注油器網絡系統調試分析

李雪龍

（上海丹漢船舶設備有限公司，上海201206）

當前的不少汽缸油潤滑系統都是使用高壓共軌方式。通過網絡通訊用飛輪角度信號來控制電磁閥動作，電磁閥動作瞬間高壓油驅動活塞上行，將腔室內的汽缸油注入缸套。電磁閥失電后，注油器內部的高壓彈簧使得活塞復位。這種注油器在船舶的潤滑系統中比較常見。控制注油器時需有先進的網絡系統的支持，現結合某船舶航行調試項目，對注油器網絡系統展開深入分析與研究，確定調試網絡系統過程中發現的故障問題，確定解決故障問題的方法，確保注油器可順暢運行。

1 項目概況

現有某某集團提供的礦砂船航行與調試項目，主要對MV YUAN JIN HAI 系列船舶進行測試與分析，其主機系統為7G80ME-C9.5，使用的潤滑系統為HJ-Lubtronic 6S，同時還運用了T155 型號的注油器給缸套提供潤滑服務，共計7 組，系統配置兩臺液壓油伺服式油泵，兩套油泵系統可互相備用，確保在一臺油泵出現故障無法被正常使用時，另外一臺油泵可維持基本功能。參考油泵的狀況，設置供給氣缸油的泵站。在已有船舶設備安裝經驗的指導下，可知當船舶的震動幅度過大時，液壓泵站會形成裂紋，因此在機艙首層甲板中安裝供給氣缸油泵站與液壓泵站，而不是將兩組泵站安裝到主機平臺處。利用軟管來連接原來的主機平臺處的注油器與泵站，即使震動形成過大的應力，輸油管路也不會產生裂紋。

調試注油器系統時，發現其網絡控制系統存在不穩定的情況，主機系統處于高速運轉狀態下，網絡系統的機旁控制箱中產生了數據包不完整的情況，系統可能無法正常運行，必須解決這一問題，優化網絡系統。

2 注油器網絡系統概況

圖1

圖2

2.1 通訊協議

注油器控制系統依托現場總線架構，采用Modbus 主/從協議，是現實傳輸數據的一種方式。

在1979 年，作為通信的協議，為了達到利用邏輯控制器（PLC）進行通信的目的，Modbus 是由Modicon 公司發布的。此外，作為業界模范，這里主要指通信協議里邊的，電子裝置大多通過Modbus 進行連接。與此同時，在通信協議中，之所以Mod bus 的身影基本到處可見，主要是由于其使用并沒有明確要求其版權的需求。此外，該設備在部署以及維修方面比較簡便。更重要的一點是：針對供應商而言，如果你想對本地的字節進行改動操作，在這里并不需要過多的限制條件。

為達到通信的目的，Modbus 同意很多個裝置共同匹配同個網絡。比如：在同一個設備上，主要由測量溫度和濕度的兩部分裝置組成，需要把最終測量數據傳送給電腦。一般來講，根據數據采集與監視系統，Modbus 是兩大系統的連接中轉站。此外，之所以Modbus 協議得到很大的擁護，主要是由于該內容的簡便性。值得一提的是，根據協議，它們有的得到特別創造，如：利用有線或無線進行信息傳送等。但是，其中的問題也需要得到解決就，如：延遲等。

2.2 master/slave 架構信息傳輸

以通信協議為基礎，系統中設有master 節點，其他同樣進行通信操作的節點都是slave 節點——只擁有一個通信地址。此外，根據MB+網絡與串行系統，有且只有主節點能夠進行啟動命令的作用，主節點一般是被指定的。在以太網系統之中，所有設備均可以輸送Modbus 命令，但是通常情況下，僅有主節點具備啟動命令的功能。單一的Modbus 命令提供的信息比較復雜，包括Modbus 地址，地址信息與負責執行命令的設備對應。系統之中的所有設備均能夠接收到指令，然而僅僅只有處于預設位置的設備擁有回應與執行指令的能力。地址設為0 的情況不同，一般這種指令屬于廣播指令，通信范圍內的所有設備均會按照指令要求運行，但是并不會發出回應信息。檢查碼也在Modbus 指令范圍內，這一信息是為了保證傳送的信息的準確性。此外，基本命令具有獨立性，可以獨自完成指令信息，使RTU 急對寄存器內部的某一數值發生改變，讀取或者直接控制某處I/O 端口，同時還能夠指揮設備，對寄存器中的數據進行會送操作，會送數據量比較大。

注油器使用電控系統的網絡構造比較簡單，整個網絡系統所用的master 主站為集控室電腦，slave 站系統由機旁控制箱構成，數量為6 個。網絡系統處于正常運行狀態時，master 站可給機旁控制箱對應的slave 站輸送問詢數據幀，slave 站在獲取數據站時，如果存在與之對應的情況，會繼續反送確認幀，分析節點的狀態，如果節點處于激活狀態，可與主站形成聯系，進行數據交換活動。如果主站并未從slave 站出獲得確認幀相關的反饋信息，主站系統將會立即重新展開問詢活動，繼續向slave 站提出問詢，最終仍舊沒有獲取反饋，系統則直接人認定節點丟失，即slave 丟失，與此同時，還會將報警信號送出，提示這一異常問題。

3 網絡系統調試分析

3.1 系統運行出現的網絡故障及故障原因分析

主機運行在高速狀態時，網絡系統中的機旁控制箱（從站）的網絡數據包丟失，主機轉速越高通訊數據丟失情況越嚴重，出現網絡問題的機旁控制箱也隨著轉速增加及運行時間增長變得越來越多，最終會導致整個系統無法正常工作。

以master/slave 為基本組織結構，注油器電控系統采用Modbus 通訊協議。其中，只有一個節點是屬于master 性質的，剩下的均為slave 節點。值得注意的是，每個slave 裝置只擁有一個通信地址。與此同時，根據串行和MB+網絡的特點，節點能夠開啟指令信息，這里特指作為主節點的。此外，根據以太網的基本特點，可以得到相關的信息：所有的裝置都可以提出Modbus 指示。而且，ModBus 指示內容有Modbus 地址，這里指即將運行的裝置。該裝置一接受指令信息，處于特定地方的裝置能夠執行并對其進行信息回復。值得注意的是，廣播指令是特殊的，并不需要對其回復。此外，之所以檢查碼在Modbus 中可以被找到，主要是為了保證所獲取的信息具有完整性。與此同時，基本的ModBus 指令可以通過RTU，控制I/O 端口或者指揮的相關裝置，進而影響寄存器的數值。

注油器電控系統中集控室電腦作為整個網絡的master 主站，6 個機旁控制箱作為slave 站，網絡系統正常工作時master 站給各個slave 站發出問詢數據幀，當相應的slave 站收到該數據幀后，會給master 站反送一個確認幀，已確定該節點處于激活狀態，可以允許來自主站的數據交換。如果master 站沒有收到slave 站點的反饋確認幀，master 站會重新發起問詢，如果多次問詢后仍然沒有收到反饋，系統就會認為該節點（即slave站）丟失，同時會發出報警信號。

導致網絡故障現象原因可能性：1、硬件接線；2、控制節點本身的電氣故障；3、軟件參數配置；4、節點過多、通訊數據量過大，導致相應節點數據遲滯或崩潰；5、數據傳輸受到外界的干擾等原因

注油器控制系統在主機低速運行時，網絡系統工作正常，并沒有出現機旁控制箱通訊數據包丟失或報警情況。這樣基本可以排除某個機旁控制箱（即某個控制節點）的硬件或接線出現問題引起的網絡故障、另外因低速區間運行正常，因此也排除了網絡參數配置等問題引起的網絡故障的可能性，另外Modbus在沒有設置網絡中繼器的前提下，理論可以有256 個通訊節點，而本系統中只有6 個從站節點（即機旁控制箱），所以節點過多、通訊數據量過大，導致相應節點數據遲滯或崩潰可能性也被相應的排除。每次運行均出現在主機高速運行的時，主機高速運行會產生的高頻信號，尤其是主機轉速信號，通訊時在數據傳輸過程中極其容易受到高頻信號的干擾，這成為了我們查找網絡故障的原因的首要方向。

將示波器探棒并聯在通訊線的A,B 兩端。當主機在低速運行時，放大波形，我們可以看到通訊載波信號的波形規整、無毛刺，具體如圖1 所示。

提高主機的運行轉速，我們看到通訊波形出現了的失真，主機轉速越高波形失真越嚴重（圖2）。

因此我們基本可以確定，當主機高速運行時，干擾信號進入了通訊系統，使得通訊數據不能夠被正確的接收或者錯誤的傳輸，引起了通訊系統的故障。

3.2 解決方案

根據Modbus 現場總線的基本原理，同時結合具體的網絡故障現象，嘗試用以下的技術處理方案，消除注油器網絡體系的異常運行狀況。

3.2.1 將通訊電纜改為，屏蔽雙絞線的型號為RVSP2*0.5(二芯屏蔽雙絞線，每芯由16 股的0.2mm 的導線組成)。

3.2.2 屏蔽層有效接地，降低或消除共模干擾。

3.2.3 增加偏值電阻，降低差模干擾。

3.2.4 調整通訊電纜的走線，遠離高壓電線，不要與電源線并行。

3.3 測試結果

圖3 網絡界面圖

經過上述的幾步處理以后，再次進行對電纜的連接進行確認，對通訊線與電源線進行檢查，確定有無異常接地或者短路的情況，檢測之后發現接線系統無異常，各處接線均未出現短路的狀況。對網線終端電阻數值進行測量，確定測量值為120 歐姆，為正常值；系統通電，并將主機運行于高速狀態，通過集控室的電腦主站向從站發送數據，所有機旁控制箱從站節點都能成功的接收到數據，通訊數據包接受進度為100%（通訊數據包圖3 中49 位置），因此可以確定網絡問題得以解決。

4 結論

本文結合船舶實驗調試項目，對系列船舶使用的注油器系統進行測試，對檢測出的網絡系統問題展開深入研究，首先結合出現異常情況的系統將可能造成故障問題形成原因列出，而后逐步落實系統調試工作，排除了一些無關因素，最終確定了影響網絡系統，使其出現數據包存儲問題原因主要為外部干擾，當主機裝置處于高速運轉的狀態時，故障問題更加突出，通過科學的調整方案改變了系統問題，徹底排除了注油器使用問題，達到了相應的檢驗效果，因此可知在調試船舶應用設備的各種系統時，必須正視應急狀況，達到調試工作目標，消除船舶控制隱患，診斷故障形成原因時，使用排除法可達到良好使用效果。