案例背景

在當(dāng)下能源行業(yè)向智能化、高效化轉(zhuǎn)型的大趨勢(shì)下，某大型能源企業(yè)旗下的一座現(xiàn)代化風(fēng)電場(chǎng)，致力于打造高度自動(dòng)化與智能化的能源管控體系。風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的風(fēng)機(jī)設(shè)備由貝加萊 X20CP3586 控制器作為 EtherCAT 主站進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。這款控制器憑借其強(qiáng)大的運(yùn)算能力和高速的數(shù)據(jù)處理性能，能夠精準(zhǔn)調(diào)控風(fēng)機(jī)的葉片角度、轉(zhuǎn)速等關(guān)鍵參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)能的高效捕獲與轉(zhuǎn)化。同時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)的中央監(jiān)控與管理系統(tǒng)采用了西門(mén)子 S7-1500 系列 PLC 作為 ProfiNet 主站，負(fù)責(zé)匯總各類(lèi)設(shè)備數(shù)據(jù)、進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控以及與企業(yè)的能源管理平臺(tái)對(duì)接，確保整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行與高效管理。EtherCAT 轉(zhuǎn) ProfiNet協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)塔訊 TX 161-RE-ECS/PNS ，完美解決由于風(fēng)機(jī)設(shè)備所采用的 EtherCAT 協(xié)議與中央監(jiān)控系統(tǒng)的 ProfiNet 協(xié)議不同，導(dǎo)致數(shù)據(jù)交互不暢，嚴(yán)重影響了風(fēng)電場(chǎng)的智能化管控效果。

硬件設(shè)備

1.EtherCAT 主站設(shè)備：貝加萊 X20CP3586 控制器，具備卓越的實(shí)時(shí)性能，能夠支持多達(dá) 64 軸的同步控制，且數(shù)據(jù)處理周期可達(dá)微秒級(jí)，滿足風(fēng)機(jī)設(shè)備對(duì)高速、精準(zhǔn)控制的嚴(yán)苛要求。

2.ProfiNet 主站設(shè)備：西門(mén)子 S7-1500 系列 PLC 中的 CPU1518-4PN/DP 型號(hào)，集成了雙端口交換機(jī)，擁有 1Gbps 的高速帶寬，可穩(wěn)定連接各類(lèi) ProfiNet 設(shè)備，并高效與上層管理系統(tǒng)通信。

3.協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)：塔訊 TX 161-RE-ECS/PNS 網(wǎng)關(guān)，作為連接兩種不同協(xié)議網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備，支持高達(dá) 1440 字節(jié)的雙向數(shù)據(jù)傳輸，具備環(huán)網(wǎng)冗余功能，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性與可靠性。

配置步驟

1.物理連接：

·使用超五類(lèi)屏蔽線將貝加萊 X20CP3586 控制器與EtherCAT 轉(zhuǎn) ProfiNet網(wǎng)關(guān)的 EtherCAT 端口進(jìn)行直連，采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，最大程度減少信號(hào)干擾，保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾浴?/p>

·通過(guò)工業(yè)級(jí)交換機(jī)（如赫斯曼 RS20-08）將西門(mén)子 S7-1500PLC 與網(wǎng)關(guān)的 ProfiNet 端口相連，并合理配置 VLAN，將控制網(wǎng)絡(luò)與辦公網(wǎng)絡(luò)有效隔離，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全性。

2.軟件配置：

·EtherCAT 側(cè)：在貝加萊 AutomationStudio 軟件環(huán)境中，導(dǎo)入塔訊網(wǎng)關(guān)對(duì)應(yīng)的 ESI 文件，完成設(shè)備識(shí)別與配置。為EtherCAT 轉(zhuǎn) ProfiNet網(wǎng)關(guān)分配從站地址為 0x02，精心設(shè)置 32 字節(jié)輸入?yún)^(qū)域用于實(shí)時(shí)接收風(fēng)機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、故障信息等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，同時(shí)設(shè)置 32 字節(jié)輸出區(qū)域，用于向風(fēng)機(jī)設(shè)備發(fā)送控制指令，確保風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行與精準(zhǔn)調(diào)控。

·ProfiNet 側(cè)：在西門(mén)子 TIAPortal 軟件中，添加ProfiNet轉(zhuǎn)EtherCAT網(wǎng)關(guān)的 GSD 文件，準(zhǔn)確設(shè)置網(wǎng)關(guān)的 IP 地址為192.168.2.100。清晰定義數(shù)據(jù)交換區(qū)域，將網(wǎng)關(guān)采集的風(fēng)機(jī)設(shè)備數(shù)據(jù)，通過(guò) PN/IO 協(xié)議傳輸至 S7-1500 的 DB 塊中，具體設(shè)置 IB100 - IB131 作為輸入?yún)^(qū)域，用于接收風(fēng)機(jī)設(shè)備數(shù)據(jù)；QB200 - QB231 作為輸出區(qū)域，用于向風(fēng)機(jī)設(shè)備發(fā)送控制命令。

3.數(shù)據(jù)交互測(cè)試：完成上述配置后，進(jìn)行全面的數(shù)據(jù)交互測(cè)試。通過(guò)西門(mén)子 S7-1500PLC 的監(jiān)控界面，能夠?qū)崟r(shí)獲取風(fēng)機(jī)設(shè)備的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，如風(fēng)速、發(fā)電量、設(shè)備溫度等。同時(shí)，可通過(guò) PLC 向風(fēng)機(jī)設(shè)備發(fā)送控制指令，如調(diào)整風(fēng)機(jī)葉片角度、啟停風(fēng)機(jī)等操作，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)指令執(zhí)行情況。經(jīng)測(cè)試，數(shù)據(jù)傳輸延遲極小，滿足風(fēng)電場(chǎng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)設(shè)備與中央監(jiān)控系統(tǒng)的高效協(xié)同工作。

通過(guò)引入塔訊 TX 161-RE-ECS/PNS 網(wǎng)關(guān)，該風(fēng)電場(chǎng)成功解決了不同協(xié)議設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信難題。實(shí)現(xiàn)了對(duì)風(fēng)機(jī)設(shè)備的全面實(shí)時(shí)監(jiān)控與精準(zhǔn)控制，設(shè)備故障預(yù)警與處理效率大幅提升，故障停機(jī)時(shí)間縮短了 30%，有效提高了風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電效率與運(yùn)營(yíng)管理水平，為能源行業(yè)的智能化發(fā)展提供了有力支撐。