李雪龍

（上海丹漢船舶設(shè)備有限公司，上海201206）

當(dāng)前的不少汽缸油潤(rùn)滑系統(tǒng)都是使用高壓共軌方式。通過網(wǎng)絡(luò)通訊用飛輪角度信號(hào)來控制電磁閥動(dòng)作，電磁閥動(dòng)作瞬間高壓油驅(qū)動(dòng)活塞上行，將腔室內(nèi)的汽缸油注入缸套。電磁閥失電后，注油器內(nèi)部的高壓彈簧使得活塞復(fù)位。這種注油器在船舶的潤(rùn)滑系統(tǒng)中比較常見。控制注油器時(shí)需有先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的支持，現(xiàn)結(jié)合某船舶航行調(diào)試項(xiàng)目，對(duì)注油器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)展開深入分析與研究，確定調(diào)試網(wǎng)絡(luò)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(yùn)行。

1 項(xiàng)目概況

現(xiàn)有某某集團(tuán)提供的礦砂船航行與調(diào)試項(xiàng)目，主要對(duì)MV YUAN JIN HAI 系列船舶進(jìn)行測(cè)試與分析，其主機(jī)系統(tǒng)為7G80ME-C9.5，使用的潤(rùn)滑系統(tǒng)為HJ-Lubtronic 6S，同時(shí)還運(yùn)用了T155 型號(hào)的注油器給缸套提供潤(rùn)滑服務(wù)，共計(jì)7 組，系統(tǒng)配置兩臺(tái)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(tái)油泵出現(xiàn)故障無法被正常使用時(shí)，另外一臺(tái)油泵可維持基本功能。參考油泵的狀況，設(shè)置供給氣缸油的泵站。在已有船舶設(shè)備安裝經(jīng)驗(yàn)的指導(dǎo)下，可知當(dāng)船舶的震動(dòng)幅度過大時(shí)，液壓泵站會(huì)形成裂紋，因此在機(jī)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(jī)平臺(tái)處。利用軟管來連接原來的主機(jī)平臺(tái)處的注油器與泵站，即使震動(dòng)形成過大的應(yīng)力，輸油管路也不會(huì)產(chǎn)生裂紋。

調(diào)試注油器系統(tǒng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)其網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)存在不穩(wěn)定的情況，主機(jī)系統(tǒng)處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的機(jī)旁控制箱中產(chǎn)生了數(shù)據(jù)包不完整的情況，系統(tǒng)可能無法正常運(yùn)行，必須解決這一問題，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

2 注油器網(wǎng)絡(luò)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(chǎng)總線架構(gòu)，采用Modbus 主/從協(xié)議，是現(xiàn)實(shí)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(dá)到利用邏輯控制器（PLC）進(jìn)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(jìn)行連接。與此同時(shí)，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(quán)的需求。此外，該設(shè)備在部署以及維修方面比較簡(jiǎn)便。更重要的一點(diǎn)是：針對(duì)供應(yīng)商而言，如果你想對(duì)本地的字節(jié)進(jìn)行改動(dòng)操作，在這里并不需要過多的限制條件。

為達(dá)到通信的目的，Modbus 同意很多個(gè)裝置共同匹配同個(gè)網(wǎng)絡(luò)。比如：在同一個(gè)設(shè)備上，主要由測(cè)量溫度和濕度的兩部分裝置組成，需要把最終測(cè)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(zhuǎn)站。此外，之所以Modbus 協(xié)議得到很大的擁護(hù)，主要是由于該內(nèi)容的簡(jiǎn)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(jìn)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(gòu)信息傳輸

以通信協(xié)議為基礎(chǔ)，系統(tǒng)中設(shè)有master 節(jié)點(diǎn)，其他同樣進(jìn)行通信操作的節(jié)點(diǎn)都是slave 節(jié)點(diǎn)——只擁有一個(gè)通信地址。此外，根據(jù)MB+網(wǎng)絡(luò)與串行系統(tǒng)，有且只有主節(jié)點(diǎn)能夠進(jìn)行啟動(dòng)命令的作用，主節(jié)點(diǎn)一般是被指定的。在以太網(wǎng)系統(tǒng)之中，所有設(shè)備均可以輸送Modbus 命令，但是通常情況下，僅有主節(jié)點(diǎn)具備啟動(dòng)命令的功能。單一的Modbus 命令提供的信息比較復(fù)雜，包括Modbus 地址，地址信息與負(fù)責(zé)執(zhí)行命令的設(shè)備對(duì)應(yīng)。系統(tǒng)之中的所有設(shè)備均能夠接收到指令，然而僅僅只有處于預(yù)設(shè)位置的設(shè)備擁有回應(yīng)與執(zhí)行指令的能力。地址設(shè)為0 的情況不同，一般這種指令屬于廣播指令，通信范圍內(nèi)的所有設(shè)備均會(huì)按照指令要求運(yùn)行，但是并不會(huì)發(fā)出回應(yīng)信息。檢查碼也在Modbus 指令范圍內(nèi)，這一信息是為了保證傳送的信息的準(zhǔn)確性。此外，基本命令具有獨(dú)立性，可以獨(dú)自完成指令信息，使RTU 急對(duì)寄存器內(nèi)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(shí)還能夠指揮設(shè)備，對(duì)寄存器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行會(huì)送操作，會(huì)送數(shù)據(jù)量比較大。

注油器使用電控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所用的master 主站為集控室電腦，slave 站系統(tǒng)由機(jī)旁控制箱構(gòu)成，數(shù)量為6 個(gè)。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，master 站可給機(jī)旁控制箱對(duì)應(yīng)的slave 站輸送問詢數(shù)據(jù)幀，slave 站在獲取數(shù)據(jù)站時(shí)，如果存在與之對(duì)應(yīng)的情況，會(huì)繼續(xù)反送確認(rèn)幀，分析節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，如果節(jié)點(diǎn)處于激活狀態(tài)，可與主站形成聯(lián)系，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換活動(dòng)。如果主站并未從slave 站出獲得確認(rèn)幀相關(guān)的反饋信息，主站系統(tǒng)將會(huì)立即重新展開問詢活動(dòng)，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(rèn)定節(jié)點(diǎn)丟失，即slave 丟失，與此同時(shí)，還會(huì)將報(bào)警信號(hào)送出，提示這一異常問題。

3 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)調(diào)試分析

3.1 系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)故障及故障原因分析

主機(jī)運(yùn)行在高速狀態(tài)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的機(jī)旁控制箱（從站）的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包丟失，主機(jī)轉(zhuǎn)速越高通訊數(shù)據(jù)丟失情況越嚴(yán)重，出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)問題的機(jī)旁控制箱也隨著轉(zhuǎn)速增加及運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)變得越來越多，最終會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)無法正常工作。

以master/slave 為基本組織結(jié)構(gòu)，注油器電控系統(tǒng)采用Modbus 通訊協(xié)議。其中，只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)是屬于master 性質(zhì)的，剩下的均為slave 節(jié)點(diǎn)。值得注意的是，每個(gè)slave 裝置只擁有一個(gè)通信地址。與此同時(shí)，根據(jù)串行和MB+網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)能夠開啟指令信息，這里特指作為主節(jié)點(diǎn)的。此外，根據(jù)以太網(wǎng)的基本特點(diǎn)，可以得到相關(guān)的信息：所有的裝置都可以提出Modbus 指示。而且，ModBus 指示內(nèi)容有Modbus 地址，這里指即將運(yùn)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(duì)其進(jìn)行信息回復(fù)。值得注意的是，廣播指令是特殊的，并不需要對(duì)其回復(fù)。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(shí)，基本的ModBus 指令可以通過RTU，控制I/O 端口或者指揮的相關(guān)裝置，進(jìn)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(gè)網(wǎng)絡(luò)的master 主站，6 個(gè)機(jī)旁控制箱作為slave 站，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)正常工作時(shí)master 站給各個(gè)slave 站發(fā)出問詢數(shù)據(jù)幀，當(dāng)相應(yīng)的slave 站收到該數(shù)據(jù)幀后，會(huì)給master 站反送一個(gè)確認(rèn)幀，已確定該節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的反饋確認(rèn)幀，master 站會(huì)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(huì)認(rèn)為該節(jié)點(diǎn)（即slave站）丟失，同時(shí)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)故障現(xiàn)象原因可能性：1、硬件接線；2、控制節(jié)點(diǎn)本身的電氣故障；3、軟件參數(shù)配置；4、節(jié)點(diǎn)過多、通訊數(shù)據(jù)量過大，導(dǎo)致相應(yīng)節(jié)點(diǎn)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(jī)低速運(yùn)行時(shí)，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工作正常，并沒有出現(xiàn)機(jī)旁控制箱通訊數(shù)據(jù)包丟失或報(bào)警情況。這樣基本可以排除某個(gè)機(jī)旁控制箱（即某個(gè)控制節(jié)點(diǎn)）的硬件或接線出現(xiàn)問題引起的網(wǎng)絡(luò)故障、另外因低速區(qū)間運(yùn)行正常，因此也排除了網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置等問題引起的網(wǎng)絡(luò)故障的可能性，另外Modbus在沒有設(shè)置網(wǎng)絡(luò)中繼器的前提下，理論可以有256 個(gè)通訊節(jié)點(diǎn)，而本系統(tǒng)中只有6 個(gè)從站節(jié)點(diǎn)（即機(jī)旁控制箱），所以節(jié)點(diǎn)過多、通訊數(shù)據(jù)量過大，導(dǎo)致相應(yīng)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)遲滯或崩潰可能性也被相應(yīng)的排除。每次運(yùn)行均出現(xiàn)在主機(jī)高速運(yùn)行的時(shí)，主機(jī)高速運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生的高頻信號(hào)，尤其是主機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，通訊時(shí)在數(shù)據(jù)傳輸過程中極其容易受到高頻信號(hào)的干擾，這成為了我們查找網(wǎng)絡(luò)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(dāng)主機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)，放大波形，我們可以看到通訊載波信號(hào)的波形規(guī)整、無毛刺，具體如圖1 所示。

提高主機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，我們看到通訊波形出現(xiàn)了的失真，主機(jī)轉(zhuǎn)速越高波形失真越嚴(yán)重（圖2）。

因此我們基本可以確定，當(dāng)主機(jī)高速運(yùn)行時(shí)，干擾信號(hào)進(jìn)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(cuò)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(chǎng)總線的基本原理，同時(shí)結(jié)合具體的網(wǎng)絡(luò)故障現(xiàn)象，嘗試用以下的技術(shù)處理方案，消除注油器網(wǎng)絡(luò)體系的異常運(yùn)行狀況。

3.2.1 將通訊電纜改為，屏蔽雙絞線的型號(hào)為RVSP2*0.5(二芯屏蔽雙絞線，每芯由16 股的0.2mm 的導(dǎo)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(diào)整通訊電纜的走線，遠(yuǎn)離高壓電線，不要與電源線并行。

3.3 測(cè)試結(jié)果

圖3 網(wǎng)絡(luò)界面圖

經(jīng)過上述的幾步處理以后，再次進(jìn)行對(duì)電纜的連接進(jìn)行確認(rèn)，對(duì)通訊線與電源線進(jìn)行檢查，確定有無異常接地或者短路的情況，檢測(cè)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(duì)網(wǎng)線終端電阻數(shù)值進(jìn)行測(cè)量，確定測(cè)量值為120 歐姆，為正常值；系統(tǒng)通電，并將主機(jī)運(yùn)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(jī)旁控制箱從站節(jié)點(diǎn)都能成功的接收到數(shù)據(jù)，通訊數(shù)據(jù)包接受進(jìn)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(luò)問題得以解決。

4 結(jié)論

本文結(jié)合船舶實(shí)驗(yàn)調(diào)試項(xiàng)目，對(duì)系列船舶使用的注油器系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，對(duì)檢測(cè)出的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)問題展開深入研究，首先結(jié)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(shí)系統(tǒng)調(diào)試工作，排除了一些無關(guān)因素，最終確定了影響網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使其出現(xiàn)數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)問題原因主要為外部干擾，當(dāng)主機(jī)裝置處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)時(shí)，故障問題更加突出，通過科學(xué)的調(diào)整方案改變了系統(tǒng)問題，徹底排除了注油器使用問題，達(dá)到了相應(yīng)的檢驗(yàn)效果，因此可知在調(diào)試船舶應(yīng)用設(shè)備的各種系統(tǒng)時(shí)，必須正視應(yīng)急狀況，達(dá)到調(diào)試工作目標(biāo)，消除船舶控制隱患，診斷故障形成原因時(shí)，使用排除法可達(dá)到良好使用效果。