西门子S7-1200与OPC UA通讯与测试

【导读】本文分为如下五个部分（后台回复N16下载SIMATICNETV16）

（1）什么是OPCUA？

（2）通过OPCUA可以做什么？

（3）S7-1200支持的OPCUA功能有哪些？

（4）S7-1200OPCUA性能参数

（5）OPCSCOUT与S7-1200OPCUA通信

（6）使用OPCScoutV10测试与S7-1200的OPCUA通信

标准OPC仅支持Windows操作系统，为了应对这一限制条件，OPCFoundation研发出了OPCUA（OPC统一架构）标准，OPCUA标准并不特定于某个平台，并且针对高性能应用使用优化的基于TCP的二进制协议，OPCUA支持诸如Window、Linux、AppleOSX、实时操作系统或移动操作系统（Android或iOS），OPCUA目前支持以下传输机制和协议：

●通过TCP/IP，将消息作为二进制流直接传输(S7-1200/S7-1500支持)。
●通过TCP/IP和HTTP采用XML形式传送消息。由于这种传输机制仅支持慢速传输，因此极少使用。

S7-1200基本控制器支持"MicroEmbeddedDevice2017ServerProfile"。由于OPCUA标准独立于特定的操作系统，并采用安全传送机制和数据语义描述，因此尤其适合于跨层级的数据交换，机器数据（受控变量，测量值或参数）也可采用这种方式传输，OPCUA采用简单的客户端/服务器的机制进行通信，服务器可在网络中提供大量信息，如有关CPU、OPCUA服务器、数据和数据类型的信息，OPCUA客户端访问这些信息。

OPCUA通信常用的有以下功能：

浏览

读/写

注册读/写

订阅

方法

伴随规范

（1）服务器：

S7-1200CPU固件版本及以上版本均配备OPCUA服务器，除了标准的S7-1200CPU外，还包括S7-1200F系列CPU。

浏览

读/写

伴随规范

OPCUA服务器组态通常与在S7-1500CPU中的组态一样，功能范围和数量限值受所支持"MicroEmbeddedDevice2017ServerProfile"的限制。与S7-1500CPU不同的是，以下功能不可用：服务器方法、结构化数据类型（结构和数组）、RegisteredRead和RegisteredWrite。

（2）客户端：

S7-1200CPU目前不支持，S7-1200/1500OPCUA各版本兼容性如下表所示：

S7-1200以及TIA最低版本

S7-1500以及TIA最低版本

服务器

浏览

/TIAV16

/TIAV14

读/写

/TIAV16

/TIAV14

注册读/写

不可用

/TIAV14

订阅

/TIAV16

/TIAV14

方法

不可用

/TIAV15

伴随规范

/TIAV16

/TIAV15

诊断

不可用

/TIAV16

客户端

浏览

不可用

/

注册读/写

/

方法

/

S7-1200OPCUA的性能参数，如下表所示：

S7-1200

最大会话数

5

最大访问变量数

1000

最大会话订阅数

5

最小采样间隔

100ms

最小发布间隔

200ms

最大服务器接口数

2

组件

版本

备注

硬件部分

S7-1200各型号CPU

版本及以上

版本的S7-1200仅支持作为OPCUA的服务器

软件部分

TIAPortaSTEP7Basic/Professional

V16及以上

TIAV16起才可以组态版本的S7-1200CPU

OPCUA许可证授权

SIMATICOPCUAS7-1200Basic

6ES7823-0BA00-2BA0

纸质授权S7-1200全系列CPU均使用该授权（一个PLC一个授权即可）

测试客户端

SIMATICNETV16OPCScoutV10

OPCScoutV10任意版本均可

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（1）创建PLC站点并设置IP地址

使用TIASTEP7V16软件，创建S7-1200CPU版本为的站点，如图1所示：

图1.添加新设备

（2）为CPU分配子网以及IP地址，如图2所示：

图2.设置子网以及IP

（3）启动OPCUA服务器

进入"设备视图"，选中CPU，CPU属性→OPCUA→服务器，勾选"激活OPCUA服务器"，如图3所示：

图3.启动OPCUA服务器

上图标记说明：

a：激活OPCUA服务器
b：服务器地址：用于客户端访问服务器，激活S7-1200的OPCUA服务器功能后，该OPCUA服务器的地址为图中的："opc:tcp://192.168.0.17:4840"，服务器地址格式为："opc:tcp://服务器IP：服务器端口号"

（4）设置服务器相关参数

CPU属性→OPCUA→服务器→选件→常规属性对话框内，可以设置端口号、最大会话超时时间，最大OPCUA会话数量等参数，如表2所示：

表2.S7-1200OPCUA选件设置

（5）Securechannel设置

仅当OPCUA服务器可向OPCUA客户端证明身份时，才能建立服务器与客户端之间的安全连接。服务器证书可用于证实身份。
CPU属性→OPCUA→服务器→Security→Securechannel，在此对话框内可以设置服务器证书、服务器上可用的安全策略、以及可信客户端，如表3所示：

表3.S7-1200Securechannel设置

（6）用户身份验证

CPU属性→OPCUA→服务器→Security→用户身份验证，此参数可设置OPCUA客户端中用户访问服务器时需通过的认证方式，如图4所示：

图4.用户身份认证

上图标记说明：

a：启用访客认证：用户无需证明其身份（匿名访问）。OPCUA服务器不会检查客户端用户的授权。
b：启用用户名和密码认证：用户必须证明其身份（非匿名访问）。OPCUA服务器将检查客户端用户是否具备访问服务器的权限。并通过用户名和正确的密码进行身份验证，在下方"用户管理"表中输入用户，最多可添加21个用户。
注意：以上两个选项，建议仅在通信调试初期使用使用“启动访客认证”，调试结束后应启用"启用用户名和密码认证"，以确保通信安全。

（7）设置OPCUA运行许可证

CPU属性→运行系统许可证→OPCUA→设置"购买的许可证类型"，S7-1200所有CPU所使用的许可证类型都是一种：SIMATICOPCUAS7-1200Basic，如图5所示：

图5.设置OPCUA运行许可证

标准的SIMATIC服务器接口不可用于S7-1200，必须使用"OPCUA通信"中添加的服务器接口，通过这些服务器接口启用PLC变量后，方可对OPCUA客户端可见，具体见下文描述。

（1）新增服务器接口

项目树PLC站点下，OPCUA通信→服务器接口→新增服务器接口，在弹出的"新增服务器接口"内选择"服务器接口"，如图6所示：

图6.新增服务器接口

（2）建立通信数据块，并设置相关属性

手动建立通信数据块"opcuaDATA",并确保该DB块的属性"数据从OPCUA可访问"处于勾选状态，如图7所示：

图7.新建通信DB块并确认其属性

（3）建立通信变量，双击打开新建的DB块，并建立通信的变量，并根据需求勾选不同变量的OPCUA读写访问属性，如图8所示：

图8.设置各变量的OPCUA读写访问属性

（4）将OPCUA元素连接至OPCUA服务器接口

双击图6中新增的服务器接口，（项目树PLC站点下，OPCUA通信→服务器接口→服务器接口_1),打开"OPCUA服务器接口"对话框，将对话框右侧的OPCUA元素依次或者整体拖拽至左侧的服务器接口下方的空白行，如图9所示：

图9.将OPCUA元素连接至OPCUA服务器接口

下面使用SIMATICNET自带OPCClient端软件OPCScoutV10客户端测试与S7-1200的OPCUA通信，测试步骤如下描述。

（1）添加OPCUAServer站点

图10.启动OPCScoutV10

（2）打开OPCScoutV10

在Serverexplorer窗口，查找UAserver→Addserver，添加OPCUA服务器，如图11所示：

图11.添加OPCUA服务器

上图标记说明：

1.手动设置服务器URL：://192.168.0.17:4840

3.在“points”处显示所查找到的服务器，

（3）访问OPCUAServer数据

图12.访问OPCUAServer数据

注意：上图中无法整体访问变量“D”和变量“E”，这是因为S7-1200不支持数组以及结构的访问，但是支持数组与结构内元素的访问。