OPC UA 是工業(yè) 4.0 下的的領(lǐng)先通信協(xié)議之一，是實(shí)現(xiàn)工廠設(shè)備數(shù)字化的必經(jīng)之路，也是當(dāng)前為跨平臺(tái)、跨廠家情況下獲取 PLC 數(shù)據(jù)的首選方法。工廠進(jìn)行智能聯(lián)網(wǎng)需要一種通用的平臺(tái)級(jí)語(yǔ)言，這正是 OPC UA 所提供的功能。

功能一、OPC UA 通信的改進(jìn)和增強(qiáng)

此次 S7-1200 PLC 固件更新增強(qiáng)了如下的 OPC UA 通信功能：

1.1 支持服務(wù)器方法調(diào)用

S7-1200 CPU 固件從 V4.5 版本開(kāi)始，TIA 博途從 V17 版本開(kāi)始，可以通過(guò)指令編程的方式提供 OPC UA 服務(wù)器方法（可以持續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，無(wú)需再進(jìn)行握手編程?？蛻?hù)端接收成功執(zhí)行的反饋以及方法返回值），OPC UA 服務(wù)器方法所需指令如圖1示。使用 OPC_UA_ServerMethodPre 查詢(xún)服務(wù)器方法調(diào)用，OPC_UA_ServerMethodPost 響應(yīng)服務(wù)器方法。

圖1. OPC UA 服務(wù)器

1.2 支持結(jié)構(gòu)化和數(shù)組數(shù)據(jù)類(lèi)型

S7-1200 CPU 固件 V4.5 版本開(kāi)始支持結(jié)構(gòu)化和數(shù)組數(shù)據(jù)類(lèi)型，服務(wù)器接口的配置如圖2所示。

圖2.支持結(jié)構(gòu)化和數(shù)組數(shù)據(jù)類(lèi)型

在 OPC UA 客戶(hù)端中也可以直接訪問(wèn)結(jié)構(gòu)化和數(shù)組數(shù)據(jù)類(lèi)型，如圖3所示，在UaExpert 客戶(hù)端的 Data Access View 中可以直接查看：

圖3. UaExpert 中直接查看結(jié)構(gòu)化和數(shù)組數(shù)據(jù)類(lèi)型

1.3 診斷功能

在 CPU 屬性中可以激活 OPC UA 診斷信息，在 CPU 的診斷緩沖區(qū)可以看到 OPC UA 相關(guān)事件發(fā)生時(shí)的診斷。在發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，可以更快地分析與 OPC UA 相關(guān)的信息。如圖4 所示，支持的診斷為：

a.狀態(tài)更改診斷

b.其它事件診斷

c.診斷匯總

圖4.OPC UA 診斷

1.4 提升了會(huì)話(huà)、訂閱、最大節(jié)點(diǎn)的數(shù)量

會(huì)話(huà)數(shù)由 5 個(gè)提升為 10個(gè)，訂閱數(shù)由 5 個(gè)提升為 50 個(gè)，最大節(jié)點(diǎn)數(shù)由 1000 個(gè)提升為 2000 個(gè)。

功能二、存儲(chǔ)卡中讀/寫(xiě)和刪除 ASCII 文件功能

S7-1200 V4.5 版本固件支持更加靈活的數(shù)據(jù)操作，可以通過(guò)集成的網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器進(jìn)行 ASCII 文件的操作。

首先可以使用 “FileReadC” 指令讀取存儲(chǔ)卡內(nèi) ASCII 文件的數(shù)據(jù)，通過(guò)輸入文件名和完整路徑可指定讀取的ASCII 文件。“FileWriteC” 指令將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到存儲(chǔ)卡 “UserFiles” 文件夾中的 ASCII 文件?！癋ileDelete” 指令，可以刪除存儲(chǔ)卡上的現(xiàn)有文件。指令調(diào)用位置如圖 5 所示。

圖5.文件處理指令

在 Web 服務(wù)器的文件瀏覽器中可以查看寫(xiě)入的 ASCII 文件，如圖 6 所示:

圖6.文件瀏覽器

功能三、查詢(xún) SIMATIC 存儲(chǔ)卡的信息

“GetSMCinfo”指令可檢索當(dāng)前所插入 SIMATIC 存儲(chǔ)卡的相關(guān)信息，Mode=0 時(shí)，讀取存儲(chǔ)卡的存儲(chǔ)容量，如圖 7 所示，讀取到的 24MB 存儲(chǔ)卡容量為 24756KB。Mode 為 1 時(shí)，讀取已用的存儲(chǔ)卡存儲(chǔ)容量。指令調(diào)用位置如圖 8 所示。

圖7. Mode=0，讀取存儲(chǔ)卡的容量

圖8.GetSMCinfo 指令

功能四、增強(qiáng)的 Web API 功能

PLC 內(nèi)置的網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器可以有效的顯示和進(jìn)行設(shè)備的數(shù)據(jù)交互。從 V4.5 固件起 S7-1200 CPU 提供了 Web API，作為供用戶(hù)讀取和寫(xiě)入過(guò)程數(shù)據(jù)的接口。具體 API 的使用方法請(qǐng)參見(jiàn)以下文檔：

SIMATIC S7-1500、SIMATIC 驅(qū)動(dòng)控制器、ET 200SP、ET 200pro Web 服務(wù)器

https://support.industry.siemens.com/cs/us/en/view/59193560/zh。

此外，還支持為 S7-1200 CPU 的 Web 服務(wù)器創(chuàng)建證書(shū)，如圖 9 所示。

圖9.Web 服務(wù)器的證書(shū)

功能五、MRP 的管理器功能

MRP（介質(zhì)冗余協(xié)議）是一種獨(dú)立于制造商的環(huán)網(wǎng)協(xié)議，作為 PROFINET的一部分，可以很容易地使用，而且不需要任何額外的成本。

MRP 環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

• 顯著提高了設(shè)備的可用性，因?yàn)閱蝹€(gè)設(shè)備的故障對(duì)通信沒(méi)有影響。
• 所需的維修工作可以在沒(méi)有任何時(shí)間壓力的情況下進(jìn)行，因?yàn)榫S修過(guò)程中工廠不需要停機(jī)。
• 在發(fā)生網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，可以進(jìn)行快速的網(wǎng)絡(luò)診斷并加快故障排除。
• 一旦發(fā)生故障，由于生產(chǎn)停頓而造成的成本就會(huì)降低。

使用 S7-1200 V4.5 和 TIA 博途 V17 時(shí)，以下 CPU 支持 MRP 功能，可作為 MRP 管理器和客戶(hù)端使用，如圖 10 所示。

• CPU 1215C
• CPU 1217C
• CPU 1215FC

圖10.選擇介質(zhì)冗余角色

功能六、支持組態(tài)的 TCP、ISO-on-TCP 和 UDP 通信

基于以太網(wǎng)的開(kāi)放式用戶(hù)通信（OUC- Open User Communicaton）包括 TCP、ISO-on-TCP 和 UDP 通信協(xié)議。OUC 可以便捷的把 PLC 與其他以太網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行聯(lián)接進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

網(wǎng)絡(luò)視圖中現(xiàn)在已經(jīng)支持組態(tài) TCP、ISO-on-TCP 和 UDP 連接，可以在“連接”選項(xiàng)卡查看已組態(tài)的連接，如圖 11 所示。在 CPU 啟動(dòng)時(shí) S7-1200 能夠與伙伴直接建立連接，對(duì)于組態(tài)的連接，無(wú)需運(yùn)行 TCON 指令及 T_DISCON 指令。

圖11.網(wǎng)絡(luò)視圖中組態(tài)TCP、ISO-on-TCP 和 UDP連接

可以使用“TCONSettings”指令讀取或指定如何終止 TCP 連接，如圖 12 所示，有兩種終止 TCP 連接的方式。

·TCP-Reset（默認(rèn)模式）: 固件版本小于 V4.5 的 S7-1200 CPU 中，將始終通過(guò) RST 復(fù)位直接終止 TCP 連接。相關(guān)資源將立即刪除并啟用。

·TCP-Finish：PLC 通過(guò)握手終止連接。

圖12.RST 和 FIN 方式終止 TCP 連接

如果將 TCP-Finish 設(shè)為終止連接的方式并隨后調(diào)用指令 “TDISCON”，則在指令的DONE=TRUE 后連接為關(guān)閉狀態(tài)，即連接 ID 再次可用。但是，在模塊的 TCP/IP 協(xié)議棧的較低層中，資源會(huì)占用一段時(shí)間，如果使用 TCP-Finish 刪除多個(gè)連接，并且在啟用資源的定時(shí)器到期之前使用 “TCONSettings” 或 “TCON” 保留或建立連接，則可能導(dǎo)致出現(xiàn)資源瓶頸。

功能七、改進(jìn)安全性

7.1 保護(hù)機(jī)密的 PLC 數(shù)據(jù)

“保護(hù)機(jī)密的 PLC 組態(tài)數(shù)據(jù)”功能可通過(guò)密碼保護(hù)項(xiàng)目中的組態(tài)數(shù)據(jù)，例如，證書(shū)，密鑰以及其它需保護(hù)的數(shù)據(jù)，如圖13所示。

圖13.保護(hù) PLC 組態(tài)數(shù)據(jù)

如果組態(tài)了機(jī)密 PLC 組態(tài)數(shù)據(jù)的保護(hù)，請(qǐng)注意以下信息：

a. 如果設(shè)備沒(méi)有此密碼，則 TIA 博途會(huì)在第一次下載時(shí)提示用戶(hù)輸入保護(hù)機(jī)密 PLC 組態(tài)數(shù)據(jù)的密碼，如圖 14 所示。

圖14.第一次下載輸入保護(hù)機(jī)密 PLC 組態(tài)數(shù)據(jù)的密碼

b. 如果設(shè)備已存在該保護(hù)密碼，STEP 7 項(xiàng)目和設(shè)備中的密碼必須匹配。如果密碼不匹配，則無(wú)法將項(xiàng)目下載到 CPU，如圖 15 所示?？梢栽谠诰€(xiàn)與診斷中設(shè)置或刪除設(shè)備的密碼，如圖16所示。

圖15.在線(xiàn) PLC 和項(xiàng)目中密碼不一致

圖16.在線(xiàn)和診斷中刪除或設(shè)置密碼

7.2 PG/PC 和 HMI 的通信模式

S7?1200 CPU V4.5 可實(shí)現(xiàn) PLC與 TIA 博途、SIMATIC Automation Tool 和 HMI 之間的安全通信。此實(shí)現(xiàn)基于標(biāo)準(zhǔn) TLS 1.3 (Transport Layer Security) 協(xié)議并支持用戶(hù)創(chuàng)建證書(shū)，如圖 17 所示。如果需要與不支持安全通信的設(shè)備進(jìn)行通信，需取消選擇 “僅支持安全 PG/PC 和 HMI 通信” 。

圖17. PG/PC 和 HMI 的通信模式

TIA 博途 V17 下的 S7-1200 V4.5 固件默認(rèn)采用最高級(jí)別的安全通信，但在調(diào)試期間，可通過(guò)從 “在線(xiàn)” 菜單中選擇 “僅使用傳統(tǒng)的 PG/PC 通信” ，使用傳統(tǒng) PG/PC 通信，如圖 18 所示。

圖18.僅使用傳統(tǒng)的PG/PC通信

7.3 增強(qiáng)的加密功能

S7-1200 CPU V4.5 改進(jìn)了訪問(wèn)級(jí)別密碼的存儲(chǔ)格式。將 S7-1200 CPU 升級(jí)為 V4.5 時(shí)，“更新密碼加密” 按鈕可升級(jí)現(xiàn)有訪問(wèn)級(jí)別密碼的存儲(chǔ)格式，如圖 19 所示。

圖19.更新密碼加密

功能八、通信連接資源和保持性存儲(chǔ)器的增加

自 TIA 博途 V17 起，V4.5 CPU 由 6 個(gè)動(dòng)態(tài)通信資源變?yōu)?34 個(gè)動(dòng)態(tài)通信資源，如圖 20 所示，但不同連接類(lèi)型有最大數(shù)量的限值，如圖 21 所示，需注意的是由于動(dòng)態(tài)連接是共享資源，因此無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)所有連接的最大數(shù)量。

圖20.動(dòng)態(tài)資源個(gè)數(shù)

圖21.不同連接資源的最大值

S7-1200 保持性存儲(chǔ)器是非易失性的工作存儲(chǔ)器。保持性存儲(chǔ)器的大小取決于所使用 CPU 的工作存儲(chǔ)器的大小。此次更新擴(kuò)展了保持性存儲(chǔ)區(qū)：由 10 KB 增加到14 KB 。