一、行業(yè)痛點

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

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

風電場監(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，一次性解決風電場上述通訊痛點。該模塊將S7-200的9針PPI/DP口直接轉換為標準10/100M以太網口，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)風電場中央控制柜與各風機艙的“一網到底”通訊架構，適配風電場野外分散式的設備部署特點。

三、硬件清單

主控制器 1：西門子S7-200 CPU（風電場中央控制柜核心）

主控制器 2：西門子S7-1200 CPU（各風機艙本地控制核心）

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

交換機：赫斯曼OCTOPUS16M-POE（適配風電場多設備接入，抗惡劣環(huán)境）

觸摸屏：西門子KTP1200 6AV2123-2MA03-0AX0（中央控制室1臺、每臺風機塔筒旁1臺，均連接PPI-ETH-YC01 Plus以太網模塊的DB9母口）

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

網絡拓撲：環(huán)網+RSTP冗余設計，千兆匯聚，適配風電場分散式設備布局

四、安裝與接線

對風電場中央控制柜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；

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)以太網通訊；

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

研華工控機配置雙網卡，一網卡接入風電場內部監(jiān)控環(huán)網，另一網卡接入風電場智慧管理平臺，實現(xiàn)生產數(shù)據(jù)與管理數(shù)據(jù)的安全隔離，防止外網干擾。

五、參數(shù)配置

步驟一：PPI-ETH-YC01 Plus以太網通訊處理器側

撥碼開關SW1設為：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，設置模塊固定IP：192.168.2.30，子網掩碼255.255.255.0，網關192.168.2.1，適配風電場內網網段；

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

打開“數(shù)據(jù)交換”向導，添加兩條核心數(shù)據(jù)交互命令：

①S7-1200→S7-200：讀取DB200.DBW0-DBW24（單臺風機的轉速、槳距角、發(fā)電功率、環(huán)境風速、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)的槳距角調節(jié)指令、啟停機指令、偏航控制參數(shù)）。

步驟二：S7-1200側

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

在“設備與網絡”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)單臺風機與中央控制柜的實時數(shù)據(jù)交互。

步驟三：WINCC側

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；

針對風電場實時監(jiān)控需求，設置畫面刷新周期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臺風機艙內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機的發(fā)電功率、風速曲線，與現(xiàn)場測風儀、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秒內自動恢復通訊，風機運行數(shù)據(jù)無跳變、無丟失；

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

風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、結束語

借助遠創(chuàng)智控PPI-ETH-YC01 Plus以太網通訊處理器，風力發(fā)電場在保留原有西門子S7-200PLC核心控制系統(tǒng)的基礎上，實現(xiàn)了與各風機艙S7-1200PLC的高速以太網通訊，且完成了全場景西門子觸摸屏的無縫集成與統(tǒng)一管控。該方案適配風電場野外分散式的設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、智慧調度奠定了堅實、開放、可持續(xù)的通訊基礎，助力風電場實現(xiàn)從傳統(tǒng)人工運維到智能無人管控的轉型升級。

審核編輯 黃宇