注油器网络系统调试分析

李雪龙

（上海丹汉船舶设备有限公司，上海201206）

当前的不少汽缸油润滑系统都是使用高压共轨方式。通过网络通讯用飞轮角度信号来控制电磁阀动作，电磁阀动作瞬间高压油驱动活塞上行，将腔室内的汽缸油注入缸套。电磁阀失电后，注油器内部的高压弹簧使得活塞复位。这种注油器在船舶的润滑系统中比较常见。控制注油器时需有先进的网络系统的支持，现结合某船舶航行调试项目，对注油器网络系统展开深入分析与研究，确定调试网络系统过程中发现的故障问题，确定解决故障问题的方法，确保注油器可顺畅运行。

1 项目概况

现有某某集团提供的矿砂船航行与调试项目，主要对MV YUAN JIN HAI 系列船舶进行测试与分析，其主机系统为7G80ME-C9.5，使用的润滑系统为HJ-Lubtronic 6S，同时还运用了T155 型号的注油器给缸套提供润滑服务，共计7 组，系统配置两台液压油伺服式油泵，两套油泵系统可互相备用，确保在一台油泵出现故障无法被正常使用时，另外一台油泵可维持基本功能。参考油泵的状况，设置供给气缸油的泵站。在已有船舶设备安装经验的指导下，可知当船舶的震动幅度过大时，液压泵站会形成裂纹，因此在机舱首层甲板中安装供给气缸油泵站与液压泵站，而不是将两组泵站安装到主机平台处。利用软管来连接原来的主机平台处的注油器与泵站，即使震动形成过大的应力，输油管路也不会产生裂纹。

调试注油器系统时，发现其网络控制系统存在不稳定的情况，主机系统处于高速运转状态下，网络系统的机旁控制箱中产生了数据包不完整的情况，系统可能无法正常运行，必须解决这一问题，优化网络系统。

2 注油器网络系统概况

图1

图2

2.1 通讯协议

注油器控制系统依托现场总线架构，采用Modbus 主/从协议，是现实传输数据的一种方式。

在1979 年，作为通信的协议，为了达到利用逻辑控制器（PLC）进行通信的目的，Modbus 是由Modicon 公司发布的。此外，作为业界模范，这里主要指通信协议里边的，电子装置大多通过Modbus 进行连接。与此同时，在通信协议中，之所以Mod bus 的身影基本到处可见，主要是由于其使用并没有明确要求其版权的需求。此外，该设备在部署以及维修方面比较简便。更重要的一点是：针对供应商而言，如果你想对本地的字节进行改动操作，在这里并不需要过多的限制条件。

为达到通信的目的，Modbus 同意很多个装置共同匹配同个网络。比如：在同一个设备上，主要由测量温度和湿度的两部分装置组成，需要把最终测量数据传送给电脑。一般来讲，根据数据采集与监视系统，Modbus 是两大系统的连接中转站。此外，之所以Modbus 协议得到很大的拥护，主要是由于该内容的简便性。值得一提的是，根据协议，它们有的得到特别创造，如：利用有线或无线进行信息传送等。但是，其中的问题也需要得到解决就，如：延迟等。

2.2 master/slave 架构信息传输

以通信协议为基础，系统中设有master 节点，其他同样进行通信操作的节点都是slave 节点——只拥有一个通信地址。此外，根据MB+网络与串行系统，有且只有主节点能够进行启动命令的作用，主节点一般是被指定的。在以太网系统之中，所有设备均可以输送Modbus 命令，但是通常情况下，仅有主节点具备启动命令的功能。单一的Modbus 命令提供的信息比较复杂，包括Modbus 地址，地址信息与负责执行命令的设备对应。系统之中的所有设备均能够接收到指令，然而仅仅只有处于预设位置的设备拥有回应与执行指令的能力。地址设为0 的情况不同，一般这种指令属于广播指令，通信范围内的所有设备均会按照指令要求运行，但是并不会发出回应信息。检查码也在Modbus 指令范围内，这一信息是为了保证传送的信息的准确性。此外，基本命令具有独立性，可以独自完成指令信息，使RTU 急对寄存器内部的某一数值发生改变，读取或者直接控制某处I/O 端口，同时还能够指挥设备，对寄存器中的数据进行会送操作，会送数据量比较大。

注油器使用电控系统的网络构造比较简单，整个网络系统所用的master 主站为集控室电脑，slave 站系统由机旁控制箱构成，数量为6 个。网络系统处于正常运行状态时，master 站可给机旁控制箱对应的slave 站输送问询数据帧，slave 站在获取数据站时，如果存在与之对应的情况，会继续反送确认帧，分析节点的状态，如果节点处于激活状态，可与主站形成联系，进行数据交换活动。如果主站并未从slave 站出获得确认帧相关的反馈信息，主站系统将会立即重新展开问询活动，继续向slave 站提出问询，最终仍旧没有获取反馈，系统则直接人认定节点丢失，即slave 丢失，与此同时，还会将报警信号送出，提示这一异常问题。

3 网络系统调试分析

3.1 系统运行出现的网络故障及故障原因分析

主机运行在高速状态时，网络系统中的机旁控制箱（从站）的网络数据包丢失，主机转速越高通讯数据丢失情况越严重，出现网络问题的机旁控制箱也随着转速增加及运行时间增长变得越来越多，最终会导致整个系统无法正常工作。

以master/slave 为基本组织结构，注油器电控系统采用Modbus 通讯协议。其中，只有一个节点是属于master 性质的，剩下的均为slave 节点。值得注意的是，每个slave 装置只拥有一个通信地址。与此同时，根据串行和MB+网络的特点，节点能够开启指令信息，这里特指作为主节点的。此外，根据以太网的基本特点，可以得到相关的信息：所有的装置都可以提出Modbus 指示。而且，ModBus 指示内容有Modbus 地址，这里指即将运行的装置。该装置一接受指令信息，处于特定地方的装置能够执行并对其进行信息回复。值得注意的是，广播指令是特殊的，并不需要对其回复。此外，之所以检查码在Modbus 中可以被找到，主要是为了保证所获取的信息具有完整性。与此同时，基本的ModBus 指令可以通过RTU，控制I/O 端口或者指挥的相关装置，进而影响寄存器的数值。

注油器电控系统中集控室电脑作为整个网络的master 主站，6 个机旁控制箱作为slave 站，网络系统正常工作时master 站给各个slave 站发出问询数据帧，当相应的slave 站收到该数据帧后，会给master 站反送一个确认帧，已确定该节点处于激活状态，可以允许来自主站的数据交换。如果master 站没有收到slave 站点的反馈确认帧，master 站会重新发起问询，如果多次问询后仍然没有收到反馈，系统就会认为该节点（即slave站）丢失，同时会发出报警信号。

导致网络故障现象原因可能性：1、硬件接线；2、控制节点本身的电气故障；3、软件参数配置；4、节点过多、通讯数据量过大，导致相应节点数据迟滞或崩溃；5、数据传输受到外界的干扰等原因

注油器控制系统在主机低速运行时，网络系统工作正常，并没有出现机旁控制箱通讯数据包丢失或报警情况。这样基本可以排除某个机旁控制箱（即某个控制节点）的硬件或接线出现问题引起的网络故障、另外因低速区间运行正常，因此也排除了网络参数配置等问题引起的网络故障的可能性，另外Modbus在没有设置网络中继器的前提下，理论可以有256 个通讯节点，而本系统中只有6 个从站节点（即机旁控制箱），所以节点过多、通讯数据量过大，导致相应节点数据迟滞或崩溃可能性也被相应的排除。每次运行均出现在主机高速运行的时，主机高速运行会产生的高频信号，尤其是主机转速信号，通讯时在数据传输过程中极其容易受到高频信号的干扰，这成为了我们查找网络故障的原因的首要方向。

将示波器探棒并联在通讯线的A,B 两端。当主机在低速运行时，放大波形，我们可以看到通讯载波信号的波形规整、无毛刺，具体如图1 所示。

提高主机的运行转速，我们看到通讯波形出现了的失真，主机转速越高波形失真越严重（图2）。

因此我们基本可以确定，当主机高速运行时，干扰信号进入了通讯系统，使得通讯数据不能够被正确的接收或者错误的传输，引起了通讯系统的故障。

3.2 解决方案

根据Modbus 现场总线的基本原理，同时结合具体的网络故障现象，尝试用以下的技术处理方案，消除注油器网络体系的异常运行状况。

3.2.1 将通讯电缆改为，屏蔽双绞线的型号为RVSP2*0.5(二芯屏蔽双绞线，每芯由16 股的0.2mm 的导线组成)。

3.2.2 屏蔽层有效接地，降低或消除共模干扰。

3.2.3 增加偏值电阻，降低差模干扰。

3.2.4 调整通讯电缆的走线，远离高压电线，不要与电源线并行。

3.3 测试结果

图3 网络界面图

经过上述的几步处理以后，再次进行对电缆的连接进行确认，对通讯线与电源线进行检查，确定有无异常接地或者短路的情况，检测之后发现接线系统无异常，各处接线均未出现短路的状况。对网线终端电阻数值进行测量，确定测量值为120 欧姆，为正常值；系统通电，并将主机运行于高速状态，通过集控室的电脑主站向从站发送数据，所有机旁控制箱从站节点都能成功的接收到数据，通讯数据包接受进度为100%（通讯数据包图3 中49 位置），因此可以确定网络问题得以解决。

4 结论

本文结合船舶实验调试项目，对系列船舶使用的注油器系统进行测试，对检测出的网络系统问题展开深入研究，首先结合出现异常情况的系统将可能造成故障问题形成原因列出，而后逐步落实系统调试工作，排除了一些无关因素，最终确定了影响网络系统，使其出现数据包存储问题原因主要为外部干扰，当主机装置处于高速运转的状态时，故障问题更加突出，通过科学的调整方案改变了系统问题，彻底排除了注油器使用问题，达到了相应的检验效果，因此可知在调试船舶应用设备的各种系统时，必须正视应急状况，达到调试工作目标，消除船舶控制隐患，诊断故障形成原因时，使用排除法可达到良好使用效果。