一、行業(yè)痛點

在大型陸上風(fēng)電場的主控與機組控制系統(tǒng)中，西門子S7-200系列PLC長期作為風(fēng)電場中央控制柜的核心控制器，承擔著全場風(fēng)機群的邏輯調(diào)度、數(shù)據(jù)匯總與故障聯(lián)動控制任務(wù)，但其僅有的9針PPI/DP口無以太網(wǎng)通訊能力，在風(fēng)電場智能化升級過程中凸顯諸多問題：

無法直接與各風(fēng)機艙內(nèi)部署的S7-1200PLC實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)耦合，風(fēng)機的轉(zhuǎn)速、槳距角、發(fā)電功率等實時數(shù)據(jù)傳輸滯后；

風(fēng)電場監(jiān)控上位機只能通過CP5612卡走PPI協(xié)議通訊，傳輸速率僅187.5kbit/s，全場20臺風(fēng)機的運行數(shù)據(jù)完整備份耗時超50分鐘，無法滿足實時數(shù)據(jù)溯源需求；

二、解決方案

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

三、硬件清單

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

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

以太網(wǎng)模塊：遠創(chuàng)智控PPI-ETH-YC01 Plus以太網(wǎng)通訊模塊

交換機：赫斯曼OCTOPUS16M-POE（適配風(fēng)電場多設(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、每臺風(fēng)機塔筒旁1臺，均連接PPI-ETH-YC01 Plus以太網(wǎng)模塊的DB9母口）

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

網(wǎng)絡(luò)拓撲：環(huán)網(wǎng)+RSTP冗余設(shè)計，千兆匯聚，適配風(fēng)電場分散式設(shè)備布局

四、安裝與接線

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

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，交換機部署于中央控制柜防水機柜內(nèi)；

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

各風(fēng)機艙內(nèi)S7-1200PLC自帶網(wǎng)口通過戶外網(wǎng)線接入就近交換機，組成風(fēng)電場通訊環(huán)網(wǎng)；

研華工控機配置雙網(wǎng)卡，一網(wǎng)卡接入風(fēng)電場內(nèi)部監(jiān)控環(huán)網(wǎng)，另一網(wǎng)卡接入風(fēng)電場智慧管理平臺，實現(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)電場內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)段；

在“S7-TCP設(shè)置”中，本地TSAP04.02，遠程TSAP04.00（對應(yīng)中央控制柜CPU317槽號3）；

打開“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（單臺風(fēng)機的轉(zhuǎn)速、槳距角、發(fā)電功率、環(huán)境風(fēng)速、機艙溫度等12個核心運行參數(shù)）；

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

步驟二：S7-1200側(cè)

在TIAPortalV17編程軟件中，對每臺風(fēng)機艙內(nèi)的S7-1200PLC激活“允許PUT/GET”功能，按風(fēng)機編號依次設(shè)置CPU固定IP（192.168.2.40-192.168.2.59，對應(yīng)20臺風(fēng)機）；

在“設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)”界面為每臺S7-1200添加新連接：伙伴選“未指定”，本地TSAP04.00，遠程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，實現(xiàn)單臺風(fēng)機與中央控制柜的實時數(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，機架號0，槽號3，與S7-200PLC硬件布局匹配；

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

針對風(fēng)電場實時監(jiān)控需求，設(shè)置畫面刷新周期200ms，歷史歸檔頻率1Hz，滿足運行數(shù)據(jù)溯源與分析需求。

通訊驗證

在TIAPortal在線與診斷界面中，20臺風(fēng)機艙內(nèi)S7-1200與中央控制柜S7-200的通訊狀態(tài)燈持續(xù)綠色，無斷連現(xiàn)象；

WINCC監(jiān)控畫面趨勢圖實時顯示單臺及全場風(fēng)機的發(fā)電功率、風(fēng)速曲線，與現(xiàn)場測風(fēng)儀、功率檢測儀實測值誤差<0.3%；

西門子KTP1200觸摸屏斷電重連測試：斷開觸摸屏電源5秒，8秒內(nèi)自動恢復(fù)通訊，風(fēng)機運行數(shù)據(jù)無跳變、無丟失；

用Wireshark在核心交換機處抓包測試，以太網(wǎng)幀往返平均延時2.8ms，遠低于風(fēng)電場槳距角、偏航控制的50ms工藝響應(yīng)要求；

風(fēng)電場極端天氣模擬測試：在沙塵、低溫環(huán)境下連續(xù)運行72小時，通訊系統(tǒng)無故障，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定。

六、結(jié)束語

借助遠創(chuàng)智控PPI-ETH-YC01 Plus以太網(wǎng)通訊處理器，風(fēng)力發(fā)電場在保留原有西門子S7-200PLC核心控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了與各風(fēng)機艙S7-1200PLC的高速以太網(wǎng)通訊，且完成了全場景西門子觸摸屏的無縫集成與統(tǒng)一管控。該方案適配風(fēng)電場野外分散式的設(shè)備布局與惡劣的運行環(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，為風(fēng)力發(fā)電場后續(xù)的數(shù)字化運維、大數(shù)據(jù)分析、智慧調(diào)度奠定了堅實、開放、可持續(xù)的通訊基礎(chǔ)，助力風(fēng)電場實現(xiàn)從傳統(tǒng)人工運維到智能無人管控的轉(zhuǎn)型升級。

審核編輯 黃宇