD面板，同时将5712XD上设置的参数传送到RAP板中。

图9 5712XD面板工作原理

2.4.1 5712XD面板与5752面板通信异常

5712XD与5752面板通信不正常的现象具体表现为地面系统ECLIPS软件中深度、张力显示正常5712XD面板中显示异常，此时查看5712XD面板上SCREEN “1”中通常显示 Mode: Lost，SCREEN “D”中5712与ESP之间的数据传输也不正常。对于此种故障需要首先排除是否是5712XD面板自身问题所致，其次需要对5712面板后端的RS232接线以及5752面板后端的J13 接线进行排查。此外由于5752面板中RAP板上的IP-SERIAL板负责与5712XD进行串口通信，因此需要对该板上的接收和发送通路进行检查，Eclips软件中的RS232自检信息窗口中在5752面板上电时会在RAP POST下显示IP-SERIAL板的自检结果信息，有助于故障的快速排查。

2.4.2 5712XD面板深度显示异常

所有的测井资料都是基于深度进行采集和记录，一旦测井过程中深度出现排查或异常将直接导致测井资料不合格甚至造成重大工程事故。5712XD绞车面板深度显示异常原因主要分为以下四个方面：(1)5712XD面板或地面软件中深度相关参数设置不正确，如编码器的分辨率、深度矫正参数等，此类故障可通过仔细检查和修正有误参数进行解决；(2)5752面板中ESP板深度处理通道异常，ESP上电自检是不会对深度处理通道进行检测，因此需深度通道需要单独检测，更换出现故障的电子元器件；(3)光电编码器输出异常，ECLIPS地面系统可通过切换示波器显示通道直接从示波器上观察编码器输出的脉冲信号波形，从而判断编码器是否正常，由于光电编码器属于精密仪器，出现故障后现场只能整理更换；(4)编码器与深度测量轮之间的挠性连接异常或者深度测量轮磨损后导致测井过程中电缆和测量轮出现打滑现象，此类故障可通过检查编码器和深度测量轮之间的连接或者更换磨损严重的深度测量轮来解决。

2.4.3 5712XD面板井口张力显示异常

井口张力单元被视为测井工程师的“眼睛”，工程师依据张力值的大小及变化情况判断井下测井仪器的运行状态。测井过着仪器中遇卡时，参考井口张力值计算相关数据，为仪器解卡、打捞等措施提供依据。5712XD绞车面板井口张力显示异常时，首先应该排查ESP板张力处理通道。ESP板上电时由DSP经过D/A芯片产生检测信号，对张力信号通道进行检测，可在ESP POST下查看检测结果信息。若如检测异常，就需要对ESP板进行维修，更换有问题的电子元器件。其次是检查井口张力信号采集通路。5700地面系统设计了“万磅”检测功能能够对井口张力计、张力线及相关张力信号通路进行检测。“万磅”测试电路(图10)工作原理：地面接好井口张力计后在5712面板前端按下S1张力测试按键TST TENSION 后(或者地面系统软件给出测试信号TESN_TST,ESP板的Q2的3脚高电平，Q2的1脚和4脚处于开启状态)，TST/CAL信号接地，井口张力计3701NA中继电器或选通开关动作，张力计VE-F输出标准的0.75VDC电压，经过5752面板中ESP板处理后系统后5712XD面板显示张力值为10 000磅。如果井口张力采集通路异常，“万磅”测试就会失败，失败的主要原因大多是由于张力线多次使用，拖拽导致接头中的信号线断折或虚接；此外5712面板TST TENSION按钮S1多次使用后也可能接触不良；张力计本身传感器中的电器元件老化损坏导致无输出或者输出异常。根据检测结果，对发现故障张力线或张力计进行维修。

图10 接口张力“万磅”测试原理

2.5 绞车自动停车功能异常

在裸眼井特别时深井测井作业时，由于井深、钻井时间长、井壁容易垮塌、井身质量变差，测井时经常发生遇卡现象。由于一些原因，遇卡现象不易发现，有时造成电缆卡断、仪器落井事故，严重影响测井作业的顺利施工[5]。因而在发生仪器遇卡时，绞车能够自动快速停车，能够有效避免事故的发生。

5700测井系统液压绞车自动停车信号电路工作原理(图11)：测井作业前在5712XD面板设置好差分张力值和总张力值并使能；在测井过程中5700地面系统张力单元正常工作时，N型绝缘栅场效应管Q1的3脚为低电平，Q1的1脚和4脚处于关断状态，I/O板的J12-1的电平为15 V，K1继电器不吸合；当5700地面系统检测到差分张力或者总张力超过限定值时，面板报警，Q1的3脚为高电平，Q1的1脚和4脚处于开启状态，I/O板的J12-1的电平为0 V，K1继电器吸合，来自大车电瓶的直流电源就送至液压马达的伺服系统电磁阀，液压马达被停止供油，同时刹车电磁阀断电，刹车片抱紧绞车滚筒，实现绞车自动停车。继电器K1和I/O板之间串联的电阻R1的阻值和功率大小根据继电器的线圈的阻值来计算，保证继电器工作时线圈上的压降为12 V，D1的作用是消除继电器线圈的反感应电动势。绞车自动停车功能异常时：首先检查5712XD面板的过张力参数设置；其次检查K1继电器(继电器触点标识号为ASEP车Shutdown继电器标识)、电源及D1和R1等；最后再检查5752面板ESP板上的过张力信号相关电路。

图11 绞车自动停车原理

3 结语

5712XD绞车面板内部结构复杂，受外部设备影响因素较多，因而进行故障判断和维修测试具有一定难度。本文对常见故障分析以及维修测试方法探究，实践表明：只要能够深入分析和掌握相关模块电气工作原理，对具体故障现象进行整体分析和判断，建立相应的维修思路，运用合理的维修测试方法，就能高效高质量的解决相关故障，修复故障面板，为测井施工的顺利进行提供良好的保障。