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西门子S7-1500PLC如何做OPC UA通信效劳器？

宣布日期：

2023-07-10

OPC UA是一项开放标准，适用于从机械到机械间（M2M）的水平通信和从机械直到云端的笔直通信。该标准独立于供应商宁静台，支持广泛的宁静机制，并且可以与 PROFINET 共享同一工业以太网络。

OPC UA通信的特性及优势

特性：

? ?独立于供应商宁静台

? ?集成的宁静看法（加密、签名和验证）

? ?一致、端到端，并可扩展

? ?信息模型和语义效劳

? ?与PROFINET 不受限制的并行传输

优势：

? ?标准化接口和广泛的可用性

? ?直接凭据协议进行宁静通信，无需特别硬件

? ?跨所有自动化层的直接连接和通信

? ?简单明了的数据解释

? ?基于以太网的简单网络，使用现有的工业以太网基础设施

? ?简单机械集成用的国际标准化接口（配套规范）

具有OPC UA接口+支持工具的西门子产品和系统

西门子为全集成自动化（TIA）提供从现场层扩展到控制和操作层的全面硬件和软件组合。作为开放的通信标准，OPC UA 在整个 TIA 产品组合中饰演着重要的角色。

应用示例内容及软/硬件需求

此应用示例的内容

为了实现 OPC UA 客户端与 SIMATIC S7-1500 的效劳器进行数据交换，这个应用示例将向您详细介绍 SIMATIC S7-1500 的 OPC UA 效劳器的配置以及如何通过 OPC UA 客户端软件连接 S7-1500 效劳器。

用于测试用途的 OPC UA 客户端

●? Unified Automation 的 “UaExpert”�？擅夥咽褂玫墓πЦ缓竦目突Ф耍�? ?下载 UaExpert 的链接 ( https://www.unified-automation.com/downloads/opc-ua-clients.html )

●? OPC Foundation 的 “UA Sample Client” 。在 OPC Foundation 注册的用户可免费使用该客户端：下载 OPC Foundation 示例客户端的链接 ( https://opcfoundation.org )

S7-1500 配置 OPC UA 效劳器的软/硬件需求

已获得操作 OPC UA 功效的运行系统许可证。

TIA Portal V14 以及S7-1500 V2.0以后开始支持OPC UA效劳器功效，除 S7-1500 标准? ? ? CPU 之外，这一特性同样适用于 S7-1500F、S7-1500T、S7-1500C、S7-1500pro? ? ?CPU、ET 200SP CPU、SIMATIC S7-1500 软件控制器和 PLCSIM Advanced。S7-1500 CPU 上所有集成的 PROFINET 接口，均可用于会见该 CPU 的 OPC UA? ? ? 效劳器。? ? 不可借助 CP 或 CM 通过自动化系统的背板总线直接会见 CPU 的 OPC UA 效劳器。

S7-1500 的 OPC UA 效劳器实验情况

在本应用实例中，使用以下产品配置 OPC UA 效劳器。

软件：

TIA V15.1

UA Expert V1.5.1

硬件：

CPU 1511-1PN V2.6

配置S7-1500的OPC UA效劳器

1、使能 OPC UA 效劳器

S7-1500的 OPC UA 效劳器默认是禁用的，下面介绍如何使能一个简单的 OPC UA 效劳器

1.1、导航至 CPU 的属性通例界面选择 OPC UA 效劳器通例选项激活 OPC UA 效劳器。

1.2、导航至 'CPU 属性>运行系统许可证> OPC UA' 选择选择所需许可证类型。

运行 S7-1500 CPU 的 OPC UA 效劳器需要使用许可证。所需的许可证类型取决于相应? ? ?CPU 的性能。将许可证类型分为以下几类：

●? SIMATIC OPC UA S7-1500 小型（CPU 1511、CPU 1512、CPU 1513、ET 200SP? ? CPU、CPU 1515SP PC 需要使用这种类型）

●? SIMATIC OPC UA S7-1500 中型（适用于 CPU 1515、CPU 1516、软件控制器 CPU? ? 1507、CPU 1516pro-2PN）

●? SIMATIC OPC UA S7-1500 大型（CPU 1517、CPU 1518 需要使用这种类型）

1.3、导航至? 'CPU 属性>OPC UA>通例'? 选项设置 OPC UA 应用名称，也可以使用默认名称。请注意，证书上需要输入应用程序名称（主题备用名称），并且更改应用程序名称后可能需要再次生成现有证书。

1.4、导航至 'CPU 属性>OPC UA>效劳器' 选项设置效劳器会话数量限制以及采样宣布的最短间隔，无特殊需求也可以使用默认设置。

●? 会话最大超时，在该字段中指定在不进行数据交换的情况下OPC UA效劳器关闭会话之前的最大时长。允许值在1到 600000秒之间。

●? 最大OPC UA会话数，在该字段中指定OPC UA效劳器启动并同时操作的最大会话数。最大会话数取决于CPU的性能。每个会话都会占用资源。

●? 最大注册节点数，在该字段中指定OPC UA效劳器注册的最大节点数。最大注册节点数取决于CPU的容量，并会在组态字段内容时显示（将光标放在字段中）。每次注册都会占用资源。

● 最短采样时间间隔，在“最短采样时间间隔”中，可设置OPC UA效劳器纪录CPU变量值并与以前值相比较检查是否爆发变换的时间间隔。

● 最短宣布时间间隔，在“最短宣布时间间隔”中，可设置变量值爆发改变时效劳器通过新值向客户端发送消息的时间间隔。

● 所监视元素的最大数量，在该字段中指定该CPU的OPC UA效劳器可同时监视值更改的最大元素数量。监视会占用资源，可监视元素的最大数量取决于所用的CPU。

1.5、编译硬件并下载就可以启用一个简单的OPC UA效劳器，效劳器在其标准配置中允许任意客户端进行连接。如果需要治理客户端证书以及会见认证治理请继续进行下面配置。

2、使能全局宁静设置

为了治理 OPC UA 效劳器的证书必须启用TIA项目的全局宁静设置。

2.1、导航至项目树下宁静设置为项目设置用户名密码。

2.2、导航至 'CPU 属性>防护与宁静>证书治理器' 选项使能证书治理器。

3、配置宁静战略

通过OPC UA效劳器的宁静战略来配置OPC UA客户端和效劳器之间的加密和身份验证方法，选择允许的宁静战略。

4、通过治理证书实现宁静会见

为了实现只允许指定的OPC UA客户端与OPC UA效劳器进行连接，需要做以下配置

4.1、创立效劳器证书，凭据需要选择自签署照旧CA签署。

4.2、禁止运行历程中自动接受客户端证书。

4.3、导出客户端证书。

4.4、治理受信证书，把之前导出的客户端证书导入到受信证书一栏。

4.5、分派可信客户端。

5、用户身份认证

S7-1500 OPC UA效劳器用户身份认证分为2种，一种是访客认证，另一种是用户名和密码认证。如果需要指定用户登录权限需要禁止访客认证并增加用户名密码认证。

6、分派PLC变量的会见权

对PLC中创立的变量分派它的读写权限，默认都可以会见，可以单独为变量分派读写权限，也可以整个DB块设置会见权限。

7、项目编译下载后进行会见测试

通过UA Expert进行连接会见，选择宁静战略及用户身份认证方法后进入证书验证界面，需要信任效劳器证书并接受临时会话请求。注意这里 UA Expert 通过 Trust Server Certificate 按钮即可完成 Server 证书的导入，如果是其它客户端没有此功效需要手动到 TIA 下的证书治理器中导出CA证书和设备证书并拷贝到客户端对应受信证书列内外即可。

建立连接乐成后浏览PLC数据，并进行读写会见测试。

8、OPC UA 效劳器要领的创立

在 S7-1500 CPU（自固件版本 V2.5 起）的OPC UA效劳器中，可以选择通过用户程序提供要领。OPC UA要领为差别通信节点之间的交互提供了有效机制，该机制提供作业确认和反响值，因此用户无需再编程握手机制。

OPC UA要领的事情原理

通常，OPC UA要领的事情原理与运行系统中由外部OPC UA客户端挪用的受专有技术�；ず榈脑砝嗨�。OPC UA 客户端仅“监视”已界说的输入和输出，函数块、要领或算法的内容对外部OPC UA客户端坚持隐藏，OPC UA客户端接收乐成执行的反响以及函数块（要领）返回的值，或者，如果执行不乐成，则会收到过失消息。

效劳器要领的实现

1. 使用OPC_UA_ServerMethodPre盘问效劳器要领挪用该指令将执行以下任务：

–? 通过该指令询问CPU的OPC UA效劳器是否已通过OPC UA客户端挪用效劳器要领。

–? 如果已挪用要领，并且效劳器要领具有输入参数，效劳器要领现在会接收到输入参数。

2. 编辑效劳器要领

在这部分效劳器要领中，用户提供实际用户程序。如果效劳器要领使用输入参数，则可使用这些参数。仅当OPC UA客户端已挪用效劳器要领时，才可执行效劳器要领的这一部分。乐成执行要领后，如果要领具有输出参数，需要设置效劳器要领的输出参数。

3. 使用OPC_UA_ServerMethodPost响应效劳器要领

要完成效劳器要领，应挪用“OPC_UA_ServerMethodPost”指令。使用参数通知 “OPC_UA_ServerMethodPost”指令是否已处理用户程序，如果用户程序已乐成执行，则会通过相关参数通知OPC UA效劳器。OPC UA效劳器随后会将效劳器要领的输出参数发送到OPC UA客户端。

无论用户程序是由“OPC_UA_ServerMethodPre”和 “OPC_UA_ServerMethodPost” 指令处理照旧在下一个周期继续执行，始终以成对的形式挪用这两个指令。

给出了使用 OPC UA 效劳器要领指令为用户程序中所执行的 OPC UA 客户端提供一个要领。需要注意的是效劳器要领指令的多重实例必须命名为 “OPC_UA_ServerMethodPre_Instance” 和 “OPC_UA_ServerMethodPost_Instance”，不然不会在效劳器上创立要领，另有就是需要声明 “UAMethod_InParameters” 和 “UAMethod_OutParameters” 两个变量划分连接到要领指令引脚上，不然要领指令会报错。

在客户端内浏览到创立的效劳器要领，选中 Method 后鼠标右键来挪用要领，在挪用要领对话框中传输输入参数点击 Call 按钮，返回输出参数及要领执行后的状态。

常见问题及建议

1、通过OPC UA客户端会见OPC UA效劳器的建议

●? 关于一次性或不频繁的数据会见，请使用标准的读/写会见。

● 关于少量数据的循环会见（循环间隔最长约为 5 秒），请使用订阅。优化OPC UA效劳器中的最短宣布时间间隔设置和最小采样时间间隔设置。

● 如果按期会见某些特定变量（重复会见），则可使用函数 “RegisteredRead” 和 “Regist? eredWrite” 。

2、导致 OPC UA 效劳器连接失败的原因

当建立到 OPC UA 效劳器的连接时，需用注意许多要点来包管历程顺利地进行。以下连接建立蜕化的原因与用到的 OPC UA 客户端和效劳器无关。

基于证书连接的日期和时间

基于证书授权的通讯中，在OPC UA 效劳器上，需要检查证书的有效期。这就要求终端系统具备目今时间。对证书检查时，OPC UA 效劳器可能会给出时间过失响应，状态码为 “BadSecurityChecksFailed” 或者 “BadCertificateTimeInvalid” 。解决计划建议使用 NTP 效劳器来实现时钟同步。如果 NTP 无法实现，则只能手动为终端系统设置目今时间。

经过 NAT 路由器的 OPC UA 客户端-效劳器连接实验失败，爆发过失信息 “BadCommunicationError” 或 “BadNotConnected” 。

在NAT系统中，IPv4 数据包被路由器处理。?这意味着数据包的源IP?( “Source NAT” ) 或者目的 IP ( “Destination NAT” ) 会被路由器配置的IP地点替换掉 ( 取决于目的端口 )。而客户端和效劳器并不知道这个历程。

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