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Stromfee Tagebuch an Siemens S7 anbinden "Schritt für Schritt"

Autorenbild: Holger RoswandowiczHolger Roswandowicz




Dieses Dokument richtet sich an Programmierer in Deutschland, die mit der Siemens S7 arbeiten und Daten per MQTT in das Stromfee Tagebuch Stromfee AI übertragen möchten. Es bietet eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Implementierung der MQTT-Kommunikation und erläutert die Vorteile für Programmierer und deren Kunden.


Datenübertragung aus der Siemens S7 in Stromfee AI via MQTT


Die fortschreitende Digitalisierung und Vernetzung im industriellen Umfeld erfordert effiziente und zuverlässige Lösungen zur Datenübertragung. Das MQTT-Protokoll (Message Queuing Telemetry Transport) hat sich als Standard für die Kommunikation zwischen Geräten im Internet der Dinge (IoT) etabliert und spielt eine wichtige Rolle für das IoT und in der M2M-Kommunikation. Auch im Bereich der Automatisierungstechnik bietet MQTT zahlreiche Vorteile, insbesondere bei der Integration von Daten aus speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) wie der Siemens S7 in Cloud-basierte Anwendungen.   


Programmiersprachen für die Siemens S7 in Deutschland

Die Siemens S7 ist eine weit verbreitete SPS in der deutschen Industrie. Für die Programmierung der S7 stehen verschiedene Sprachen zur Verfügung, darunter KOP (Kontaktplan), FUP (Funktionsplan), AWL (Anweisungsliste) und SCL (Structured Control Language). SCL ist eine höhere Programmiersprache, die der Pascal-Syntax ähnelt und sich besonders für komplexe Aufgaben eignet. Ein großer Vorteil der Siemens S7 Programmierung ist die Investitionssicherheit durch wiederverwendbare Komponenten und Bibliotheken.   


MQTT-Bibliotheken für die Siemens S7

Siemens bietet die LMQTT-Bibliothek an, die die Implementierung des MQTT-Protokolls in SIMATIC S7-1200/1500 Steuerungen ermöglicht. Die Bibliothek enthält Funktionsbausteine für den Verbindungsaufbau, die Nachrichtenübermittlung und das Abonnement von Topics. Sie unterstützt sowohl unverschlüsselte als auch verschlüsselte Verbindungen über TLS, was die Sicherheit der Datenübertragung erhöht.   


MQTT-Verbindung zwischen Siemens S7 und Stromfee AI

Um eine MQTT-Verbindung zwischen der Siemens S7 und Stromfee AI herzustellen, sind folgende Schritte notwendig:

Schritt

Beschreibung

1. LMQTT-Bibliothek einbinden

Die LMQTT-Bibliothek muss in das TIA Portal Projekt eingebunden werden. Dazu öffnet man den Reiter "Bibliotheken" und klickt auf "Globale Bibliothek öffnen". Anschließend wählt man die heruntergeladene LMQTT-Bibliothek aus.

2. MQTT-Funktionsbaustein einfügen

Der Funktionsbaustein "LMQTT_Client" wird aus der Bibliothek in das Programm kopiert. Die zugehörigen Datentypen werden automatisch hinzugefügt.

3. Globalen Datenbaustein erstellen

Es wird ein globaler Datenbaustein (DB) angelegt, der die Parameter für die TCP/MQTT-Verbindung und die zu sendenden/empfangenden Nachrichten enthält. So können alle relevanten Informationen zentral verwaltet werden.

4. Funktionsbaustein einbinden

Der Funktionsbaustein "LMQTT_Client" wird in das Hauptprogramm (z. B. OB1) eingefügt. Die benötigten Variablen werden mit dem globalen DB verknüpft.

5. MQTT konfigurieren

Bei Bedarf an einer sicheren Verbindung (TLS) muss das Zertifikat des MQTT-Brokers importiert und im Funktionsbaustein konfiguriert werden.

6. Verbindung herstellen

Der Funktionsbaustein "LMQTT_Client" ermöglicht den Aufbau der Verbindung zum MQTT-Broker. Mit diesem Baustein können Sie MQTT-Nachrichten an einen Broker senden (Publisher-Rolle) und Abonnements erstellen (Subscriber-Rolle). Sie können den Broker mit einer statischen IP-Adresse oder einem qualifizierten Domainnamen erreichen.

   

Datenformate und -umwandlung

MQTT selbst ist ein binäres Protokoll, kann aber Daten in verschiedenen Formaten übertragen, z. B. als Text, JSON oder XML. Die Daten aus der Siemens S7 müssen in ein geeignetes Format für die Übertragung per MQTT umgewandelt werden. Für die Übertragung von Temperatur-, Leistungs- und Lichtstärkedaten in Stromfee AI können diese beispielsweise in JSON-Objekte kodiert werden. Hierbei ist darauf zu achten, dass die Datenstruktur den Anforderungen von Stromfee AI entspricht.   


MQTT-Client und -Broker

Die Siemens S7 fungiert als MQTT-Client und sendet die Daten an den MQTT-Broker von Stromfee AI. Der Broker empfängt die Daten und leitet sie an die entsprechenden Empfänger, wie z.B. das Stromfee Tagebuch, weiter.   


Vorteile von MQTT für die Datenübertragung

Die Verwendung von MQTT für die Datenübertragung aus der Siemens S7 in das Stromfee Tagebuch Stromfee AI bietet zahlreiche Vorteile:

  • Echtzeit-Überwachung: MQTT ermöglicht die Übertragung von Daten in Echtzeit, sodass der Energieverbrauch und andere relevante Parameter jederzeit überwacht werden können.   

  • Einfache Integration: MQTT ist ein leichtgewichtiges Protokoll, das sich einfach in bestehende Systeme integrieren lässt. Es eignet sich besonders für die Übertragung über unzuverlässige Netze mit geringer Bandbreite und hoher Latenz.   

  • Skalierbarkeit: MQTT ist skalierbar und kann für die Übertragung von Daten aus einer Vielzahl von Geräten verwendet werden.   

  • Zuverlässigkeit: MQTT bietet Mechanismen zur Sicherstellung der zuverlässigen Datenübertragung, selbst bei instabilen Netzwerkverbindungen.   

  • Sicherheit: Siemens legt großen Wert auf Industrial Security und bietet Produkte und Lösungen mit entsprechenden Funktionen an, die den sicheren Betrieb von Anlagen, Systemen, Maschinen und Netzwerken unterstützen. Die LMQTT-Bibliothek unterstützt die verschlüsselte Kommunikation über TLS, um die Datensicherheit zu gewährleisten.   


Fehlerbehebung bei der MQTT-Implementierung

Bei der Implementierung von MQTT mit der Siemens S7 können verschiedene Probleme auftreten. Eine häufige Fehlermeldung ist "(D280) Fehler beim Kompilieren des Bausteins in der S7-300 CPU". Diese Meldung deutet darauf hin, dass ein Limit der SPS überschritten wurde, z. B. die maximale Größe von 256 Byte für Flags oder die verfügbaren S7-Timer und -Zähler. In diesem Fall müssen die entsprechenden Parameter in der SPS-Konfiguration angepasst werden.   


Vorteile für die Kunden

Durch die Integration der Siemens S7-Daten in Stromfee AI profitieren die Kunden von folgenden Vorteilen:

  • Detaillierte Analysen des Energieverbrauchs: Die in Stromfee AI gesammelten Daten ermöglichen detaillierte Analysen des Energieverbrauchs und die Identifizierung von Einsparpotenzialen. So können beispielsweise Lastspitzen erkannt und Maßnahmen zur Lastverschiebung ergriffen werden.

  • Optimierung des Energiemanagements: Durch die Echtzeit-Überwachung und -Analyse der Daten können Energiemanagement-Systeme optimiert und der Energieverbrauch reduziert werden. Stromfee AI kann beispielsweise dazu verwendet werden, die Energieversorgung von Gebäuden oder Produktionsanlagen automatisch an den Bedarf anzupassen.

  • Reduzierung der Energiekosten: Die Optimierung des Energieverbrauchs führt zu einer Reduzierung der Energiekosten und trägt zur Nachhaltigkeit bei.

  • Predictive Maintenance: Durch die Analyse der S7-Daten können Anomalien im Anlagenverhalten frühzeitig erkannt und Wartungsmaßnahmen eingeleitet werden, bevor es zu Ausfällen kommt.

  • Prozessoptimierung: Die Echtzeitdaten aus der S7 ermöglichen eine kontinuierliche Überwachung und Optimierung von Produktionsprozessen.


Zusammenfassung

Die Übertragung von Daten aus der Siemens S7 in Stromfee AI via MQTT bietet sowohl für Programmierer als auch für deren Kunden zahlreiche Vorteile. Die Implementierung der MQTT-Kommunikation ist mit Hilfe der LMQTT-Bibliothek und der vorliegenden Anleitung einfach und effizient möglich. Durch die Integration der Daten in Stromfee AI können detaillierte Analysen durchgeführt, das Energiemanagement optimiert und die Energiekosten reduziert werden. Die einfache Integration, die Skalierbarkeit und die Zuverlässigkeit von MQTT machen es zu einer idealen Lösung für die Datenübertragung in der Industrie 4.0. Die Kunden profitieren von detaillierten Einblicken in ihren Energieverbrauch, einer verbesserten Effizienz und einer Reduzierung der Kosten.

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