一、行業(yè)痛點(diǎn)

在大型陸上風(fēng)電場(chǎng)的主控與機(jī)組控制系統(tǒng)中，西門子 S7-200 系列 PLC 長(zhǎng)期作為風(fēng)電場(chǎng)中央控制柜的核心控制器，承擔(dān)著全場(chǎng)風(fēng)機(jī)群的邏輯調(diào)度、數(shù)據(jù)匯總與故障聯(lián)動(dòng)控制任務(wù)，但其僅有的 9 針 PPI/DP 口無(wú)以太網(wǎng)通訊能力，在風(fēng)電場(chǎng)智能化升級(jí)過(guò)程中凸顯諸多問(wèn)題：

1.無(wú)法直接與各風(fēng)機(jī)艙內(nèi)部署的 S7-1200PLC 實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)耦合，風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、槳距角、發(fā)電功率等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸滯后；

2.風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控上位機(jī)只能通過(guò) CP5612 卡走 PPI 協(xié)議通訊，傳輸速率僅 187.5kbit/s，全場(chǎng) 20 臺(tái)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)完整備份耗時(shí)超 50 分鐘，無(wú)法滿足實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)溯源需求；

二、解決方案

遠(yuǎn)創(chuàng)智控推出的PPI-ETH-YC01 Plus 以太網(wǎng)通訊處理器，以 “0 改動(dòng)、0 編程、0 停機(jī)” 的三零核心優(yōu)勢(shì)，一次性解決風(fēng)電場(chǎng)上述通訊痛點(diǎn)。該模塊將 S7-200 的 9 針 PPI/DP 口直接轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn) 10/100M 以太網(wǎng)口，同時(shí)保留 DB9 母口為原有西門子觸摸屏提供通訊接口，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)中央控制柜與各風(fēng)機(jī)艙的 “一網(wǎng)到底” 通訊架構(gòu)，適配風(fēng)電場(chǎng)野外分散式的設(shè)備部署特點(diǎn)。

三、硬件清單

·主控制器 1：西門子 S7-200 CPU（風(fēng)電場(chǎng)中央控制柜核心）

·主控制器 2：西門子 S7-1200 CPU（各風(fēng)機(jī)艙本地控制核心）

·以太網(wǎng)模塊：遠(yuǎn)創(chuàng)智控 PPI-ETH-YC01 Plus 以太網(wǎng)通訊模塊

·交換機(jī)：赫斯曼 OCTOPUS16M-POE（適配風(fēng)電場(chǎng)多設(shè)備接入，抗惡劣環(huán)境）

·觸摸屏：西門子 KTP1200 6AV2123-2MA03-0AX0（中央控制室 1 臺(tái)、每臺(tái)風(fēng)機(jī)塔筒旁 1 臺(tái)，均連接 PPI-ETH-YC01 Plus 以太網(wǎng)模塊的 DB9 母口）

·上位機(jī)：研華工控機(jī) IPC-610L，WINCC V7.5+KepWareOPC6.9（風(fēng)電場(chǎng)中央監(jiān)控室）

·網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌涵h(huán)網(wǎng) + RSTP 冗余設(shè)計(jì)，千兆匯聚，適配風(fēng)電場(chǎng)分散式設(shè)備布局

四、安裝與接線

1.對(duì)風(fēng)電場(chǎng)中央控制柜 S7-200PLC 斷電 10 分鐘后，將 PPI-ETH-YC01 Plus 西門子以太網(wǎng)模塊的 DB9插入 S7-200 的 PPI/DP 口，旋緊螺釘做好防水密封處理；

2.采用防屏蔽超五類戶外網(wǎng)線，將模塊 RJ45 口連接至赫斯曼工業(yè)交換機(jī)，交換機(jī)部署于中央控制柜防水機(jī)柜內(nèi)；

3.從模塊的 DB9 母口通過(guò) Profibus 專用防水電纜引至中央控制室西門子 KTP1200 觸摸屏，各風(fēng)機(jī)塔筒旁的西門子 KTP1200 觸摸屏通過(guò)交換機(jī)與模塊實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通訊；

4.各風(fēng)機(jī)艙內(nèi) S7-1200PLC 自帶網(wǎng)口通過(guò)戶外網(wǎng)線接入就近交換機(jī)，組成風(fēng)電場(chǎng)通訊環(huán)網(wǎng)；

5.研華工控機(jī)配置雙網(wǎng)卡，一網(wǎng)卡接入風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部監(jiān)控環(huán)網(wǎng)，另一網(wǎng)卡接入風(fēng)電場(chǎng)智慧管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)與管理數(shù)據(jù)的安全隔離，防止外網(wǎng)干擾。

五、參數(shù)配置

步驟一：PPI-ETH-YC01 Plus 以太網(wǎng)通訊處理器側(cè)

·撥碼開(kāi)關(guān) SW1 設(shè)為：1-OFF、2-ON、3-OFF，適配 S7-200PLC 通訊協(xié)議；

·用 NetDeviceV3.4 軟件搜索現(xiàn)場(chǎng)模塊，設(shè)置模塊固定 IP：192.168.2.30，子網(wǎng)掩碼 255.255.255.0，網(wǎng)關(guān) 192.168.2.1，適配風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)段；

·在 “S7-TCP 設(shè)置” 中，本地 TSAP04.02，遠(yuǎn)程 TSAP04.00（對(duì)應(yīng)中央控制柜 CPU317 槽號(hào) 3）；

·打開(kāi) “數(shù)據(jù)交換” 向?qū)?，添加兩條核心數(shù)據(jù)交互命令：

①S7-1200→S7-200：讀取 DB200.DBW0-DBW24（單臺(tái)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、槳距角、發(fā)電功率、環(huán)境風(fēng)速、機(jī)艙溫度等 12 個(gè)核心運(yùn)行參數(shù)）；

②S7-200→S7-1200：寫(xiě)入 DB60.DBW0-DBW10（中央控制柜下發(fā)的槳距角調(diào)節(jié)指令、啟停機(jī)指令、偏航控制參數(shù)）。

步驟二：S7-1200 側(cè)

·在 TIAPortalV17 編程軟件中，對(duì)每臺(tái)風(fēng)機(jī)艙內(nèi)的 S7-1200PLC 激活 “允許 PUT/GET” 功能，按風(fēng)機(jī)編號(hào)依次設(shè)置 CPU 固定 IP（192.168.2.40-192.168.2.59，對(duì)應(yīng) 20 臺(tái)風(fēng)機(jī)）；

·在 “設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)” 界面為每臺(tái) S7-1200 添加新連接：伙伴選 “未指定”，本地 TSAP04.00，遠(yuǎn)程 TSAP04.02，與中央控制柜的 PPI-ETH-YC01 Plus 模塊匹配；

·調(diào)用 TSEND/TRCV 指令塊，配置 12 字節(jié)循環(huán)數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)單臺(tái)風(fēng)機(jī)與中央控制柜的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互。

步驟三：WINCC 側(cè)

·在 WINCC V7.5 中新建通道 “TCP/IP (RFC1006)”，填入 PPI-ETH-YC01 Plus 模塊 IP192.168.2.30，機(jī)架號(hào) 0，槽號(hào) 3，與 S7-200PLC 硬件布局匹配；

·建立風(fēng)電場(chǎng)專屬變量表：WindSpeed、FanSpeed、PowerOutput、PitchAngle、FaultCode 等，全部與 DB200/DB60 數(shù)據(jù)塊精準(zhǔn)映射，實(shí)現(xiàn)變量統(tǒng)一管控；

·針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控需求，設(shè)置畫(huà)面刷新周期 200ms，歷史歸檔頻率 1Hz，滿足運(yùn)行數(shù)據(jù)溯源與分析需求。

通訊驗(yàn)證

1.在 TIAPortal 在線與診斷界面中，20 臺(tái)風(fēng)機(jī)艙內(nèi) S7-1200 與中央控制柜 S7-200 的通訊狀態(tài)燈持續(xù)綠色，無(wú)斷連現(xiàn)象；

2.WINCC 監(jiān)控畫(huà)面趨勢(shì)圖實(shí)時(shí)顯示單臺(tái)及全場(chǎng)風(fēng)機(jī)的發(fā)電功率、風(fēng)速曲線，與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)風(fēng)儀、功率檢測(cè)儀實(shí)測(cè)值誤差 < 0.3%；

3.西門子 KTP1200 觸摸屏斷電重連測(cè)試：斷開(kāi)觸摸屏電源 5 秒，8 秒內(nèi)自動(dòng)恢復(fù)通訊，風(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)無(wú)跳變、無(wú)丟失；

4.用 Wireshark 在核心交換機(jī)處抓包測(cè)試，以太網(wǎng)幀往返平均延時(shí) 2.8ms，遠(yuǎn)低于風(fēng)電場(chǎng)槳距角、偏航控制的 50ms 工藝響應(yīng)要求；

5.風(fēng)電場(chǎng)極端天氣模擬測(cè)試：在沙塵、低溫環(huán)境下連續(xù)運(yùn)行 72 小時(shí)，通訊系統(tǒng)無(wú)故障，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定。

六、總結(jié)

借助遠(yuǎn)創(chuàng)智控 PPI-ETH-YC01 Plus 以太網(wǎng)通訊處理器，風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)在保留原有西門子 S7-200PLC 核心控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了與各風(fēng)機(jī)艙 S7-1200PLC 的高速以太網(wǎng)通訊，且完成了全場(chǎng)景西門子觸摸屏的無(wú)縫集成與統(tǒng)一管控。該方案適配風(fēng)電場(chǎng)野外分散式的設(shè)備布局與惡劣的運(yùn)行環(huán)境，解決了傳統(tǒng)通訊方式速率低、故障多、兼容性差的行業(yè)痛點(diǎn)，為風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)后續(xù)的數(shù)字化運(yùn)維、大數(shù)據(jù)分析、智慧調(diào)度奠定了堅(jiān)實(shí)、開(kāi)放、可持續(xù)的通訊基礎(chǔ)，助力風(fēng)電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)人工運(yùn)維到智能無(wú)人管控的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

審核編輯 黃宇