如何使用SIMATIC NET實現OPC UA冗余服務器的通信

1 簡介
OPC就是OLE (Object Linking and Embedding) for Process Control，是獨立于設備供應商的軟件接口，它能夠在來源于不同的設備供應商的硬件和軟件之間交換數據。
SIMATIC NET軟件提供西門子工業自動化產品的OPC軟件接口，包括OPC DA (Data Access)、OPC A&E(Alarm & Event)、OPC XML (eXtensible Markup Language)等，如圖1所示。

圖1

1.1 OPC UA
OPC UA (Unified Architecture)是OPC基金會近年來建立并推廣的新的OPC標準，它將OPC DA、OPC A&E、OPC HAD (Historian Data Access)和OPC XML DA等整合在一起，提供了新的基于TCP、安全、強大和標準化的通信協議。
相對于傳統的基于COM/DCOM的OPC標準，OPC UA具備以下優勢：
? 將不同的OPC標準整合為統一的接口，簡化了客戶機應用程序的開發
? 實現跨平臺通信  代理西門子模擬器模塊6ES7374-2XH01-0AA0
? 獨立于DCOM，簡化了防火墻等安全設置
? 基于認證的授權模式，實現數據的高安全性

1.2 SIMATIC NET和OPC UA冗余
從SIMATIC NET V8.1開始，可以實現OPC UA客戶機對OPC UA冗余服務器的透明訪問。網絡架構如圖2所示。

圖2

? 兩個OPC UA服務器通過配置為統一的IP地址形成OPC UA冗余服務器
? OPC UA客戶機通過網絡負載平衡訪問OPC UA冗余服務器
? OPC UA服務器和控制器之間的通信是基于工業以太網或PROFIBUS的S7連接
注意：OPC UA冗余服務器的配置需要以下條件：
? SIMATIC Net V8.1及以上版本
? Windows Server 2008 R2及以上版本
本例中所使用的硬件和軟件環境如下：
(A) S7-300 PN
CPU 317F-2 PN/DP (6ES7 317-2FK14-0AB0, Firmware V3.2)
(B) ES 工程師站/OPC UA服務器
IPC547C(6AG4 104-1DR21-3CC5), CP1613 A2, CP5613 A2
Windows Server 2008 R2 Enterprise SP1(X64)
STEP7 Professional 2010 SR2 (STEP7 V5.5 SP2 HF4), SIMATIC NET V8.2
(C) ES 工程師站/OPC UA服務器
HP Compaq 8200 Elite, CP1613 A2, CP5613 A2
Windows Server 2008 R2 Enterprise SP1(X64)
TIA Portal V12 (STEP7 V12), SIMATIC NET V8.2
(D) OPC UA客戶機
Field PG M3 (6ES7 715-1BB20-0AA0)
Windows 7 Ultimate SP1(X64)
SIMATIC NET V8.2

2組態OPC UA冗余服務器

2.1 組態NLB
NLB (Network Load Balancing)，即網絡負載平衡，是Windows Server操作系統的重要服務組件。它增強了WEB、FTP、防火墻、服務器代理、VPN和其它關鍵Internet服務器應用程序的可用性和延展性。
NLB 通過兩個或多個運行Windows Server操作系統的主機資源整合為群集，群集中所有的主機可以被一組相同的群集IP地址尋址，并且運行所需服務器應用程序（例如WEB、FTP和OPC服務器等）。當群集中某個主機宕機時，連接到該主機的活動連接將丟失，而群集將在繼續運行的主機之間自動重新分配負載，服務器應用程序將通信請求重新定向到其它的主機。
以圖2為例，當其中一臺OPC UA服務器宕機時，OPC UA客戶機可以通過NLB配置的冗余IP地址訪問另一臺OPC UA服務器。

(A) OPC UA服務器使用本機板載以太網卡作為NLB，使用CP1613 A2和控制器通信。設置IPC547C的板載以太網卡的IP地址為192.168.0.168，設置HP8200的板載以太網卡的IP地址為192.168.0.188。如圖2所示，將OPC UA服務器的板載網卡和OPC UA客戶機連接在一個交換機上，將OPC UA服務器的CP1623 A2和S7-300控制器連接在另一個交換機上。

(B) 在默認情況下，NLB不會隨Windows Server 2008 R2 SP1安裝，需要手動安裝。打開Server Manager，選擇Features – Add Features，如圖3所示。

圖3

(C) 在Features列表中選擇Network Load Balancing，如圖4所示。

圖4

(D) 打開Administrative - Network Load Balancing Manager，在根節點Network Load Balancing Clusters上右鍵選擇New Cluster，如圖5所示。

圖5

(E) 在Host中輸入IPC547C的板載以太網卡的IP地址192.168.0.168，選擇Connect，在Interfaces available for configuring a new cluster中選擇Local Area Connection 192.168.0.168，如圖6所示。

圖6

(F) 根據實際要求分配主機的Priority等級，本例中保持默認設置，如圖7所示。

圖7

(G) 選擇Add，設置Cluster IP address為192.168.0.178，如圖8~10所示。

圖8

圖9

圖10

(H) 根據實際要求選擇Cluster operation mode，本例中保持默認設置，如圖11所示。

圖11

(I) 選擇Edit，根據實際要求選擇Cluster IP address、Port range、Protocols和Filtering mode等參數，本例中設置Affinity為None，其余保持默認設置，如圖12~14所示。

圖12

圖13

圖14

(J) Network Load Balancing Manger中出現已經建立的Cluster(OPC_Red)及其Host(IPC547C)，在Cluster上右鍵選擇Add Host To Cluster，圖15所示。

圖15

(K) 在Host中輸入HP8200的板載以太網卡的IP地址192.168.0.188，選擇Connect，在Interfaces available for configuring a new cluster中選擇Local Area Connection 192.168.0.188，如圖16所示。

圖16  代理西門子模擬器模塊6ES7374-2XH01-0AA0

(L) 其余設置參考先前步驟F~I所示，最終在Network Load Balancing Manager中出現Cluster(OPC_Red)及其Host(IPC547C和HP8200)，當網絡硬件和NLB服務正常時，Status顯示為Converged，如圖17所示。

圖17

2.2 組態STEP7項目
(A) 打開OPC UA服務器（IPC547C和HP8200）的SIMATIC NET – Communication Settings，在Modules – CP1613 – Address中的Industrial Ethernet – IP address中分別輸入192.168.1.168和192.168.1.188，NDIS – IP address可以不做設置。如圖18~19所示。

圖18

圖19

(B) 在STEP7中創建 SIMATIC PC Station，在硬件組態中，為PC Station分配IPC547C計算機名稱，插入OPC Server、CP1613和IE General。其中OPC Server為V8.1或以上版本，CP1613的IP(RFC1006)地址為192.168.1.168，IE General的IP地址和Local Area Connection中的IP地址一樣，為192.168.0.168，如圖20所示。

圖20

(C) 在STEP7中創建 SIMATIC PC Station，在硬件組態中，為PC Station分配HP8200名稱，插入OPC Server、CP1613和IE General。其中OPC Server為V8.1或以上版本，CP1613的IP(RFC1006)地址為192.168.1.188，IE General的IP地址和Local Area Connection中的IP地址一樣，為192.168.0.188，參考圖20所示。  代理西門子模擬器模塊6ES7374-2XH01-0AA0

(D) 在STEP7中創建 SIMATIC S7-300 Station，在硬件組態中，插入CPU 317F-2PN/DP。
其中PN-IO的IP地址和OPC UA服務器的CP1613 A2的IP地址位于同一網段，為192.168.1.17，如圖21所示