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(tǒng)都是使用高壓共軌方式。通過網(wǎng)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(tǒng)中比較常見?？刂谱⒂推鲿r需有先進的網(wǎng)絡系統(tǒng)的支持，現(xiàn)結合某船舶航行調試項目，對注油器網(wǎng)絡系統(tǒng)展開深入分析與研究，確定調試網(wǎng)絡系統(tǒng)過程中發(fā)現(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)為7G80ME-C9.5，使用的潤滑系統(tǒng)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(tǒng)配置兩臺液壓油伺服式油泵，兩套油泵系統(tǒng)可互相備用，確保在一臺油泵出現(xiàn)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(tǒng)時，發(fā)現(xiàn)其網(wǎng)絡控制系統(tǒng)存在不穩(wěn)定的情況，主機系統(tǒng)處于高速運轉狀態(tài)下，網(wǎng)絡系統(tǒng)的機旁控制箱中產生了數(shù)據(jù)包不完整的情況，系統(tǒng)可能無法正常運行，必須解決這一問題，優(yōu)化網(wǎng)絡系統(tǒng)。

2 注油器網(wǎng)絡系統(tǒng)概況

圖1

圖2

2.1 通訊協(xié)議

注油器控制系統(tǒng)依托現(xiàn)場總線架構，采用Modbus 主/從協(xié)議，是現(xiàn)實傳輸數(shù)據(jù)的一種方式。

在1979 年，作為通信的協(xié)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(fā)布的。此外，作為業(yè)界模范，這里主要指通信協(xié)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(xié)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(jié)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(wǎng)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(shù)據(jù)傳送給電腦。一般來講，根據(jù)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視系統(tǒng)，Modbus 是兩大系統(tǒng)的連接中轉站。此外，之所以Modbus 協(xié)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(jù)協(xié)議，它們有的得到特別創(chuàng)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(xié)議為基礎，系統(tǒng)中設有master 節(jié)點，其他同樣進行通信操作的節(jié)點都是slave 節(jié)點——只擁有一個通信地址。此外，根據(jù)MB+網(wǎng)絡與串行系統(tǒng)，有且只有主節(jié)點能夠進行啟動命令的作用，主節(jié)點一般是被指定的。在以太網(wǎng)系統(tǒng)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(jié)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(zhí)行命令的設備對應。系統(tǒng)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(zhí)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(fā)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(shù)值發(fā)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(shù)據(jù)進行會送操作，會送數(shù)據(jù)量比較大。

注油器使用電控系統(tǒng)的網(wǎng)絡構造比較簡單，整個網(wǎng)絡系統(tǒng)所用的master 主站為集控室電腦，slave 站系統(tǒng)由機旁控制箱構成，數(shù)量為6 個。網(wǎng)絡系統(tǒng)處于正常運行狀態(tài)時，master 站可給機旁控制箱對應的slave 站輸送問詢數(shù)據(jù)幀，slave 站在獲取數(shù)據(jù)站時，如果存在與之對應的情況，會繼續(xù)反送確認幀，分析節(jié)點的狀態(tài)，如果節(jié)點處于激活狀態(tài)，可與主站形成聯(lián)系，進行數(shù)據(jù)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(tǒng)將會立即重新展開問詢活動，繼續(xù)向slave 站提出問詢，最終仍舊沒有獲取反饋，系統(tǒng)則直接人認定節(jié)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(wǎng)絡系統(tǒng)調試分析

3.1 系統(tǒng)運行出現(xiàn)的網(wǎng)絡故障及故障原因分析

主機運行在高速狀態(tài)時，網(wǎng)絡系統(tǒng)中的機旁控制箱（從站）的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包丟失，主機轉速越高通訊數(shù)據(jù)丟失情況越嚴重，出現(xiàn)網(wǎng)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(tǒng)無法正常工作。

以master/slave 為基本組織結構，注油器電控系統(tǒng)采用Modbus 通訊協(xié)議。其中，只有一個節(jié)點是屬于master 性質的，剩下的均為slave 節(jié)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(jù)串行和MB+網(wǎng)絡的特點，節(jié)點能夠開啟指令信息，這里特指作為主節(jié)點的。此外，根據(jù)以太網(wǎng)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(zhí)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(shù)值。

注油器電控系統(tǒng)中集控室電腦作為整個網(wǎng)絡的master 主站，6 個機旁控制箱作為slave 站，網(wǎng)絡系統(tǒng)正常工作時master 站給各個slave 站發(fā)出問詢數(shù)據(jù)幀，當相應的slave 站收到該數(shù)據(jù)幀后，會給master 站反送一個確認幀，已確定該節(jié)點處于激活狀態(tài)，可以允許來自主站的數(shù)據(jù)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(fā)起問詢，如果多次問詢后仍然沒有收到反饋，系統(tǒng)就會認為該節(jié)點（即slave站）丟失，同時會發(fā)出報警信號。

導致網(wǎng)絡故障現(xiàn)象原因可能性：1、硬件接線；2、控制節(jié)點本身的電氣故障；3、軟件參數(shù)配置；4、節(jié)點過多、通訊數(shù)據(jù)量過大，導致相應節(jié)點數(shù)據(jù)遲滯或崩潰；5、數(shù)據(jù)傳輸受到外界的干擾等原因

注油器控制系統(tǒng)在主機低速運行時，網(wǎng)絡系統(tǒng)工作正常，并沒有出現(xiàn)機旁控制箱通訊數(shù)據(jù)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(jié)點）的硬件或接線出現(xiàn)問題引起的網(wǎng)絡故障、另外因低速區(qū)間運行正常，因此也排除了網(wǎng)絡參數(shù)配置等問題引起的網(wǎng)絡故障的可能性，另外Modbus在沒有設置網(wǎng)絡中繼器的前提下，理論可以有256 個通訊節(jié)點，而本系統(tǒng)中只有6 個從站節(jié)點（即機旁控制箱），所以節(jié)點過多、通訊數(shù)據(jù)量過大，導致相應節(jié)點數(shù)據(jù)遲滯或崩潰可能性也被相應的排除。每次運行均出現(xiàn)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(shù)據(jù)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(wǎng)絡故障的原因的首要方向。

將示波器探棒并聯(lián)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(guī)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(xiàn)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(tǒng)，使得通訊數(shù)據(jù)不能夠被正確的接收或者錯誤的傳輸，引起了通訊系統(tǒng)的故障。

3.2 解決方案

根據(jù)Modbus 現(xiàn)場總線的基本原理，同時結合具體的網(wǎng)絡故障現(xiàn)象，嘗試用以下的技術處理方案，消除注油器網(wǎng)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(wǎng)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(fā)現(xiàn)接線系統(tǒng)無異常，各處接線均未出現(xiàn)短路的狀況。對網(wǎng)線終端電阻數(shù)值進行測量，確定測量值為120 歐姆，為正常值；系統(tǒng)通電，并將主機運行于高速狀態(tài)，通過集控室的電腦主站向從站發(fā)送數(shù)據(jù)，所有機旁控制箱從站節(jié)點都能成功的接收到數(shù)據(jù)，通訊數(shù)據(jù)包接受進度為100%（通訊數(shù)據(jù)包圖3 中49 位置），因此可以確定網(wǎng)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(tǒng)進行測試，對檢測出的網(wǎng)絡系統(tǒng)問題展開深入研究，首先結合出現(xiàn)異常情況的系統(tǒng)將可能造成故障問題形成原因列出，而后逐步落實系統(tǒng)調試工作，排除了一些無關因素，最終確定了影響網(wǎng)絡系統(tǒng)，使其出現(xiàn)數(shù)據(jù)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(tài)時，故障問題更加突出，通過科學的調整方案改變了系統(tǒng)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(tǒng)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。