Wie man OPC-UA mit einem Windows-Client nutzen kann

Die Industrie wächst und wird immer digitaler, daher müssen auch immer mehr Daten zwischen Maschinen und Anlagen ausgetauscht werden. Hard- und Software müssen also enger zusammenarbeiten, um Industrieanlagen direkt überwachen zu können.

OPC-UA ist ein Industrieprotokoll, die Abkürzung steht für Open Platform Communications. Die erste Version erschien im Herbst 2006 und wurde seitdem ständig überarbeitet und erweitert. Das UA steht für Unified Architecture, was die neuste Spezifikation von OPC ist.

Bei der Vernetzung von Maschinen und Industrieanlagen können immer wieder Probleme auftreten, beispielsweise durch unterschiedliche und inkompatible Schnittstellen der Maschinen. Viele Hersteller und Softwareanbieter nutzen eigene, sogenannte „proprietäre“ Protokolle. Die Folge: Keine oder nur eingeschränkte Kompatibilität, Sicherheitsrisiken und hohe Folgekosten.

Mit OPC-UA ist damit endlich Schluss. Dank des Industriestandards ist es möglich, Maschinendaten durchgängig sicher und ohne Brüche zu verwenden. Es ist also ein Standard zur Kommunikation unter Maschinen, aber auch zwischen Maschinen und PCs bzw. Servern. Der Industriestandard verbindet die Produktion mit der IT-Welt. Datenbanken, ERP-Systeme und andere IT-Systeme können endlich sicher und einfach angebunden werden.

Das Industrieprotokoll hat sich also auf breiter Front durchgesetzt: Viele bekannte Unternehmen nutzen den Daten-Standard. Doch was ist so gut daran?

Wie Sie sehen, bietet das Kommunikationsprotokoll nützliche Funktionen, um Maschinendaten besser und sicherer zu nutzen. Aber welche Daten stecken überhaupt in der Steuerung einer Maschine? Typischerweise sind diese wertvollen Daten in Maschinen und Anlagen zu finden:

Hinweis: OPC-UA ist nicht die einzige Möglichkeit, Maschinendaten zu nutzen. In dem Artikel „SPS-PC Datenaustausch: Ohne OPC-Server?“ haben wir den Industrie-Standard mit einer Alternative verglichen.

Die Grundvoraussetzung für die Nutzung ist ein auf dem Internetprotokoll (IP) basierendes Netzwerk. Das ist mit der üblichen Ethernet-Technik und damit auch Profinet der Fall. Zusätzlich benötigt man natürlich eine Maschine oder Anlage mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS).

Alle modernen Siemens-S7-Steuerungen unterstützen die Architektur, doch welche Steuerungen können Sie verwenden? Wir empfehlen Ihnen eine Siemens S7-1500, alternativ können Sie auch eine S7-1200 (mit Einschränkungen) oder eine ET 200 verwenden. Mehr dazu weiter unten im Artikel.

Die Kommunikation basiert auf dem Client-Server-Prinzip. Mit einem installierten OPC-Client kann eine Verbindung zu einem OPC-Server aufgebaut werden. In diesem Beispiel nutzen wir die DataSuite-Software auf einem PC als OPC-UA-Client. Die SPS fungiert als OPC-UA-Server.

Das wird benötigt:

Wie Sie sehen, brauchen Sie nicht viel, um das Kommunikationsprotokoll nutzen zu können. Als Client verwenden wir die DataSuite-Software. Eine kostenlose 30-Tage-Testversion finden Sie hier: DataSuite-Testversion

Im nächsten Schritt erfahren Sie, wie man die Konfiguration in TIA-Portal vornimmt.

Um das Kommunikationsprotokoll mit einer Siemens S7 nutzen zu können, müssen Sie es zunächst konfigurieren. Das ist aber denkbar einfach. Hier bekommen Sie es Schritt für Schritt erklärt.

Bei der Kommunikation fungiert die SPS als OPC-UA-Server. Diesen müssen Sie zuerst in Ihrer Steuerung aktivieren. Um Variablen mit einem Client lesen und schreiben zu können, müssen Sie zunächst eine Server-Schnittstelle im TIA-Portal einrichten.

Zur Aktivierung des Servers der SPS wird eine Runtime-Lizenz von Siemens benötigt. Die genaue Lizenz ist abhängig von Ihrer Steuerung. Im oberen Feld steht die benötigte Lizenz, während man im unteren Feld die jeweilige Lizenz auswählt.

Die Kommunikation mit Steuerungen des Typs S7-1200 unterscheidet sich von den S7-1500-Steuerungen. Um Variablen verwenden zu können, müssen Sie in der S7-1200 zuvor entsprechende Server-Schnittstellen anlegen.

Um eine OPC-UA-Verbindung zu Ihrer SPS herzustellen, müssen Sie einige Einstellungen in der SPS vornehmen.

Öffnen Sie dazu die Einstellungen der SPS und wählen den Punkt OPC-UA aus. Dort können Sie den OPC-UA-Server und die Standard-SIMATIC-Server-Schnittstelle aktivieren. Darunter können Sie den Port der Verbindung ändern (Standard: 4840).

Im Menüpunkt Security finden Sie die von der SPS angebotenen Endpunkte. Diese unterscheiden sich in den jeweiligen Sicherheitseinstellungen. Deaktivieren Sie hier die nicht benötigten Endpunkte. Wir empfehlen Ihnen die Verwendung einer signierten und verschlüsselten Verbindung.

Nun sollte Ihre SPS als OPC-Server einsatzbereit sein. Im nächsten Schritt erklären wir Ihnen, wie man den OPC-UA-Client (DataSuite) konfiguriert.

Jetzt benötigen Sie einen PC oder eine virtuelle Maschine mit installierter DataSuite-Software. Haben Sie den OPC-UA-Server wie oben beschrieben aktiviert, können Sie mithilfe der DataSuite eine OPC-UA-Verbindung zu Ihrer S7-SPS herstellen.

Um eine neue SPS-Verbindung in der Software anzulegen, wählen Sie links im Menü den Punkt „Steuerungen“ aus. Dort finden Sie den [MB] Simulator zum Testen, in unserem Fall wollen wir aber eine echte SPS-Verbindung einrichten. Daher bitte „Neue SPS erstellen“ auswählen und anschließend den Verbindungstyp „OPC-UA“ wählen.

Danach gelangen Sie automatisch zur Konfiguration der OPC-UA-Verbindung. Dort können Sie verschiedene Sicherheitsprofile wählen und einen Benutzernamen mit Passwort einstellen, welche Sie zuvor in TIA festgelegt haben.

Jetzt noch die Verbindung testen mit dem dafür vorgesehenen Schalter und anschließend speichern. Nun können Sie Variablen importieren und nach Belieben im gesamten Programm nutzen.

Aber was nun mit den Daten bzw. Variablen anfangen? In diesem Beispiel speichern wir sie in einer Excel-Datei als Protokoll. Lesen Sie in unserem Artikel „So einfach gehts: Excel-Dateien mit der Siemens S7 schreiben“, wie Sie diese OPC-Daten einfach für Excel-Dateien nutzen können.

Das Ergebnis könnte so aussehen: Ein Temperaturverlauf in Excel per OPC-UA aus einer Siemens S7-SPS:

Viele weitere Informationen und Einstellmöglichkeiten finden Sie im Handbuch der DataSuite-Software, welches im Download enthalten ist. Dort sind detailreiche Anleitungen mit Screenshots zu finden.

Weitere Infos und Hilfestellung kostenlos von unserem Support-Team:

Telefon: +49 2742 72927 80
E-Mail: support@mb-datasuite.com