IBH OPC UA:S7 SoftSPS

Einführung

Der IBH OPC UA Server enthält zusätzlich eine SoftSPS. Die SoftSPS ist in der Lage, Variablen von dem OPC UA Server zu lesen und zu schreiben. Die integrierte SoftSPS dient zur Datenvorverarbeitung und wird mit STEP7® in KOP, FUP, AWL, SCL oder S7-GRAPH programmiert.

Inbetriebnahme

Aktivieren der integrierten SoftSPS

Zunächst muss über die WEB-Oberfläche des IBH OPC UA Server die SoftSPS aktiviert werden:

SoftSPS im SPS Projekt definieren

Hierzu wird auf dem oben definierten Slot der PC Station des OPC UA Servers zusätzlich eine SoftSPS eingefügt.

SIMATIC Manager:

TIA Portal:

Es muss eine S7 Verbindung zum OPC UA Server hergestellt werden:

SIMATIC Manager:

TIA:

Die SoftSPS kann in KOP, FUP, AWL, SCL oder S7-GRAPH programmiert werden.

SoftSPS Status und Einstellungen

Der SoftSPS Status lässt sich auf der WEB-Oberfläche des Konfigurators beobachten:

Die Rechenleistung der SoftSPS kann wie folgt eingestellt werden:

CPU Anteil SPS	Rechenzeit 1000 gemischte Anweisungen
50%	ca. 360 µs
33%	ca. 550 µs
25%	ca. 720 µs
20%	ca. 900 µs
12%	ca. 1800 µs

Weiterhin kann der Status der SoftSPS Clientverbindungen abgefragt werden:

Server Funktion

Es muss eine S7 Verbindung zum OPC UA Server hergestellt werden:

SIMATIC Manager:

TIA:

Im OPC Server unter <Allgemein> <S7> <OPC Tags verwenden> können jetzt u.a. die OPC Tags der IBH SoftSPS selektiert werden:

Danach wird die Konfiguration in den IBH Link UA geladen:

Damit ist die Konfiguration abgeschlossen, der IBH Link UA stellt die OPC Tags zur Verfügung:

Client Funktion

Zyklisches Lesen und Schreiben

Die SoftSPS ist in der Lage die OPC-Variablen zyklisch zu lesen bzw. zu schreiben.
Die Konfiguration wird über den SFB 8 (USEND) im Neustart (aufgerufen durch OB100) durchgeführt:

Parameter	Deklaration	Datentyp	Speicherbereich	Beschreibung
REQ	INPUT	BOOL	E, A, M, D, L	Wird nicht ausgewertet
ID	INPUT	WORD	M, D, Konst.	Fester Wert:65400
R_ID	INPUT	DWORD	E, A, M, D, L, Konst.	Modus: Low Word 0: Lesen(Variable als XML String) 1: Schreiben(Variable als XML String) 2: Lesen(SPS Variable) 3: Schreiben(SPS Variable) 4: Lesen(Spezial Variable) 5: Schreiben(Spezial Variable) 6: Lesen(Server Variable) 7: Schreiben(Server Variable) High Word: Abtastrate in Millisekunden
DONE	OUTPUT	BOOL	E, A, M, D, L	Wird nicht gesetzt
ERROR	OUTPUT	BOOL	E, A, M, D, L	ERROR=0: Die Parameter wurden korrekt übergeben ERROR=1: Die Parameter wurden nicht korrekt übergeben
STATUS	OUTPUT	WORD	E, A, M, D, L	Wird nicht gesetzt
SD_1	IN_OUT	ANY	D	Zeiger auf die OPC Variable.
SD_2	IN_OUT	ANY	E, A, M, D	Zeiger auf die SPS Variable für den Wert der OPC Variablen. Zulässig sind nur die Datentypen BOOL, BYTE, CHAR, WORD, INT, DWORD, DINT, REAL, DATE, DATE_AND_TIME. Hinweis: Wenn der ANY-Pointer auf einen DB zugreift, ist der DB immer zu spezifizieren (z.B.: P# DB10.DBX5.0 Byte 0).
SD_3	IN_OUT	ANY	E, A, M, D	Zeiger auf die SPS Variable für den Variablenstatus. Zulässig ist der Datentyp DWORD Hinweis: Wenn der ANY-Pointer auf einen DB zugreift, ist der DB immer zu spezifizieren (z.B.: P# DB10.DBX5.0 Byte 10).
SD_4	IN_OUT	ANY	D	Zeiger auf die SPS Variable für die Aufzeichnungszeit. Zulässig ist der Datentyp DATE_AND_TIME. Hinweis: Wenn der ANY-Pointer auf einen DB zugreift, ist der DB immer zu spezifizieren (z.B.: P# DB10.DBX5.0 Byte 10).

Die OPC Variablen sind folgendermaßen definiert:

Modus 0 und 1: ´ns=<Namespace>;s=<Identifier>´

oder:´ns=<Namespace>;i=<numerischer Identifier>´

In diesem Modus kann jede OPC Variable gelesen werden. Der IBH Link UA kennt folgende Namespaces

Namespace	Bereich
0	Allgemeine OPC Servervariablen
1, 2, 3, 5	Keine auswertbaren Variablen
4	Alle SPS spezifischen OPC Variablen
6	IBH Link UA Spezialvariablen

Modus 2 und 3: ´<Identifier>´

Der Identifier wird folgendermaßen gebildet:
<Stationsname>.<SPS Name>.<GlobalVars>.<Variablenname aus Variablentabelle>
oder:
<Stationsname>.<SPS Name>.<Programs>.<Datenbausteinname>.<Variablenname>

Modus 4 und 5: <numerischer Identifier>

Nummer der Spezialvariable aus dem Namespace 6.

Modus 6 und 7: <numerischer Identifier>

Nummer der Servervariable aus dem Namespace 0.

Beispiel TIA Portal

Erstellen eines Funktions-Bausteines zur Client Konfiguration:

Es wird die SPS Variable OutputVal“ zyklisch in die OPC-Variable S7-1500.S7-1500.GlobalVars.InputVal geschrieben.
Die Abtastrate ist 16#00c8 bzw. 200 Millisekunden.
Der OPC Status wird im gleichen Zyklus wie OutputVal in die Variable #status_1 und der Zeitpunkt des Zyklus in die Variable #timestamp_1 geschrieben.
Der Konfigurationsbaustein muss jetzt nur noch im OB 100 aufgerufen werden.

Serverbrücke

Die pirnzipielle Vorgehensweis ist unter Client Funktionen beschrieben. Zunächst weden die Server, zwischen denen eine Kommunikation erfolgen soll, definiert. Als erstes wird die eigene Serveradresse des IBH link UA angegeben:

Weiterhin kann die gewünschte Sicherheitsstufe ausgewählt werden.
Jetzt können die Variablen der SoftSPS zum Lesen selektiert werden:

und mit einer Variable eines anderen Servers verbunden werden.

Operationsvorrat

Die S7-SoftSPS 416 besitzt den kompletten Befehlsvorrat der SIMATIC® S7-416 CPU.

Binäre Verknüpfungsoperationen

Operation	Operand	Funktionsbeschreibung
U		UND mit Abfrage auf ,,1“
UN		UND mit Abfrage auf ,,0“
O		ODER mit Abfrage auf ,,1“
ON		ODER mit Abfrage auf ,,0“
X		Exklusiv-ODER mit Abfrage auf ,,1“
XN		Exklusiv-ODER mit Abfrage auf ,,0“
	E	eines Eingangs
	A	eines Ausgangs
	M	eines Merkers
	L	eines Lokaldatenbits
	T	einer Zeitfunktion
	Z	einer Zählfunktion
	DBX	eines Globaldatenbits
	DIX	eines Instanzdatenbits
==0		Ergebnis gleich Null
<>0		Ergebnis ungleich Null
>0		Ergebnis größer Null
>=0		Ergebnis größer-gleich Null
<0		Ergebnis kleiner Null
<=0		Ergebnis kleiner-gleich Null
UO		ungültiges Ergebnis
OV		Overflow
OS		Überlauf (speichernd)
BIE		Binärergebnis

Sonstige Verknüpfungen

Operation	Operand	Funktionsbeschreibung
U(		UND Klammer auf
UN(		UND-NICHT Klammer auf
O(		ODER Klammer auf
ON(		ODER-NICHT Klammer auf
X(		Exklusiv-ODER Klammer auf
XN(		Exklusiv-ODER-NICHT Klammer auf
)		Klammer zu
O		ODER-Verknüpfung von UND
NOT		VKE negieren
SET		VKE setzen
CLR		VKE rücksetzen
SAVE		VKE ins BIE retten

Operation	Operand	Funktionsbeschreibung
=		Zuweisung
S		Setze
R		Rücksetze
FP		Positive Flanke
FN		Negative Flanke
	E	eines Eingangsbits
	A	eines Ausgangsbits
	M	eines Merkerbits
	L	eines Lokaldatenbits
	DBX	eines Datenbits
	DIX	eines Instanz-Datenbits

Master Control Relay

Operation	Operand	Funktionsbeschreibung
MCRA		MCR-Bereich aktivieren
MCRD		MCR-Bereich deaktivieren
MCR(		MCR-Zone öffnen
)MCR		MCR-Zone schließen

Lade / Transferoperationen

Operation	Operand	Funktionsbeschreibung
L		Operand laden
T		Operand transferieren
	EB	Eingangsbyte
	EW	Eingangswort
	ED	Eingangsdoppelwort
	AB	Ausgangsbyte
	AW	Ausgangswort
	AD	Ausgangsdoppelwort
	MB	Merkerbyte
	MW	Merkerwort
	MD	Merkerdoppelwort
	LB	Lokaldatenbyte
	LW	Lokaldatenwort
	LD	Lokaldatendoppelwort
	DBB	Datenbausteinbyte
	DBW	Datenbausteinwort
	DBD	Datenbausteindoppelwort
	DIB	Instanz-Datenbausteinbyte
	DIW	Instanz-Datenbausteinwort
	DID	Instanz-Datenbausteindoppelwort
	STW	Statuswort
L	konst	Laden einer Konstanten
L	#Pointer	Laden eines Zeigers
L	T	Zeitwert
LC	T	Zeitwert (BCD codiert)
L	Z	Zähler
LC	Z	Zähler (BCD codiert)
L	DBNO	Lade Datenbausteinnummer
L	DBLG	Lade Datenbausteinlänge
L	DINO	Lade Datenbausteinnummer (Instanz-DB)
L	DILG	Lade Datenbausteinlänge (Instanz-DB)

Peripheriezugriffe

Pheripheriezugriffe sind mit SoftSPS nicht möglich.

Akkumulatorbefehle

Operation	Operand	Funktionsbeschreibung
PUSH		Akkus ,,nach oben“ schieben
POP		Akkus ,,nach unten“ schieben
ENT		Akkus schieben (ohne Al) A2->A3, A3->A4
LEAVE		Akkus schieben (ohne Al) A4->A3, A3->A2
TAK		Akku 1 und Akku 2 tauschen
TAW		Akku 1 Bytes 0 und 1 tauschen
TAD		Akku 1 alle Bytes tauschen

Schiebe- und Rotieroperationen

Operation	Operand	Funktionsbeschreibung
SLW		Schieben links wortweise
SLD		Schieben links doppelwortweise
SRW		Schieben rechts wortweise
SRD		Schieben rechts doppelwortweise
SSI		Schieben mit Vorzeichen wortweise
SSD		Schieben mit Vorzeichen doppelwortweise
RLD		Rotieren links doppelwortweise
RLDA		Rotieren links durch Al
RRDA		Rotieren rechts durch Al
RRD		Rotieren rechts doppelwort­weise
	konst	um feste Anzahl von Bits
		Schiebezahl im Akku 2

Zeitoperationen

Operation	Operand	Funktionsbeschreibung
SI	T	Starten als Impuls
SV	T	Starten als verlängerter Impuls
SE	T	Starten als Einschaltverzögerung
SS	T	Starten als speichernde Einschaltverzögerung
SA	T	Starten als Ausschaltverzögerung
R	T	Zeitfunktion rücksetzen
FR	T	Zeitfunktion freigeben

Zähloperationen

Operation	Operand	Funktionsbeschreibung
ZV	Z	Zählfunktion vorwärtszählen
ZR	Z	Zählfunktion rückwärtszählen
S	Z	Zählfunktion setzen
R	Z	Zählfunktion rücksetzen
FR	Z	Zählfunktion freigeben

Wortoperationen

Operation	Operand	Funktionsbeschreibung
UW		UND wortweise
UD		UND doppelwortweise
OW		ODER wortweise
OD		ODER doppelwortweise
XOW		Exklusiv-ODER wortweise
XOD		Exklusiv-ODER doppelwortweise
	konst	Mit einer Wort- bzw. Doppelwortkonstanten
		mit dem Inhalt von Akku 2

Arithmetische Operationen

Operation	Operand	Funktionsbeschreibung
==I		Integervergleich GLEICH
<>I		Integervergleich UNGLEICH
>I		Integervergleich GRÖSSER
>=I		Integervergleich GRÖSSER GLEICH
<I		Integervergleich KLEINER
<=I		Integervergleich KLEINER GLEICH
==D		Doppel-Integervergleich GLEICH
<>D		Doppel-Integervergleich UNGLEICH
>D		Doppel-Integervergleich GRÖSSER
>=D		Doppel-Integervergleich GRÖSSER GLEICH
<D		Doppel-Integervergleich KLEINER
<=D		Doppel-Integervergleich KLEINER GLEICH
==R		REAL-Zahl Vergleich GLEICH
<>R		REAL-Zahl Vergleich UNGLEICH
>R		REAL-Zahl Vergleich GRÖSSER
>=R		REAL-Zahl Vergleich GRÖSSER GLEICH
<R		REAL-Zahl Vergleich KLEINER
<=R		REAL-Zahl Vergleich KLEINER GLEICH
SIN		Sinus
COS		Cosinus
TAN		Tangens
ASIN		Arcussinus
ACOS		Arcuscosinus
ATAN		Arcustangens
SQR		Quadrieren
SQRT		Wurzel (Radizieren)
EXP		Exponent zur Basis e
LN		Natürlicher Logarithmus
+I		Integer Addition
-I		Integer Subtraktion
*I		Integer Multiplikation
/I		Integer Division
+D		Doppel-Integer Addition
-D		Doppel-Integer Subtraktion
*D		Doppel-Integer Multiplikation
/D		Doppel-Integer Division
+R		Realzahl Addition
-R		Realzahl Subtraktion
*R		Realzahl Multiplikation
/R		Realzahl Division
MOD		Doppel-Integer Division (Rest)
+	konst	Addieren einer Konstante
+P#	konst	Addieren eines Zeigers
DEC		Dekrementieren
INC		Inkrementieren

Umwandlungsfunktionen

Operation	Operand	Funktionsbeschreibung
ITD		Wandlung INT nach DINT
ITB		Wandlung INT nach BCD
DTB		Wandlung DINT nach BCD
DTR		Wandlung DINT nach REAL
BTI		Wandlung BCD nach INT
BTD		Wandlung BCD nach DINT
RND		Rundung zur nächsten ganzen Zahl
RND+		Rundung zur nächstgrößeren Zahl
RND-		Rundung zur nächstkleineren Zahl
TRUNC		ohne Rundung
INVI		INT-Einerkomplement
INVD		DINT-Einerkomplement
NEGI		INT-Negation
NEGD		DINT-Negation
NEGR		REAL-Negation
ABS		REAL-Betragsbildung

Sprungoperationen

Operation	Operand	Funktionsbeschreibung
SPA	Ziel	Sprung absolut (unbedingt)
SPB	Ziel	Sprung wenn VKE = 1
SPBB	Ziel	Sprung wenn VKE = 1 (VKE speichern)
SPBN	Ziel	Sprung wenn VKE = 0
SPBNB	Ziel	Sprung wenn VKE = 0 (VKE speichern)
SPBI	Ziel	Sprung wenn BIE = 1
SPBIN	Ziel	Sprung wenn BIE = 0
SPZ	Ziel	Sprung bei Vergleichsergebnis = 0
SPN	Ziel	Sprung bei Vergleichsergebnis ≠ 0
SPP	Ziel	Sprung bei Vergleichsergebnis > 0
SPPZ	Ziel	Sprung bei Vergleichsergebnis >= 0
SPM	Ziel	Sprung bei Vergleichsergebnis < 0
SPMZ	Ziel	Sprung bei Vergleichsergebnis <= 0
SPU	Ziel	Sprung bei Vergleichsergebnis ungültig
SPO	Ziel	Sprung bei Overflow
SPS	Ziel	Sprung bei speicherndem Overflow
SPL	Ziel	Sprungverteiler
LOOP	Ziel	Schleife

Aufruf-Operationen

Operation	Operand	Funktionsbeschreibung
CALL FB		Sprung zum Funktionsbaustein
CALL FC		Sprung zur Funktion
CALL SFB		Sprung zum System-Funktionsbaustein
CALL SFC		Sprung zur System-Funktion
UC FB		Funktionsbaustein absolut aufrufen
CC FB		Funktionsbaustein bedingt aufrufen
UC FC		Funktion absolut aufrufen
CC FC		Funktion bedingt aufrufen
BEA		Bausteinende absolut
BEB		Bausteinende bedingt
BE		Bausteinende
AUF	DB	Datenbaustein öffnen
	DI	Instanz-Datenbaustein öffnen
TDB		Datenbausteinregister tauschen

Indirekte Adressierung

Operation	Operand	Funktionsbeschreibung
LAR1		AR1 laden
LAR2		AR2 laden
	MD	mit Merkerdoppelwort
	LD	mit Lokaldatendoppelwort
	DBD	mit Datenbausteindoppelwort
	DID	mit Instanz-Datenbausteindoppelwort
LAR1		AR1 laden mit Inhalt aus Akku1
LAR2		AR2 laden mit Inhalt aus Akku1
LAR1	AR2	AR1 laden mit Inhalt aus A2
LAR1	P#	AR1 laden mit Zeiger
LAR2	P#	AR2 laden mit Zeiger
TAR1		Schreibe AR1
TAR2		Schreibe AR2
	MD	in Merkerdoppelwort
	LD	in Lokaldatendoppelwort
	DBD	in Datenbausteindoppelwort
	DID	in Instanz-Datenbausteindoppelwort
TAR1		Schreibe AR1 in Akku1
TAR2		Schreibe AR2 in Akku1
TAR1	AR2	AR1 nach AR2 transferieren
TAR		AR1 mit AR2 tauschen
+AR1		Addiere Akku1 zu AR1
+AR2		Addiere Akku1 zu AR2
+AR1	P#	Addiere Pointer zu AR1
+AR2	P#	Addiere Pointer zu AR2

Sonstige Operationen

Operation	Operand	Funktionsbeschreibung
NOP	0	Nulloperation
NOP	1	Nulloperation
BLD	konst	Bildaufbau

Integrierte Organisationsbausteine

Die in der folgenden Tabelle aufgeführten Organisationsbausteine werden ausgeführt, sofern sie programmiert sind:

OB-Nr	Kurzbeschreibung
OB 1	Hauptprogramm
OB 10 – OB 17	Uhrzeitalarm
OB 20 – OB 23	Verzögerungsalarm
OB 30 – OB 38	Zeitbausteine (zyklischer Aufruf)
OB 80 – OB 87	Fehlerbausteine
OB 90	Hintergrundbearbeitung
OB 100	Neustart bzw. Wiederanlauf
OB 121/OB 122	Programmierfehler

Integrierte Systemfunktionen

In der SoftSPS sind die für eine Software-SPS relevanten Systemfunktionen (SFC) integriert

Die folgende Tabelle zeigt (in numerischer Aufzählung) die vorhandenen SFC's.

SFC-Nr	SFC-Name	Kurzbeschreibung
SFC 0	SET_CLK	Setzen der Systemzeit
SFC 1	READ_CLK	Lesen der Systemzeit
SFC 6	RD_SINFO	Startinformation des aktuellen OBs auslesen
SFC 20	BLKMOV	SPS-Variable in Zielbereich kopieren
SFC 21	FILL	SPS-Variable in Zielbereich vorbesetzen
SFC 22	CREAT_DB	Anlegen von Datenbausteinen
SFC 23	DEL_DB	Datenbaustein löschen
SFC 24	TEST_DB	Attribute eines Datenbausteins testen
SFC 25	COMPRESS	Ladespeicher komprimieren
SFC 28	SET_TINT	Stellen eines Uhrzeitalarms
SFC 29	CAN_TINT	Uhrzeitalarm anhalten (nicht ausführen)
SFC 30	ACT_TINT	Uhrzeitalarm freigeben
SFC 31	QRY_TINT	Status des Uhrzeitalarms
SFC 32	SRT_DINT	Starte Verzögerungsalarm
SFC 33	CAN_DINT	Unterbreche Verzögerungsalarm
SFC 34	QRY_DINT	Statusabfrage des Verzögerungsalarms
SFC 36	MSK_FLT	Maskieren eines synchronen Fehlerereignisses
SFC 37	DMSK_FLT	Demaskieren eines synchronen Fehlerereignisses
SFC 38	READ_ERR	Auslesen des Ereignisstatusregister
SFC 39	DIS_IRT	Sperren der Asynchron- und Alarmfehlerbearbeitung
SFC 40	EN_IRT	Freigeben der Asynchron- und Alarmfehlerbearbeitung
SFC 41	DIS_AIRT	Verzögerung höherpriorer Asynchron- und Alarmfehlerbearbeitung
SFC 42	EN_AIRT	Freigabe höherpriorer Asynchron- und Alarmfehlerbearbeitung
SFC 43	RE_TRIGR	Nachtriggern des Watchdogs
SFC 46	STP	CPU Betriebszustand STOP
SFC 51	RDSYST	Systemzustandsliste (SZL) auslesen
SFC 64	TIME_TCK	Timer Tick
SFC 81	UBLKMOV	Block Move der nicht unterbrochen werden kann

Integrierte Systembausteine

In der SoftSPS sind die für eine Software-SPS relevanten Systembausteine (SFB) integriert.

S7 für Windows^® unterstützt die SFB-Aufrufe durch intern vorhandene Bausteinkopf-Deklarationen (siehe Kapitel "Integrierte Systemfunktionen").

Folgende Systemfunktionsbausteine werden unterstützt:

SFB-Nr	SFB-Name	Kurzbeschreibung
SFB 0	CTU	Vorwärtszähler (Counter Up)
SFB 1	CTD	Rückwärtszähler (Counter Down)
SFB 2	CTUD	Vorwärts- und Rückwärtszähler
SFB 3	TP	Zeitimpuls
SFB 4	TON	Einschaltverzögerung
SFB 5	TOF	Ausschaltverzögerung
SFB 8	USEND	OPC UA Client Konfiguration
SFB 32	DRUM	Schaltwerk zur Steuerung von Schrittketten

Technische Daten

Ladespeicher	5 MB
Arbeitsspeicher	> 100 MB
Bausteine	16.384
Merker (Bit)	131.072
Zeiten	2048
Zähler	2048
Digital E/A	32.768 Bit
	Bearbeitungszeiten 1)
CPU Anteil SPS 50%	ca. 360 µs
CPU Anteil SPS 33%	ca. 550 µs
CPU Anteil SPS 25%	ca. 720 µs
CPU Anteil SPS 20%	ca. 900 µs
CPU Anteil SPS 12%	ca. 1800 µs

1) 1024 gemischte Anweisungen (50% Binär, 50% Digital)