在新疆某大型風力發(fā)電場改造項目中，能源科技集團面臨著一個關鍵的工業(yè)通信挑戰(zhàn)。該風電場的中控室采用西門子S7-200 (支持PROFINET協(xié)議)作為主控制器，而風力發(fā)電機組中的核心設備——匯川IS810N伺服驅(qū)動器則采用EtherCAT協(xié)議。這種異構(gòu)網(wǎng)絡環(huán)境使得PROFINET轉(zhuǎn)EtherCAT和EtherCAT轉(zhuǎn)PROFINET的協(xié)議轉(zhuǎn)換成為項目成功的關鍵。

風力發(fā)電系統(tǒng)對實時性和精確性要求極高，伺服驅(qū)動器需要根據(jù)風速變化動態(tài)調(diào)整風輪轉(zhuǎn)速，以實現(xiàn)最大功率點跟蹤(MPPT)。傳統(tǒng)的通信方案無法滿足這一需求，因此項目團隊經(jīng)過多方評估，最終選擇了捷米特JM-ECTM-PN網(wǎng)關作為PROFINET轉(zhuǎn)EtherCAT的橋梁，實現(xiàn)了兩種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議的無縫對接。

EtherCAT轉(zhuǎn)PROFINET通信解決方案設計

系統(tǒng)架構(gòu)與拓撲

該項目的通信網(wǎng)絡采用分層設計架構(gòu)：

1.監(jiān)控層：中控室上位機通過工業(yè)以太網(wǎng)與PLC連接

2.控制層：西門子作為主站，通過PROFINET協(xié)議與網(wǎng)關通信

3.設備層：匯川IS810N伺服驅(qū)動器通過EtherCAT協(xié)議接收控制指令

PROFINET轉(zhuǎn)EtherCAT網(wǎng)關JM-ECTM-PN在這一架構(gòu)中扮演著關鍵角色，它不僅實現(xiàn)了協(xié)議轉(zhuǎn)換，還確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性和可靠性。網(wǎng)關支持周期同步數(shù)據(jù)傳輸，滿足了風力發(fā)電系統(tǒng)對毫秒級控制精度的要求。

二、硬件連接

1.使用PROFINET網(wǎng)線將S7-200SMART的PLC的PROFINET接口與EtherCAT轉(zhuǎn)PROFINET（捷米特JM-ECTM-PN）網(wǎng)關連接起來。

2.使用EtherCAT網(wǎng)線將EtherCAT轉(zhuǎn)PROFINET（捷米特JM-ECTM-PN）網(wǎng)關的EtherCAT接口與匯川IS810N伺服驅(qū)動器的EtherCAT接口連接起來。

3.確保所有設備都已正確通電，并且設備狀態(tài)指示燈顯示正常。

三、在STEP7-MicroWINSMARTV2.8中導入GSDML文件

1.打開STEP7-MicroWINSMARTV2.8軟件。

2.在軟件菜單欄中選擇“工具”->“選項”。

3.在彈出的“選項”對話框中，選擇“GSD文件”選項卡。

4.點擊“安裝”按鈕，瀏覽并選擇之前保存的EtherCAT轉(zhuǎn)PROFINET（捷米特JM-ECTM-PN）網(wǎng)關的XML文件，然后點擊“打開”進行安裝。

5.安裝完成后，GSDXML文件會顯示在已安裝的GSD文件列表中，點擊“確定”關閉“選項”對話框。

四、添加捷米特JM-ECTM-PN網(wǎng)關到項目

1.在STEP7-MicroWINSMARTV2.8軟件的項目樹中，展開“設備和網(wǎng)絡”。

2.在“設備視圖”中，點擊“添加新設備”。

3.在彈出的“添加新設備”對話框中，找到并選擇已安裝的EtherCAT轉(zhuǎn)PROFINET（捷米特JM-ECTM-PN）網(wǎng)關設備，然后點擊“確定”將其添加到項目中。

4.為EtherCAT轉(zhuǎn)PROFINET網(wǎng)關分配一個唯一的PROFINET設備名稱和設備IP地址，確保該地址與S7-200在同一子網(wǎng)內(nèi)，并且不與其他設備的IP地址沖突。

五、配置西門子PROFINET111報文

1.在添加的EtherCAT轉(zhuǎn)PROFINET（捷米特JM-ECTM-PN）網(wǎng)關設備的設備視圖中，找到“屬性”->“常規(guī)”->“用戶定義的配置文件”。

2.選擇“西門子111報文”作為控制伺服相對位置運動的配置文件。

3.根據(jù)實際需求，配置111報文中的相關參數(shù)，例如：

o控制字和狀態(tài)字的地址映射：確定PLC發(fā)送控制指令和接收伺服驅(qū)動器狀態(tài)反饋的地址區(qū)域。

o位置設定值的地址映射：設置PLC發(fā)送位置設定值的地址，以便精確控制伺服電機的相對位置運動。

o速度設定值的地址映射：如果需要控制伺服電機的速度，設置相應的速度設定值地址。

六、配置EtherCAT從站（匯川IS810N伺服驅(qū)動器）

1.在捷米特JM-ECTM-PN網(wǎng)關的設備視圖中，找到“EtherCAT從站”部分。

2.掃描EtherCAT網(wǎng)絡，找到并添加匯川IS810N伺服驅(qū)動器作為EtherCAT從站設備。

3.為匯川IS810N伺服驅(qū)動器分配一個唯一的EtherCAT從站地址，確保該地址在EtherCAT網(wǎng)絡中不與其他設備沖突。

4.根據(jù)匯川IS810N伺服驅(qū)動器的技術手冊，配置其相關參數(shù)，例如：

o電機參數(shù)：包括電機型號、額定功率、額定轉(zhuǎn)速等。

o控制模式：選擇合適的控制模式，如位置控制、速度控制等。

o通信參數(shù)：確保伺服驅(qū)動器的通信參數(shù)（如波特率、數(shù)據(jù)格式等）與EtherCAT網(wǎng)絡設置一致。

七、下載配置并測試

1.完成上述所有配置后，對項目進行編譯，確保沒有語法錯誤和配置沖突。

2.使用編程電纜將配置下載到S7-200SMARTPLC中。

3.監(jiān)控PLC和EtherCAT轉(zhuǎn)PROFINET（捷米特JM-ECTM-PN）網(wǎng)關的運行狀態(tài)，檢查是否有通信錯誤或報警信息。

4.通過PLC發(fā)送控制指令，測試伺服驅(qū)動器是否能夠按照預期進行相對位置運動，并檢查反饋的狀態(tài)信息是否正確。

通過以上步驟，即可完成捷米特JM-ECTM-PN網(wǎng)關的配置過程，實現(xiàn)S7-200SMARTPLC與匯川IS810N伺服驅(qū)動器之間基于PROFINET和EtherCAT協(xié)議的通信。

編輯

分享這種PROFINET轉(zhuǎn)EtherCAT的解決方案不僅簡化了系統(tǒng)集成，還提高了整個風力發(fā)電系統(tǒng)的響應速度和控制精度。伺服驅(qū)動器能夠?qū)崟r接收PLC發(fā)出的控制指令，同時將運行狀態(tài)反饋給中控室，形成閉環(huán)控制。

系統(tǒng)優(yōu)勢與性能表現(xiàn)

提升發(fā)電效率

通過EtherCAT轉(zhuǎn)PROFINET的精確控制，伺服驅(qū)動器能夠：

·根據(jù)風速變化動態(tài)調(diào)整風輪轉(zhuǎn)速

·保持發(fā)電機在最佳功率曲線運行

·減少機械應力，延長設備壽命

·提高年平均發(fā)電量約15%

PROFINET轉(zhuǎn)EtherCAT網(wǎng)關的快速響應特性(循環(huán)周期<1ms)確保了控制系統(tǒng)能夠及時應對風速突變等工況，避免了傳統(tǒng)方案中常見的"過沖"現(xiàn)象。

增強系統(tǒng)可靠性

該EtherCAT轉(zhuǎn)PROFINET解決方案具有以下可靠性特征：

·支持冗余通信路徑

·具備故障自診斷功能

·提供通信狀態(tài)實時監(jiān)控

·支持熱插拔，便于維護

在新疆惡劣的自然環(huán)境下(風沙大、溫差大)，PROFINET轉(zhuǎn)EtherCAT網(wǎng)關表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性，連續(xù)運行6個月無故障記錄，遠優(yōu)于項目預期。

擴展應用與未來規(guī)劃

PROFINET轉(zhuǎn)EtherCAT與Modbus轉(zhuǎn)PROFINET網(wǎng)關的配合使用，為風電場構(gòu)建了一個完整的工業(yè)通信網(wǎng)絡，實現(xiàn)了新舊設備的無縫集成，大幅降低了改造成本。

智能化升級路徑

基于此次EtherCAT轉(zhuǎn)PROFINET成功經(jīng)驗，能源科技集團規(guī)劃了未來升級方向：

1.引入邊緣計算節(jié)點，在網(wǎng)關層面實現(xiàn)初步數(shù)據(jù)處理

2.增加AI算法，優(yōu)化風輪控制策略

3.擴展無線通信模塊，實現(xiàn)遠程監(jiān)控

4.構(gòu)建數(shù)字孿生系統(tǒng)，提升運維效率

這些升級將繼續(xù)依賴PROFINET轉(zhuǎn)EtherCAT網(wǎng)關的基礎通信能力，同時拓展其數(shù)據(jù)處理功能，打造更智能的風力發(fā)電控制系統(tǒng)。

行業(yè)啟示與經(jīng)驗總結(jié)

新疆風力發(fā)電改造項目的成功實施，為新能源行業(yè)的工業(yè)通信提供了寶貴經(jīng)驗：

1.協(xié)議轉(zhuǎn)換的關鍵作用：EtherCAT轉(zhuǎn)PROFINET技術解決了異構(gòu)網(wǎng)絡互聯(lián)難題，證明了其在苛刻工業(yè)環(huán)境下的可靠性。

2.性能與成本的平衡：相比全面更換設備，采用PROFINET轉(zhuǎn)EtherCAT網(wǎng)關的方案節(jié)省了約40%的改造成本，同時滿足了性能要求。

3.供應商選擇的重要性：捷米特深耕工業(yè)通信領域20年的經(jīng)驗，為其PROFINET轉(zhuǎn)EtherCAT產(chǎn)品提供了堅實的技術支持，這是項目成功的重要保障。

4.可擴展的設計理念：項目采用的EtherCAT轉(zhuǎn)PROFINET解決方案預留了充足的擴展空間，便于未來系統(tǒng)升級和功能擴展。

這一案例充分展示了專業(yè)協(xié)議轉(zhuǎn)換設備在新能源領域的重要價值，為行業(yè)類似項目提供了可借鑒的實施范例。隨著能源行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的深入，PROFINET轉(zhuǎn)EtherCAT等技術將繼續(xù)發(fā)揮關鍵作用，推動綠色能源的高效利用。

審核編輯 黃宇