OPC UA-Server – CODESYS bereit für I4.0

Die OPC UA-Server Funktionalität in CODESYS spielt im Rahmen der Digitalisierung eine wichtige Rolle. Denn für Industrie 4.o und IoT (Internet of Things) ist die Vernetzung, vieler unterschiedlicher Systeme, eine Schlüsseltechnologie. Genau hier kann OPC UA mit einer standardisierten Verbindung, im industriellen Umfeld, die Daten aus Produktionsebene der Leit-/Unternehmensebene zur Verfügung stellen. Dabei verschwinden die Grenzen zwischen IT-Technologie und Produktionsebene und erfordern eine klare Kommunikationsstruktur. Hierzu bietet OPC UA als offener Standard genau die richtige Grundlage.

Funktionsumfang OPC UA-Server in CODESYS

Bereits mit der Standardinstallation der Control Win V3 erhaltet Ihr eine Soft-SPS mit einem OPC UA-Server. Wenn Ihr diesen in CODESYS aktiviert und euer Projekt auf die SPS überträgt, könnt ihr mit einem OPC UA-Client auf die freigegebenen Variablen der Steuerung zugreifen. Es ist sogar die Möglichkeit gegeben, den Zugriff auf die Variablen einzuschränken, und z.B. einzelne Variablen nur mit Lesefreigabe bereitzustellen.

Die Funktion des OPC UA-Server ist derzeit noch eingeschränkt, bietet aber die folgenden Funktionalitäten:

• Iteration über die verschiedenen „Nodes“ (hier Variablen) und Anzeige von Attributen. Z.B. IdentifierType zur Ermittlung des Datentyps oder des Variablen Bezeichners.
• Lese- und Schreibzugriff auf freigegebene Variablen
• Verschlüsselte Kommunikation (Basic256SHA256)
• OPC UA-Profil: Micro Embedded Device Server Profile – wird von der OPC Foundation als „deprecated“ beschrieben. Das Profil ist allerdings im CODESYS angegeben.
• Beschreibung/Bereitstellen der CODESYS Applikation (Software Revision, Manufacturer, Tasks) über OPC UA-Server.
• Event-Funktionalität mit Alarmliste bereitstellen (ob ein Event über eigenen CODE im IEC61131-3 ausgelöst werden kann ist mir leider noch nicht bekannt)
• Keine Einschränkung bzgl. der übertragenen Variablen oder der Sessions angegeben. Die Performance ist hier abhängig vom jeweiligen Endgerät (Zielsystem)

OPC UA-Server in CODESYS aktivieren

Beginnen wir mit den einzelnen Schritten, die für die Einrichtung des OPC UA-Server in CODESYS notwendig sind. Als aller erstes werden wir ein neues Projekt mit der Soft-SPS CODESYS Control Win V3 anlegen. Sollten hierzu noch Fragen bestehen könnt Ihr die einzelnen Schritte gerne hier nachlesen.

Variablen hinzufügen

Anschließend fügen wir eine globale Variablenliste hinzu. Darin werden wir alle Variablen deklarieren, die über OPC UA bereitgestellt werden sollen.

⇒ Wähle Applikation ⇒ Kontextmenü öffnen (Rechtsklick) ⇒ Objekt hinzufügen ⇒ Globale Variablenliste … ⇒ OK

Deklariert anschließend nun in dieser GVL einige Variablen (am besten verschiedene Datentypen) die Ihr über OPC UA bereitstellen wollt. Ich habe hier ein Beispiel für eine integer und eine string variable angefügt.

Als nächstes müssen wir in CODESYS die OPC UA-Funktionalität und die Bereitstellung der Variablen aktivieren. ⇒ Wähle Applikation ⇒ Kontextmenü öffnen (Rechtsklick) ⇒ Objekt hinzufügen ⇒ Symbolkonfiguration …

Im nachfolgenden Dialog (Symbolkonfiguration hinzufügen) müssen wir nun die OPC UA-Funktionalität aktivieren. Hierzu müsst Ihr einfach die passende Checkbox anklicken ⇒ Hinzufügen

Im Editor für die Symbolkonfiguration seht Ihr zunächst einmal… NICHTS. Bevor Ihr die Variablen für OPC UA freigeben könnt, müsst Ihr (wie im eingeblendeten Hinweis) einmal das Projekt erstellen (siehe blaue Markierung).

Anschließen könnt Ihr, wie im abgebildeten Dialog, einige Variablen selektieren und über die OPC UA-Server Funktionalität bereitstellen. Über einen Klick auf die Icons in der Spalte – Zugriffsrechte könnt Ihr einstellen ob die Variable nur gelesen werden kann, oder ob Lese- und Schreibzugriff erlaubt ist.

ANMERKUNG: Vermutlich werden die Variablen nicht mit der GVL in der Liste auftauchen. Hier werden nur Variablen gelistet, die in CODESYS auch verwendet werden. Dazu müsst ihr einfach im PLC_PRG „sInfoMsg;“ und „uiCycleCounter;“ schreiben oder die Variablen in einem Programm verwenden.

Projekt auf Steuerung übertragen

Als nächstes müssen wir CODESYS mitteilen welche SPS wir verwenden möchten. Hierzu Doppelklick auf den obersten Geräteknoten ⇒ Kommunikation ⇒ Netzwerk durchsuchen.

Nach dem auswählen der SPS, ist euer Projekt nun bereit für den Download zur Steuerung. Das Projekt beinhaltet nur die notwendigen Basis-Objekte die für ein fehlerfreies Übersetzen bzw. Kompilieren erforderlich sind. Startet nun das Übersetzten mit der F11 Taste oder im Menü unter ⇒ Erstellen ⇒ Übersetzten. Anschließend ⇒ Online ⇒ Einloggen um den Download zur SPS zu starten.

Variablenzugriff mit OPC UA-Client (UaExpert)

Zum Testen benötigen wir nun einen OPC UA-Client. Ich empfehle euch den UaExpert. Das ist ein frei verfügbarer Client, der aus dem Internet (Download) heruntergeladen werden kann. Damit konnte ich erfolgreich eine Verbindung zu meinem OPC UA-Server meiner Control Win V3 herstellen.

Was sind die notwendigen Schritte? ⇒ UaExpert starten. Wenn Ihr das Programm zum ersten Mal ausführt, seht Ihr wahrscheinlich, folgende Meldung:

Hier werdet Ihr aufgefordert einmalig ein Zertifikat für die UaExpert Instanz zu erstellen. Dazu müsst Ihr einfach (wie im nachfolgenden Screenshot) die Felder ausfüllen und bestätigen.

Wenn der Vorgang erfolgreich abgeschlossen wurde, erscheint das Hauptfenster von UaExpert. Darin werden wir nun die Verbindung zum OPC UA-Server in unserer CODESYS SPS konfigurieren.

Hier zu gehen wir wie folgt vor: Server ⇒ Add⇒ wechselt im Dialog auf den Reiter „Advanced“ und gebt die URL zum Server ein ⇒ opc.tcp://localhost:4840 (hier der localhost, da die Soft-SPS auf dem gleichen PC ausgeführt wird)

Anschließens müsst Ihr im Projektbaum den Server anwählen ⇒ Projekt ⇒ Servers ⇒ CODESYS-BLOG und dann im Menü oben ⇒ Server verbinden. Falls die Verbindung erfolgreich hergestellt werden konnte könnt Ihr, analog zum nächsten screenshot, den Projektbaum öffnen und eure Variablen aus CODESYS selektieren. Indem Ihr die Variable per Drag and Drop in den Bereich „Data Access View“ (Hauptfenster) verschiebt könnt Ihr den aktuellen Variablenwert online ansehen. Ändern könnt Ihr den Variablenwert durch doppelklicken auf das Feld „Value“.

Für all diejenigen unter euch die noch mehr Informationen erhalten wollen empfiehlt es sich einen Blick in die Attribute der Variable zu werfen. Hier könnt Ihr noch deutlich mehr Details ermitteln. Unter anderem den „Identifier“. Dieser ist nützlich, wenn ihr z.B. von einem anderen Client, auf CLI Basis zugreifen wollt.

Fazit

Mit OPC UA implementiert CODESYS einen offenen Standard der für die Digitalisierung eine optimale Grundlage darstellt. Denn im Rahmen der Digitalisierung spielt die Plattformübergreifende Vernetzung und Kommunikation der verschiedensten Komponenten eine Schlüsselrolle.

Genauso wichtig, wie das Übertragungsverfahren, ist allerdings die semantische Beschreibung der Daten. Das interpretieren der Daten, muss aufgrund der vielen unterschiedlichen Hersteller, ebenfalls klar geregelt werden. Hierzu gibt es im OPC UA Standard sogenannte Profile welche mit Metadaten genau diese Herstellerübergreifende Kommunikation unterstützen. Beide Kommunikationspartner erhalten über OPC UA, neben den Datenwerten, genauso die semantischen Informationen über die Bausteine bzw. die Architektur.

Das Thema Datensicherheit wird meistens unterschätzt. Eine sichere Übertragung ist aber gerade bei stark vernetzten Anlagen eine zwingende Anforderung. Gerade wenn das System über das Internet Daten austauscht gewinnt das Thema Datensicherheit eine enorme Bedeutung. Eine Arbeitsgruppe der OPC Foundation, unter Leitung des Frauenhofer IEM, hat zu den verschiedenen Sicherheitskonzepten ein Whitepaper erstellt. Die Handlungsempfehlung liefert Richtlinien für die sichere Konfiguration und die sichere Verwendung von OPC UA im industriellen Umfeld. Die übersichtliche Broschüre ist knapp und präzise geschrieben, um vielbeschäftigten Lesern schnell und einfach zu beschreiben, welche Möglichkeiten die OPC UA Sicherheitskonzepte bieten und wie man sie sinnvoll einsetzt. Das Dokument ist hier in englischer Sprache verfügbar.