一、 项目背景与需求分析
随着全球能源结构向清洁化转型,储能系统(ESS)成为新能源并网的核心基础设施。某新能源科技公司在其50MWh集装箱式储能项目中,面临异构网络融合难题:
底层设备协议:电池管理系统(BMS)采用EtherCAT协议(如华为FusionModule800),逆变器(如固德威SDTG3系列)支持ProfiNet协议。
上层监控需求:中央控制器需通过西门子S7-1500PLC(ProfiNet主站)实现对储能系统的统一监控,同时保留EtherCAT设备的高精度同步特性。
挑战:两种协议的实时性要求、数据格式差异及拓扑结构。
二、系统架构设计
核心设备选型:
EtherCAT主站:倍福BeckhoffCX5130嵌入式控制器(支持100个从站,同步误差<1μs)。
ProfiNet主站:西门子S7-1516-3PN/DPPLC(配备CMPT1542-1通信模块)。
协议转换:远创智控YC-PN-ECT网关(支持OPCUA、ModbusTCP透明传输)。
底层设备:华为BMS(EtherCAT从站)、固德威逆变器(ProfiNet从站)。
网络拓扑:
EtherCAT子网:CX5130通过光纤连接华为BMS,实现电池簇电压、温度的μs级同步采集。
ProfiNet子网:S7-1516通过交换机连接固德威逆变器,监控DC/AC转换效率。
协议转换层:远创智控YC-PN-ECT网关网关部署于EtherCAT与ProfiNet子网之间,实现数据双向映射。
三、实施过程与技术细节
1. 网关配置与数据映射:
GSD文件导入:在TIAPortalV17中加载远创智控YC-PN-ECT网关的GSDML文件,配置网关IP地址(192.168.1.100)。
数据缓冲区定义:
EtherCAT侧:定义256字节输入(BMS状态)和128字节输出(控制指令)。
ProfiNet侧:映射至S7-1516的DB块(DB100:BMS数据,DB101:逆变器指令)。
同步机制:启用网关的分布式时钟(DC)功能,确保跨协议数据传输周期误差<500ns。
1. PLC程序开发:
2. S7-1516主站逻辑:
读取DB100中的BMS数据(SOC、单体电压、温差)。
计算逆变器功率指令(基于实时电价与电网需求),写入DB101。
X5130控制逻辑:
通过TwinCAT3编写电池均衡算法,输出至EtherCAT从站。
接收网关转发的逆变器状态(如故障代码),触发安全停机流程。
3. 系统联调与优化:
实时性测试:使用Wireshark抓包分析,EtherCAT周期200μs,ProfiNet周期500μs,网关延迟<10μs。
冗余设计:部署双远创智控YC-PN-ECT网关(主备模式),通过VRRP协议实现故障切换。
安全认证:配置OPCUA证书加密,防止非法访问储能系统控制指令。
四、应用效果与行业价值
效率提升:电池簇均流误差从±5%降至±1.5%,系统可用容量提升8%。
故障响应:过温告警到主动停机时间从300ms缩短至80ms。
行业影响:该方案被纳入《新型储能系统技术标准》,成为光伏+储能项目的推荐架构。
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