S7-1200 OPC UA 服务器配置方法

1 S7-1200 OPC UA 服务器方法概述

OPC UA 方法是“远程过程调用”的实现，为不同通信节点之间的交互提供了有效机制。该机制提供作业确认和反馈值，因此用户无需再编程握手机制。

通常，OPC UA 方法的工作原理与运行系统中由外部 OPC UA 客户端调用的受专 有技术保护函数块的原理类似。OPC UA 客户端仅“监视”已定义的输入和输出。函数块、方法或算法的内容对 OPC UA客户端不可见。OPC UA 客户端接收成功执行的反馈以及函数块（方法）返回的值；如果执行不成功，则收到错误消息。

S7-1200 CPU固件从V4.5版本开始， TIA Portal从V17版本开始，可以通过指令编程的方式提供OPC UA服务器方法，OPC UA 服务器方法指令如图1所示。

图1 .OPC UA 服务器方法指令

OPC UA 服务器方法的指令编程、程序调用以及客户端调用方法后执行过程，如图2所示。

图2.编程、调用及执行过程

OPC UA 客户端向OPC UA 服务器调用服务器方法。

S7-1200 中的OPC UA 服务器，需要分别跟OPC UA客户端和S7-1200的OPC UA 服务器方法指令交互信息。交互的信息包含命令、状态及服务器方法的输入/输出参数等。

S7-1200要实现OPC UA服务器方法功能，需要在FB块中编程。在FB中以多重背景或者参数实例的方式，按照先后顺序分别调用OPC_UA_ServerMethodPre和OPC_UA_ServerMethodPost指令。在前述两个指令中间，编写要实现的某些功能或者算法。在FB块的静态变量中定义服务器方法的输入和输出参数。OPC_UA_ServerMethodPre用于向OPC UA 服务器查询OPC UA 客户端是否已经调用服务器方法。如果已经调用方法，并且服务器方法具有输入输出参数，服务器方法会收到来自客户端上输入的输入参数。使用OPC_UA_ServerMethodPost参数通知指令，通知OPC UA服务器方法是否已经调用完成。如果用户程序已经成功执行，通过相关参数通知OPC UA 服务器。OPC UA 服务器会将方法的输出参数发送到OPC UA 客户端。

编写好的OPC UA 服务器方法FB块需要在程序OB中调用，可以是同一个服务器方法FB在程序OB中调用多次；也可以是在程序OB中分别调用不同的服务器方法FB。在程序OB中调用的服务器方法FB块的背景数据块的数量是服务器方法的数量。

S7-1200 OPC UA服务器功能使用及限制条件：

⑴OPC_UA_ServerMethodPre和OPC_UA_ServerMethodPost指令仅能在FB块中调用，实例可以选择多重背景或者参数实例。

⑵OPC_UA_ServerMethodPre和OPC_UA_ServerMethodPost需要按照顺序进行调用，OPC_UA_ServerMethodPre在前，OPC_UA_ServerMethodPost在后。

⑶在FB块中调用OPC_UA_ServerMethodPre和OPC_UA_ServerMethodPost指令生成的背景数据块名称不要进行修改。

⑷如果OPC UA 服务器方法中包含输入/输出参数，输入和输出参数的名称严格按照UAMethod_InParameters和UAMethod_OutParameters定义，不要进行修改。

⑸OPC UA 服务器方法的输入输出参数数据类型可以使用STRUCT或者UDT（用户自定义的PLC数据类型）。

⑹方法的输入输出参数定义可以使用的数据类型可以参考表1所示边界条件。

表1.边界条件

2 S7-1200 OPC UA 服务器方法实例

下文以具体实例说明，S7-1200如何使用OPC UA服务器方法功能以及在使用过程中需要注意的事项。

2.1 任务目标、所用硬件和软件

实现功能：

1200 作为OPC UA 服务器，通过指令编程提供服务器方法；

UA Expert作为OPC UA 客户端调用服务器方法；

当变量B0为1的时候，服务器方法的输入参数传送给服务器方法的输出参数；

当变量B0为0的时候，服务器方法的输入输出不进行传送，报错16#ffffffff。

实例中所用硬件及软件如表3所示:

表3.硬件及软件

2.2 硬件组态

⑴创建新项目，添加CPU1215 DC/DC/DC V4.5的CPU。在弹出的PLC 安全设置中进行组态设置。此实例分别将保护机密的PLC数据设置为禁用；将PG/PC和HMI的通信模式设置为支持传送的和安全的PG/PC通信；PLC访问保护设置为完全访问权限，如图3所示。

图3.PLC安全设置

⑵在CPU属性中的以太网地址属性中，添加新子网PN/IE_1，设置IP地址为192.168.0.125，设置子网掩码为255.255.255.0。如图4所示。

图4.设置以太网地址

⑶在CPU 属性>OPC UA>服务器，访问服务器中，勾选复选框激活OPC UA服务器；在选件>常规中设置端口号，按照默认设置为4840，由此设置产生的URL为OPC.TCP://192.168.0.125:4840，如图5所示。

其他OPC UA 服务器属性，保持默认设置不变。

图5.激活OPC UA服务器并设置端口号

⑷CPU属性>运行系统许可证>OPC UA 中，购买的许可证为SIMATIC OPC UA S7-1200 basic，如图6所示。

图6.设置运行系统许可证

2.3 软件编程

⑴添加添加PLC数据类型，用于服务器方法的输入和输出参数的数据类型，如图7所示。

图7.定义DATA_TYPE数据类型

⑵添加FB1命名为Method_FB，在其中先后调用OPC_UA_ServerMethodPre和OPC_UA_ServerMethodPost，生成背景数据块时要选择多重背景。添加服务器方法的输入输出参数名称必须为UAMethod_INParmeters和 UAMethod_OUTParameters，数据类型为创建好的PLC数据类型“DATA_TYPE”。在静态变量区域中添加中间变量，FB1块接口区定义如图8所示。

图8.Method_FB接口定义

⑶ OPC UA 服务器方法软件编程可以使用LAD、FBD及SCL编程，本实例中使用SCL语言编程。编程时，以CASE OF语句构成程序的主要框架，通过修改CASE语句表达式step的数值转至不同位置执行程序，如图9所示。

图9. Method_FB编程

下边详细说明图9中实现的功能：

step为0：执行OPC_UA_ServerMethodPre指令，如果该指令执行出错，则step赋值为100，不执行中间程序；如果该指令执行完成Done=true且called=true，则将step赋值为1。

step为1：实现主要的功能，B0等于1时，将UAMethod_INParmeters赋值给UAMethod_OUTParameters，同时将post_result赋值为0；B0等于0时，post_result赋值为16#ffffffff。最后将post_finished置位为1，step赋值为2。

step为2：执行OPC_UA_ServerMethodPost指令，如果该指令执行出错，则step赋值为100且post_result赋值为16#ffffffff；如果该指令执行完成Done=true，则将post_finished复位为0，并且将step赋值为0。

step为100：当任意一个服务器指令执行出错时程序到此标号中执行，当reset为1时， post_result赋值为0，将step赋值为0，回到CASE OF 的第一个标号中执行程序。

此种编程结构及思路可供日后编程参考使用，在step为1处编写要实现的功能。实现的功能可以是同步执行的也可以是异步执行的，所谓异步即需要多个扫描周期才可以执行完成。当功能执行完成后，再修改step的数值，程序转至其余步骤执行。

⑷在OB1中调用编写的FB1生成背景数据块并且在项目树中添加服务器接口，如图10所示。

图10.添加服务器接口

⑸添加OPC UA 服务器接口，并且从OPC UA 元素中将Method_FB_DB向左拖放至服务器接口中，如图11所示。

图11.服务器接口中添加服务器方法

⑹对项目进行编译，将项目整体下载至CPU中。

2.4 UA Expert连接S7-1200 OPC UA 服务器

⑴打开OPC UA客户端软件 UA EXPERT，添加服务器，在发现服务器中双击Double click to Add Server以添加服务器，在URL中输入192.168.0.125:4840，如图12所示。

图12.输入URL发现服务器

⑵由于在S7-1200 CPU属性中勾选了无安全设置的安全策略，用户身份认证按照默认设置的是访客认证，所以，展开找到的OPC UA 服务器，选则None-None，选择Anonymous，如图13所示。

图13.选择无安全设置的服务器

⑶S7-1200 OPC UA Server添加成功后，工具栏中点击连接服务器，如图14中红色方框所示。

图14.连接服务器

⑷在建立通信连接前，通信双方要进行证书的验证，由于事先没有进行相关安全通信证书的导入/导出的工作，在首次连接时，会弹出对话框，在对话框中点击 Trust Server Certificate，然后再点击Continue，如图15所示。

图15.信任服务器证书

2.5 调用服务器方法

⑴在Address Space（命名空间）中浏览到ServerInterfaces>服务器接口_1>Method_FB_DB，选择服务器方法，鼠标右键点击call，如图16所示。

图16.调用服务器方法

⑵弹出的对话框中，将输入参数的B0设置为false，B1设置为10，点击call，显示调用结果失败，并且有报错16#ffffffff，输出的参数中B1还是等于0，没有实现输入参数向输出参数的传递，如图17所示。

图17.服务器方法调用失败

⑶在对话框中，将输入参数的B0设置为true，B1设置为10，点击call，显示调用成功，输出的参数中B0和输入参数的B0一样为True且输出参数中的B1等于输入参数B1等于10，实现了输入参数向输出参数的传递，如图18所示。

图18.服务器方法调用成功