西门子S7-1200与OPC UA通讯与测试

（1）什么是OPC UA？

（2）通过OPC UA可以做什么？

（3）S7-1200支持的OPC UA功能有哪些？

（4）S7-1200 OPC UA性能参数

（5）OPCSCOUT与S7-1200 OPC UA通信

（6）使用OPC Scout V10测试与S7-1200的OPC UA通信

（一）什么是OPC UA？

标准 OPC 仅支持 Windows 操作系统，为了应对这一限制条件，OPC Foundation 研发出了 OPC UA（OPC统一架构）标准，OPC UA 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，OPC UA 支持诸如 Window、Linux、Apple OS X、实时操作系统或移动操作系统（Android 或 iOS），OPC UA 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”Micro Embedded Device 2017 Server Profile”。由于 OPC UA 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，OPC UA 采用简单的客户端/服务器的机制进行通信，服务器可在 络中提供大量信息，如有关 CPU、OPC UA 服务器、数据和数据类型的信息，OPC UA 客户端访问这些信息。

（二）通过OPC UA可以做什么？

OPC UA通信常用的有以下功能：

（三）S7-1200支持的OPC UA功能

（1）服务器：

S7-1200 CPU 固件版本 V4.4 及以上版本均配备 OPC UA 服务器，除了标准的S7-1200CPU外，还包括S7-1200F系列CPU。

OPC UA 服务器组态通常与在 S7-1500 CPU 中的组态一样，功能范围和数量限值受所支持”Micro Embedded Device 2017 Server Profile”的限制。与 S7-1500 CPU 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）、Registered Read 和 Registered Write。

（2）客户端：

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

（四）S7-1200 OPC UA性能参数

S7-1200 OPC UA的性能参数，如下表所示：

（五）OPCSCOUT与S7-1200 OPC UA通讯

S7-1200 作为OPC UA 服务器，OPC SCOUT作为OPC UA客户端，S7-1200 CPU实现OPC UA 服务器的硬件和软件要求，如下表所示：

（A）激活S7-1200 OPC UA服务器并设置相关参数

（1）创建PLC站点并设置IP地址

使用 TIA STEP7 V16 软件，创建S7-1200 CPU版本为V4.4的站点，如图1所示：

图1.添加新设备

（2）为CPU分配子 以及IP地址，如图2所示：

图2.设置子 以及IP

（3）启动OPC UA服务器

进入”设备视图”，选中CPU，CPU属性 →OPC UA →服务器，勾选”激活OPC UA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OPC UA 服务器
b：服务器地址：用于客户端访问服务器，激活S7-1200的OPC UA服务器功能后，该OPC UA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 ”

（4）设置服务器相关参数

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

表2.S7-1200 OPC UA 选件设置

（5）Secure channel设置

仅当 OPC UA 服务器可向 OPC UA 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 →OPC UA →服务器 →Security →Secure channel，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.S7-1200 Secure channel设置

（6）用户身份验证

CPU属性 →OPC UA →服务器 →Security →用户身份验证，此参数可设置 OPC UA 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）。OPC UA 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）。OPC UA 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OPC UA 运行许可证

CPU属性 →运行系统许可证 →OPC UA →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：SIMATIC OPC UA S7-1200 Basic，如图5所示：

图5.设置OPC UA 运行许可证

（B）OPC UA服务器接口

标准的SIMATIC服务器接口不可用于S7-1200，必须使用”OPC UA 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OPC UA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，OPC UA 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”opc ua DATA”,并确保该DB 块的属性”数据从OPC UA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OPC UA 读写访问属性，如图8所示：

图8.设置各变量的OPC UA读写访问属性

（4）将OPC UA 元素连接至OPC UA 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，OPC UA 通信→服务器接口 →服务器接口_1 ),打开”OPC UA 服务器接口”对话框，将对话框右侧的OPC UA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OPC UA 元素连接至OPC UA 服务器接口

（六）使用OPC Scout V10测试与S7-1200的OPC UA通讯

下面使用SIMATIC NET自带OPC Client端软件OPC Scout V10客户端测试与S7-1200的OPC UA 通信，测试步骤如下描述。

（1）添加OPC UA Server站点

点击左下角的”Start”→”All Programs”→”Siemens Automation”→”SIMATIC”→”SIMATIC NET”→”OPC Scout V10″(或者直接在Start里搜索 OPC Scout V10)，启动OPC Scout V10。如图10所示：

图10.启动OPC Scout V10

（2）打开OPC Scout V10