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OPC-UAKommunikationDigitalization Days 2017
siemens.com/tia-portalFrei verwendbar © Siemens AG 2017
Frei verwendbar © Siemens AG 2017Mai 2017Seite 2 Todorovic Dejan | RC-CH DF FA
Agenda
2 Live-Demo
1 Einleitung – OPC UA Kommunikation
3 Tips & Tricks
Frei verwendbar © Siemens AG 2017Mai 2017Seite 3 Todorovic Dejan | RC-CH DF FA
TIA Portal V14 –Die Lösung für noch mehr Automatisierungsaufgaben!
Eine gemeinsameDatenhaltung
Einheitliches unddurchgängigesBedienkonzept
Gemeinsame,zentrale Dienste
Totally Integrated Automation Portal
Energiemanagement
Diagnose
Safety Integrated
Security Integrated
HMI Controller DistributedI/O
MotionControl DrivesIPC
PROFINET
Gemeinsames Datenmanagement
WinCC STEP 7 Startdrive
Frei verwendbar © Siemens AG 2017Mai 2017Seite 4 Todorovic Dejan | RC-CH DF FA
Die offene Standardschnittstelle zur einfachen und sicherenAnbindung beliebiger Fremdgeräte an die SIMATIC S7-1500
Integrierte Security(Authentifizierung, signierte &verschlüsselte Kommunikation)
Anbindung beliebiger Fremdgerätean die S7-1500
Symbolischer Zugriff auf optimierteund absolut adressierte Daten
Online Browse und offlineEngineering
OPC-UA Server Data Access
S7-1500, 1500S, 1500TET 200SP CPU, PLCSIM Adv.
Server Data Access
MindSphere
Frei verwendbar © Siemens AG 2017Mai 2017Seite 5 Todorovic Dejan | RC-CH DF FA
Interoperabilität –Durch PROFINET und OPC-UA
Perfekte Interoperabilität über alle Automatisierungsebenen hinweg durch Offenheit und Normen
Managementebene
Bedienerebene
Steuerungsebene
Feldebene
Inter-operability
Inter-operability
Inter-operability
Sensors Actors
PLC HMI
SCADA
MESERP
Applikationvon Dritt-anbietern
TM
Offenheit
Standards
Frei verwendbar © Siemens AG 2017Mai 2017Seite 6 Todorovic Dejan | RC-CH DF FA
Die offene Systemlösung –Mit OPC-UA und PROFINET
Stärken OPC-UA
Vorteile in der Daten-und Managementebene
Hersteller-unabhängig
Direkte Geräteanbindungüber alle Ebenen
Authentifizierungund Verschlüsselung
SemantischeDienste
Stärken PROFINET
Vorteile in der Steuerungs-und Maschinenebene
Deterministisch
Real-Time fähig
Echtzeit C2C-Kommunikation
StandardisierteProfile
Feld-Ebene
Steuerungs-Ebene
Bediener-Ebene
Management-Ebene
Cloud
PRO
FIN
ET
OPC
-UA
Inte
rfac
e
Frei verwendbar © Siemens AG 2017Mai 2017Seite 7 Todorovic Dejan | RC-CH DF FA
OEM
Transparent Operation –Usecase 1
Einfache Integration an Fremd-Anwendungen Anwendung 2Anwendung 1
Sicherheit
Offenheitmit OPC-UA in der S7-1500
Einfache Parametrierungim TIA Portal V14
Frei verwendbar © Siemens AG 2017Mai 2017Seite 8 Todorovic Dejan | RC-CH DF FA
Transparent Operation –Usecase 2
Einfache Erweiterung/Nutzung desPROFINET-Netzwerks
Anwendung 2Anwendung 1
OEMSkalierbar und durchgängigdirekte Anbindung über alleEbenen (z.B. an ERP-Systeme)
Offenheitkeine zusätzlichen Gateways
FlexibilitätParallelbetrieb auf dem bestehendenPROFINET Netzwerk
Frei verwendbar © Siemens AG 2017Mai 2017Seite 9 Todorovic Dejan | RC-CH DF FA
Transparent Operation –Usecase 3
Einfache Anbindung von SCADA und Fremdsystemen
Einfache vertikaleKommunikation
Herstellerunabhängig
Symbolische Adressierung
HMIWinCC
OEM 3
SIMATIC IT
OEM 2
3rd party
OEM 1
Frei verwendbar © Siemens AG 2017Mai 2017Seite 10 Todorovic Dejan | RC-CH DF FA
Offener Standard OPC-UA – Einfach, standardisiert und symbolischSPS-Daten lesen und schreiben
Value
• Individuelle FreigabeZugriffsmöglichkeiten aufVariablen über OPC-UA lassensich je Variable festlegen
• Vererbung der ZugriffsrechteAnhand der bekannten Step7Mechanismen
• ZugriffsmöglichkeitenAuf einzelne Variablen sowieauf Arrays und Strukturen alsGanzes
• PerformanceZugriff auf Arrays undStrukturen als Ganzes füroptimale Performance
Einfachstes Setup
Aktivieren des OPCUA Servers in denSPS Einstellungen
Bestätigen, dassdie richtige Lizenzerworben wurde
Symbolischer Zugriffüber OPC-UA
1
2
4
Freigabe der Variablenmittels Checkboxenim Editor
3
Zugriff möglich
Schreibzugriff möglich
OPC-UA Client
Frei verwendbar © Siemens AG 2017Mai 2017Seite 11 Todorovic Dejan | RC-CH DF FA
Offener Standard OPC-UA –XML-Export zur offline Projektierung von OPC-UA Clients
OPC-UA XML-Export direkt aus dem TIA Portal
Durch OPC FoundationstandardisierteXML-Export Datei
Clients können offlineohne vorhandene SPSprojektiert werden
Export auch mittels OpennessAPI möglich zur direktenEinbindung in Fremd-Engineering
Download
Projektierungim TIA Portal
Projektierung3rd Party
DownloadOpenness
API
XML-Export
Zugriff auf Daten
Frei verwendbar © Siemens AG 2017Mai 2017Seite 12 Todorovic Dejan | RC-CH DF FA
Offener Standard OPC-UA –Security ist integraler Bestandteil von OPC-UA
Resultat
• Bewährte TechnikAnalog gängiger Verfahrenwie TLS
• 2 stufiges KonzeptApplikations- undBenutzerauthentifizierung
• Use Case spezifischMehrere Security Policiesgleichzeitig parallel betreibbar
• PerformanceUnverschlüsselteKommunikation möglich fürmaximale Performance
WorkflowExportieren des OPCUA Server Zertifikats ausdem TIA Portal und Importin Fremd-Engineering
Import des OPC-UA ClientZertifikats in das TIAPortal
Zusätzlich auch Be-nutzerauthentifizierungmit Benutzername undPasswort möglich
1
2
4
Hinzufügen des OPC-UAClient-Zertifikats zur»Trust-List«
3
128bit 256bit
Offline Zertifikate-Tausch
None
X.509
X.509
Frei verwendbar © Siemens AG 2017Mai 2017Seite 13 Todorovic Dejan | RC-CH DF FA
Offener Standard OPC-UA –Lizenzen für die SIMATIC S7-1500
Einfaches Lizenzkonzept mit eigenen MLFBs je nach PLC-Leistungsklasse
PLC-Typ ET 200SP CPU bisCPU-1513 (F)/CPU1505S
CPU-1515/CPU-1516 (F)/CPU1507S
CPU-1517/CPU-1518(F)
BenötigteLizenz
Small Medium Large
Kosten für Kunden 100 € 200 € 300 €
Frei verwendbar © Siemens AG 2017Mai 2017Seite 14 Todorovic Dejan | RC-CH DF FA
SIMATIC S7-1500 OPC-UA DA Server –Voraussetzungen
Voraussetzungen
EngineeringTIA Portal V14
Hardwareab FW ≥ 2.0
1
2
Erreichbarkeitdes OPC-UA Servers3
Verfügbarkeit
Advanced ControllerSIMATIC S7-1500
Distributed ControllerSIMATIC ET 200SP
Software ControllerSIMATIC S7-1500
Alle interne Schnittstellen einer CPU
Frei verwendbar © Siemens AG 2017Mai 2017Seite 15 Todorovic Dejan | RC-CH DF FA
OPC-UA –Siemens Portfolio
Manufacturing Execution System
Totally Integrated Automation Portal
SCADA-System Energiemanagement
Steuerung HMI IPC Kommunikation Motion Control CNC
Stromversorgung IndustrialIdentification
Distributed I/O Motion Control IndustrialControls
Engineering-Framework
Tota
llyIn
tegr
ated
Aut
omat
ion
Management
Bediener
Feld
Steuerung
OPC
-UA
Inte
rfac
e
• Softstarter• SIMOCODE pro PN• Telecontrol Server Basic• SIMATIC RF600
• S7-1500• Basic/Comfort Panel• WinCC Advanced RT, WinAC OPC-UA Client• CP443-1• SINUMERIK
• WinCC V7 RT• WinCC OA RT• WinCC Professional RT• SIMATIC NET• SIMATIC Energy Manager PRO
• SIMATIC IT
Cloud
Frei verwendbar © Siemens AG 2017Mai 2017Seite 16 Todorovic Dejan | RC-CH DF FA
Übergreifende Kommunikationmit OPC UA
TIA WinCC Adv. und Prof.mit OPC UA Server / Client
Comfort Panelmit OPC UA Server / Client
WinCC V7.4mit OPC UA Server / Client
HMIComfort Panel
TIA WinCC V14Adv. / Prof.
WinCCV7.4
Anlage 1 Anlage 2 Anlage 3
Einfache Anbindung von HMI und SCADA:
S7-1500 S7-1500 S7-1500
Security ?
Frei verwendbar © Siemens AG 2017Mai 2017Seite 17 Todorovic Dejan | RC-CH DF FA
OPC-UA Kommunikation
Live DemoS7-1500 mit OPC-UA
Frei verwendbar © Siemens AG 2017Mai 2017Seite 18 Todorovic Dejan | RC-CH DF FA
Live-Demo Konfiguration
None
Einrichten OPC UA ServerTIA Portal V141
ClientUA-Expert (Unified Automation)2
SCADA als ClientTIA WinCC V14 Advaced3
Ohne Zertifikate
S7-1516
UA-Client
TIA WinCCServer
Client
Frei verwendbar © Siemens AG 2017Mai 2017Seite 19 Todorovic Dejan | RC-CH DF FA
OPC-UA Kommunikation
Tips & TricksS7-1500 OPC-UA
Frei verwendbar © Siemens AG 2017Mai 2017Seite 20 Todorovic Dejan | RC-CH DF FA
Kommunikation –Automatisierung und IT-Welt
OPC-UA Client Programmierer
»Ich hole nur die Daten«
• Welche Daten werden ausgetauscht?• Anzahl der Daten?• Wie schnell muss der
Datenaustausch sein?
• Welche Zugriffsarten verwende ich?
SPS Programmierer
»Ich stelle nur die Datenzur Verfügung«
• Wie viele Clients greifen zu?
• Zugriffsart vom Client• Performance• Mengengerüst
Frei verwendbar © Siemens AG 2017Mai 2017Seite 21 Todorovic Dejan | RC-CH DF FA
OPC-UA Server
Kommunikation OPC-UA –Grundprinzip und Begriffe
OPC-UA Client
Application Layer• User Authorization• User Authentication
Communication Layer• Confidentiality• Integrity• App Authentication
Application Layer• User Authorization• User Authentication
Communication Layer• Confidentiality• Integrity• App Authentication
Transport Layer
Secure Channel
Session
OPC Server(Response)
OPC Client(Request)
OPC Client(Request)
OPC Client(Request)
Frei verwendbar © Siemens AG 2017Mai 2017Seite 22 Todorovic Dejan | RC-CH DF FA
Zugriffsarten von einem OPC-UA Client
Empfehlung der Zugriffsart auf S7-1500 OPC-UA Server
Read/Write Subscription Registered Read/Write
• Einzelner oderseltener Zugriff aufDaten
• Zyklische lesen derDaten (≤ 5s)
• SCADA/Monitoring
• Schneller Zugriff aufDaten
Frei verwendbar © Siemens AG 2017Mai 2017Seite 23 Todorovic Dejan | RC-CH DF FA
Zugriffsart –»Subscription«
Subscription
OPC-UAServer
DB1.myArray111000011111
Subscribe myDB.myArraySampling=Xms,Publishing=Yms
DB1.myArray=111000011111
Sampling
Publishing
DB1.myArray111000011111
111100001111
DB1.myArray111100001111
myDB.myArray=111100001111
• Daten werden abonniert (subscribed)• Übertragung nur bei Datenänderung• Schreibzugriff wird durch Anweisung
(Write) realisiert
Reduzierung der Kommunikationslast
Use case:z.B. HMI oder SCADA
Frei verwendbar © Siemens AG 2017Mai 2017Seite 24 Todorovic Dejan | RC-CH DF FA
Zugriffsart –»Subscription«
Sampling and PublishingIntervalle werden vom Clientfestgelegt
Bei zu kurze Intervallen wird dieKommunikationslast drastischerhöht
In den SPS-Eigenschaftenkönnen die Intervalle begrenztwerden
Schutz gegenschlechte ClientProgrammierer
Zeit: Wertänderung neuer Wert an ClientZeit: Vergleich bisheriger Wert in SPS
Frei verwendbar © Siemens AG 2017Mai 2017Seite 25 Todorovic Dejan | RC-CH DF FA
Performance –Wenn möglich immer Arrays und Strukturen verwenden!
SPS ProgrammiererImmer wenn möglichDaten strukturieren1. Arrays2. Strukturen3. Einzelne Variablen
OPC-UA ClientProgrammierer
• Arrays und Strukturenals Ganzes lesen!
• OPC-UA »RegisteredRead« verwenden beiwiederkehrendenZugriffen
Ein Array mit1000 Real
Einzelzugriff1000 Real
Eine Strukturmit 1000 Real
OPC UA Registered ReadOPC UA Read
Faktor 10 – 100
Faktor 2 – 3
Grafik zeigt Tendenzen,genaue Werte sindabhängig vonmehreren Faktoren!
Frei verwendbar © Siemens AG 2017Mai 2017Seite 26 Todorovic Dejan | RC-CH DF FA
Mengengerüst –Server Limits
Allgemeine Server Limits
CPU-Type ET 200SP CPU up toCPU-1513 (F)
CPU-1515/CPU-1516 (F)
CPU-1517/CPU-1518(F/T)
Anzahl Session 32 48 64
Maximale Anzahl vonItems/Request
1000
Frei verwendbar © Siemens AG 2017Mai 2017Seite 27 Todorovic Dejan | RC-CH DF FA
Performance –Einige Hinweise
Empfohlene Anzahl von »items« ( 1s sampling, 1s publishing) ErinnerungVerwendung von Arrays undUDTs für maximale Performance!• Performance Steigerung grösser
Faktor 100• Notwendig für Massendaten
FW Limits (alle CPUs)• 10000 items/subscription• 1000 items/request• 20 subscriptions/session
CPU-Type ET 200SP CPU upto CPU-1513
CPU-1515/CPU-1516
CPU-1517/CPU-1518
EmpfohleneGesamtanzahl von»items«
1000 2000 10000
Kommunikations-belastung während»sampling«(ohne publishing)
10% 14% 10%
Frei verwendbar © Siemens AG 2017Mai 2017Seite 28 Todorovic Dejan | RC-CH DF FA
Industry Online Support –Anwendungsbeispiel 1
OPC UA.NET Client für den SIMATIC S7-1500 OPC-UA Server
https://support.industry.siemens.com/cs/ch/de/view/109737901
Frei verwendbar © Siemens AG 2017Mai 2017Seite 29 Todorovic Dejan | RC-CH DF FA
Industry Online Support –Anwendungsbeispiel 2
Wie erhalte ich die OPC-UA Variablen-Nodes der PLC-Variablen eines S7-1500OPC-UA Servers, um sie offline in einem OPC-UA Client zu adressieren?
https://support.industry.siemens.com/cs/ch/de/view/109742903
Frei verwendbar © Siemens AG 2017Mai 2017Seite 30 Todorovic Dejan | RC-CH DF FA
Industry Online Support –S7-1500 OPC-UA Handbuch
https://support.industry.siemens.com/cs/ch/de/view/59192925
Frei verwendbar © Siemens AG 2017Mai 2017Seite 31 Todorovic Dejan | RC-CH DF FA
OPC-UA –Zusammengefasst
2 Einfache Konfiguration im TIA Portal V14 »In drei Schritten zur Basic Konfiguration«
3 PROFINET & OPC-UA (DA Server) ergänzen sich gegenseitig
1 OPC-UA ist einer der wichtigsten Standards für plattformübergreifende Kommunikation
Frei verwendbar © Siemens AG 2017Mai 2017Seite 32 Todorovic Dejan | RC-CH DF FA
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Todorovic DejanProdukt ManagerRC-CH DF FA
Siemens Schweiz AGFreilagerstrasse 408047 Zürich
siemens.com