OPC-UA Kommunikation Digitalization Days 2017

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1 OPC-UA Kommunikation Digitalization Days 2017 siemens.com/tia-portal

2 Agenda 1 Einleitung OPC UA Kommunikation 2 Live-Demo 3 Tips & Tricks Seite2

3 TIA Portal V14 Die Lösung für noch mehr Automatisierungsaufgaben! Eine gemeinsame Datenhaltung Totally Integrated Automation Portal Gemeinsames Datenmanagement WinCC STEP 7 Startdrive HMI IPC Controller Distributed I/O Motion Control Drives Einheitliches und durchgängiges Bedienkonzept Gemeinsame, zentrale Dienste Security Integrated Safety Integrated Diagnose Energiemanagement PROFINET Seite3

4 Die offene Standardschnittstelle zur einfachen und sicheren Anbindung beliebiger Fremdgeräte an die SIMATIC S OPC-UA Server Data Access MindSphere Anbindung beliebiger Fremdgeräte an die S Symbolischer Zugriff auf optimierte und absolut adressierte Daten Server Data Access Integrierte Security (Authentifizierung, signierte & verschlüsselte Kommunikation) S7-1500, 1500S, 1500T ET 200SP CPU, PLCSIM Adv. Online Browse und offline Engineering Seite4

5 Interoperabilität Durch PROFINET und OPC-UA Managementebene Bedienerebene ERP MES Interoperability Standards TM Applikation von Drittanbietern Steuerungsebene SCADA Interoperability PLC HMI Feldebene Interoperability Offenheit Sensors Actors Perfekte Interoperabilität über alle Automatisierungsebenen hinweg durch Offenheit und Normen Seite5

6 Die offene Systemlösung Mit OPC-UA und PROFINET Stärken OPC-UA Stärken PROFINET Herstellerunabhängig Cloud Deterministisch Direkte Geräteanbindung über alle Ebenen Authentifizierung und Verschlüsselung Semantische Dienste OPC-UA Interface Management- Ebene Bediener- Ebene Steuerungs- Ebene PROFINET Real-Time fähig Echtzeit C2C- Kommunikation Standardisierte Profile Vorteile in der Datenund Managementebene Feld- Ebene Vorteile in der Steuerungsund Maschinenebene Seite6

7 Transparent Operation Usecase 1 Einfache Integration an Fremd-Anwendungen Anwendung 1 Anwendung 2 Offenheit mit OPC-UA in der S Sicherheit OEM Einfache Parametrierung im TIA Portal V14 Seite7

8 Transparent Operation Usecase 2 Einfache Erweiterung/Nutzung des PROFINET-Netzwerks Offenheit keine zusätzlichen Gateways Anwendung 1 Anwendung 2 Skalierbar und durchgängig direkte Anbindung über alle Ebenen (z.b. an ERP-Systeme) OEM Flexibilität Parallelbetrieb auf dem bestehenden PROFINET Netzwerk Seite8

9 Transparent Operation Usecase 3 Einfache Anbindung von SCADA und Fremdsystemen SIMATIC IT Herstellerunabhängig HMI WinCC Einfache vertikale Kommunikation OEM 1 OEM 2 OEM 3 Symbolische Adressierung 3 rd party Seite9

10 Offener Standard OPC-UA Einfach, standardisiert und symbolisch SPS-Daten lesen und schreiben Einfachstes Setup Aktivieren des OPC UA Servers in den SPS Einstellungen Bestätigen, dass die richtige Lizenz erworben wurde Freigabe der Variablen mittels Checkboxen im Editor Symbolischer Zugriff über OPC-UA OPC-UA Client Schreibzugriff möglich Zugriff möglich Value Individuelle Freigabe Zugriffsmöglichkeiten auf Variablen über OPC-UA lassen sich je Variable festlegen Vererbung der Zugriffsrechte Anhand der bekannten Step7 Mechanismen Zugriffsmöglichkeiten Auf einzelne Variablen sowie auf Arrays und Strukturen als Ganzes Performance Zugriff auf Arrays und Strukturen als Ganzes für optimale Performance Seite 10

11 Offener Standard OPC-UA XML-Export zur offline Projektierung von OPC-UA Clients OPC-UA XML-Export direkt aus dem TIA Portal Clients können offline ohne vorhandene SPS projektiert werden Projektierung im TIA Portal XML-Export Projektierung 3 rd Party Durch OPC Foundation standardisierte XML-Export Datei Download Openness API Download Export auch mittels Openness API möglich zur direkten Einbindung in Fremd-Engineering Zugriff auf Daten Seite 11

12 Offener Standard OPC-UA Security ist integraler Bestandteil von OPC-UA Workflow Resultat 1 2 Exportieren des OPC UA Server Zertifikats aus dem TIA Portal und Import in Fremd-Engineering Import des OPC-UA Client Zertifikats in das TIA Portal Offline Zertifikate-Tausch X.509 X.509 Bewährte Technik Analog gängiger Verfahren wie TLS 2 stufiges Konzept Applikations- und Benutzerauthentifizierung Use Case spezifisch Mehrere Security Policies gleichzeitig parallel betreibbar 3 4 Hinzufügen des OPC-UA Client-Zertifikats zur»trust-list«zusätzlich auch Benutzerauthentifizierung mit Benutzername und Passwort möglich None 128bit 256bit Performance Unverschlüsselte Kommunikation möglich für maximale Performance Seite 12

13 Offener Standard OPC-UA Lizenzen für die SIMATIC S PLC-Typ ET 200SP CPU bis CPU-1513 (F)/CPU1505S CPU-1515/ CPU-1516 (F)/CPU1507S CPU-1517/ CPU-1518(F) Benötigte Lizenz Small Medium Large Kosten für Kunden Einfaches Lizenzkonzept mit eigenen MLFBs je nach PLC-Leistungsklasse Seite 13

14 SIMATIC S OPC-UA DA Server Voraussetzungen Voraussetzungen Verfügbarkeit 1 Engineering TIA Portal V14 Advanced Controller SIMATIC S Distributed Controller Software Controller 2 Hardware ab FW 2.0 SIMATIC ET 200SP SIMATIC S Erreichbarkeit des OPC-UA Servers Alle interne Schnittstellen einer CPU Seite 14

15 OPC-UA Siemens Portfolio Cloud Management SIMATIC IT Manufacturing Execution System Totally Integrated Automation Bediener Totally Integrated Automation Portal SCADA-System Energiemanagement Steuerung Engineering-Framework Steuerung HMI IPC Kommunikation Motion Control CNC OPC-UA Interface WinCC V7 RT WinCC OA RT WinCC Professional RT SIMATIC NET SIMATIC Energy Manager PRO S Basic/Comfort Panel WinCC Advanced RT, WinAC OPC-UA Client CP443-1 SINUMERIK Feld Stromversorgung Industrial Identification Distributed I/O Motion Control Industrial Controls Softstarter SIMOCODE pro PN Telecontrol Server Basic SIMATIC RF600 Seite 15

16 Übergreifende Kommunikation mit OPC UA Einfache Anbindung von HMI und SCADA: HMI TIA WinCC V14 WinCC Comfort Panel mit OPC UA Server / Client Comfort Panel Adv. / Prof. V7.4 TIA WinCC Adv. und Prof. mit OPC UA Server / Client WinCC V7.4 mit OPC UA Server / Client S S S Anlage 1 Anlage 2 Anlage 3 Seite 16 Security?

17 OPC-UA Kommunikation Live Demo S mit OPC-UA Seite 17

18 Live-Demo Konfiguration 1 Einrichten OPC UA Server TIA Portal V14 UA-Client 2 Client UA-Expert (Unified Automation) S SCADA als Client TIA WinCC V14 Advaced None Ohne Zertifikate Server TIA WinCC Seite 18 Client

19 OPC-UA Kommunikation Tips & Tricks S OPC-UA Seite 19

20 Kommunikation Automatisierung und IT-Welt SPS Programmierer»Ich stelle nur die Daten zur Verfügung«OPC-UA Client Programmierer»Ich hole nur die Daten«Wie viele Clients greifen zu? Welche Daten werden ausgetauscht? Anzahl der Daten? Wie schnell muss der Datenaustausch sein? Welche Zugriffsarten verwende ich? Zugriffsart vom Client Performance Mengengerüst Seite 20

21 Kommunikation OPC-UA Grundprinzip und Begriffe OPC-UA Client OPC-UA Server Application Layer User Authorization User Authentication Session Application Layer User Authorization User Authentication OPC Client (Request) Communication Layer Confidentiality Communication Layer Confidentiality OPC Server (Response) OPC Client (Request) Integrity App Authentication Secure Channel Integrity App Authentication OPC Client (Request) Transport Layer Seite 21

22 Zugriffsarten von einem OPC-UA Client Empfehlung der Zugriffsart auf S OPC-UA Server Einzelner oder seltener Zugriff auf Daten Read/Write Subscription Registered Read/Write Zyklische lesen der Daten ( 5s) SCADA/Monitoring Schneller Zugriff auf Daten Seite 22

23 Zugriffsart»Subscription«Subscription OPC-UA Server Subscribe mydb.myarray Sampling=Xms,Publishing=Yms mydb.myarray= DB1.myArray= Publishing DB1.myArray Sampling Reduzierung der Kommunikationslast Daten werden abonniert (subscribed) Übertragung nur bei Datenänderung DB1.myArray Use case: z.b. HMI oder SCADA Schreibzugriff wird durch Anweisung (Write) realisiert Seite 23

24 Zugriffsart»Subscription«Sampling and Publishing Intervalle werden vom Client festgelegt Bei zu kurze Intervallen wird die Kommunikationslast drastisch erhöht In den SPS-Eigenschaften können die Intervalle begrenzt werden Schutz gegen schlechte Client Programmierer Zeit: Wertänderung neuer Wert an Client Zeit: Vergleich bisheriger Wert in SPS Seite 24

25 Performance Wenn möglich immer Arrays und Strukturen verwenden! SPS Programmierer Immer wenn möglich Daten strukturieren 1. Arrays 2. Strukturen 3. Einzelne Variablen Grafik zeigt Tendenzen, genaue Werte sind abhängig von mehreren Faktoren! Faktor Faktor 2 3 OPC-UA Client Programmierer Arrays und Strukturen als Ganzes lesen! OPC-UA»Registered Read«verwenden bei wiederkehrenden Zugriffen Einzelzugriff 1000 Real Eine Struktur mit 1000 Real Ein Array mit 1000 Real OPC UA Read OPC UA Registered Read Seite 25

26 Mengengerüst Server Limits Allgemeine Server Limits CPU-Type ET 200SP CPU up to CPU-1513 (F) CPU-1515/ CPU-1516 (F) CPU-1517/ CPU-1518(F/T) Anzahl Session Maximale Anzahl von Items/Request 1000 Seite 26

27 Performance Einige Hinweise Empfohlene Anzahl von»items«( 1s sampling, 1s publishing) Erinnerung Verwendung von Arrays und UDTs für maximale Performance! Performance Steigerung grösser Faktor 100 Notwendig für Massendaten CPU-Type Empfohlene Gesamtanzahl von»items«kommunikationsbelastung während»sampling«(ohne publishing) ET 200SP CPU up to CPU-1513 CPU-1515/ CPU-1516 CPU-1517/ CPU % 14% 10% FW Limits (alle CPUs) items/subscription 1000 items/request 20 subscriptions/session Seite 27

28 Industry Online Support Anwendungsbeispiel 1 OPC UA.NET Client für den SIMATIC S OPC-UA Server Seite 28

29 Industry Online Support Anwendungsbeispiel 2 Wie erhalte ich die OPC-UA Variablen-Nodes der PLC-Variablen eines S OPC-UA Servers, um sie offline in einem OPC-UA Client zu adressieren? Seite 29

30 Industry Online Support S OPC-UA Handbuch Seite 30

31 OPC-UA Zusammengefasst OPC-UA ist einer der wichtigsten Standards für plattformübergreifende Kommunikation Einfache Konfiguration im TIA Portal V14»In drei Schritten zur Basic Konfiguration«PROFINET & OPC-UA (DA Server) ergänzen sich gegenseitig Seite 31

32 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Todorovic Dejan Produkt Manager RC-CH DF FA Siemens Schweiz AG Freilagerstrasse Zürich siemens.com Seite 32

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