S7 Connector: Siemens-SPS in moderne IoT-Architekturen integrieren

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Produktionsanlagen mit Siemens S7-Steuerungen erzeugen wertvolle Daten. Doch wie macht man diese Daten für moderne Monitoring-Systeme, Dashboards und Analysen nutzbar? Der S7 Connector schließt diese Lücke: Eine Middleware-Lösung, die S7-Protokolle mit MQTT, SparkplugB und dem Unified Namespace (UNS) verbindet.

Die Integration-Herausforderung

Siemens S7-300/400/1200/1500 Steuerungen sind in der Industrie weit verbreitet. Die Integration dieser Systeme in moderne Cloud- oder Edge-Computing-Plattformen erfordert jedoch eine leistungsfähige Middleware:

  • Unterschiedliche Welten: Automatisierungstechnik vs. IoT-Plattformen
  • Protokoll-Barrieren: S7-Kommunikation vs. MQTT/REST APIs
  • Herstellerbindung: Proprietäre Systeme vs. offene Standards
  • Skalierung: Einzelne Anlagen vs. standortübergreifendes Monitoring

Der S7 Connector löst diese Herausforderungen durch eine standardbasierte Architektur.

Architektur: MQTT + SparkplugB + Unified Namespace

Der S7 Connector basiert auf bewährten Industrial IoT Standards:

MQTT als Kommunikations-Backbone

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) ist ein leichtgewichtiges, zuverlässiges Publish-Subscribe-Protokoll. Es ermöglicht:

  • Effiziente Datenübertragung auch bei begrenzter Bandbreite
  • Bidirektionale Kommunikation zwischen SPS und Monitoring-Systemen
  • Entkopplung von Datenquellen und Datensenken

SparkplugB für industrielle Interoperabilität

SparkplugB ist die MQTT-Spezifikation für Industrial IoT und bietet:

  • Standardisierte Datenmodelle (Protobuf-Encoding)
  • Auto-Discovery von Geräten und Datenpunkten
  • Birth/Death Certificates für Verbindungsmonitoring
  • Metadaten und Einheiten für jeden Datenpunkt

Unified Namespace (UNS)

Der Unified Namespace ist eine zentrale Informations-Architektur, die:

  • Alle Anlagendaten in einem hierarchischen Topic-Baum organisiert
  • Skalierbarkeit über Standorte und Assets hinweg ermöglicht
  • Konsumenten (Dashboards, Datenbanken, Analysen) flexibel anbindet

Beispiel Topic-Struktur:

uns/standort/area/anlage/parameter
uns/Bremen/Halle1/PLC1/Temperature
uns/Bremen/Halle1/PLC1/Pressure

Eingesetzte Technologien

Hardware & Steuerung:
  • Siemens S7-300/400/1200/1500 SPS
  • Ethernet-Verbindung zur SPS (PROFINET oder TCP/IP)
Industrial IoT Stack:
  • MQTT Broker (Mosquitto, HiveMQ, oder andere)
  • SparkplugB Protokoll-Spezifikation
  • Unified Namespace Architektur
  • S7 Connector (Go-basierte Middleware)
Datalogging & Visualisierung:
  • InfluxDB (Zeitreihendatenbank)
  • Grafana (Dashboard & Alerting)
  • NodeRED (optional für Datenverarbeitung)
Integration-Features:
  • Report-by-Exception (intelligente Datenübertragung)
  • Konfigurationsgeneratoren (TIA Portal Export → YAML Config)
  • Bidirektionale Kommunikation (Lesen + Schreiben)

Kernfunktionen im Überblick

Intelligente Datenübertragung

Report-by-Exception reduziert den Netzwerk-Traffic um typischerweise 80-95%. Daten werden nur übertragen, wenn sich Werte ändern. Zusätzlich steht ein Push-Feature für zeitgesteuerte Übertragung zur Verfügung – ideal für Time-Series Datenbanken.

Einfache Konfiguration

Integrierte Konfigurationsgeneratoren erstellen aus TIA Portal Exporten automatisch eine vollständige config.yaml:

# CLI-Generator
s7gen -in db_export.st -out config.yaml -base "uns/Standort/Area/PLC1"

# Oder via Web-UI
s7gen-web

Dies vereinfacht die Einrichtung erheblich. Komplexe Datenstrukturen und UDTs werden automatisch erkannt.

Bidirektionale Kommunikation

Der S7 Connector ermöglicht nicht nur Daten-Auslesen, sondern auch Schreib-Operationen auf die SPS:

UNS-JSON Modus:

mosquitto_pub -t "uns/Standort/PLC1/cmd/SpeedSetpoint" -m '{"value": 75.5}'

SparkplugB DCMD:

spBv1.0/Standort/Area/DCMD/PLC1/SpeedSetpoint

Diese Funktion ist essentiell für SCADA-Systeme und Fernsteuerung von Anlagen.

Flexible Datenformate

Der S7 Connector unterstützt verschiedene Datenformate:

  1. UNS-JSON: Traditionelles MQTT mit JSON-Payloads
  2. SparkplugB: Industriestandard mit Protobuf-Encoding
  3. Raw-Format: Einfache Werte für minimale Bandbreite

Dies ermöglicht Flexibilität je nach Anwendungsfall und Infrastruktur.

Anwendungsfälle in der Praxis

Der S7 Connector eignet sich für vielfältige Industrial IoT Szenarien:

SCADA-Systeme

  • Ersatz für proprietäre Gateways
  • Bidirektionale Steuerung via MQTT
  • Integration in moderne Web-basierte Leitstände

Produktionsmonitoring

  • Echtzeitüberwachung von Anlagenzuständen
  • KPI-Dashboards mit Grafana
  • Historische Datenanalyse

Predictive Maintenance

  • Kontinuierliche Datenerfassung für vorausschauende Wartung
  • Anomalie-Erkennung durch ML-Integration
  • Frühwarnung bei Abweichungen

MES-Integration

  • Anbindung von Manufacturing Execution Systems
  • Produktionsdaten für ERP-Systeme
  • Rückverfolgbarkeit und Qualitätssicherung

Energy Monitoring

  • Erfassung von Energieverbräuchen (ISO 50001)
  • Lastganganalyse
  • Optimierung von Energiekosten

Umwelt- und Prozessmonitoring

  • Wasseraufbereitungsanlagen
  • Pumpstationen und Kläranlagen
  • Gebäudetechnik und HLK-Systeme

Vorteile dieser Lösung

Skalierbar Ein Unified Namespace, beliebig viele Anlagen – keine separate Integration pro SPS erforderlich.

Offen MQTT + SparkplugB = herstellerunabhängig, keine Vendor Lock-ins, standardbasiert.

Echtzeit Sub-Sekunden-Latenz zwischen SPS-Datenpunkt und Dashboard.

Wartbar Standardprotokolle, Open-Source-Stack, keine Blackbox-Systeme.

Zukunftssicher Erweiterbar um weitere Assets und Datenquellen ohne Architektur-Änderungen.

Effizient Report-by-Exception reduziert Netzwerklast und Infrastrukturkosten erheblich.

Deployment: Docker-ready und Multi-Arch

Der S7 Connector ist vollständig Docker-kompatibel:

# Docker Compose starten
docker-compose up -d

# Multi-Arch Support für ARM und x86
docker buildx build --platform linux/amd64,linux/arm64 \
  -t yourrepo/s7-connector:latest --push .

Dies ermöglicht flexible Deployments – vom Edge-Device (Industrial PC, Raspberry Pi) bis zur Cloud-Infrastruktur.

Zusammenfassung

Der S7 Connector schließt die Lücke zwischen bewährter Siemens-Automatisierungstechnik und modernen IoT-Plattformen. Durch die Unterstützung von MQTT, SparkplugB und Unified Namespace fügt er sich nahtlos in moderne Monitoring- und Control-Architekturen ein.

Die intelligente Datenübertragung (Report-by-Exception) und einfache Konfiguration machen ihn zur robusten, produktionsreifen Lösung für industrielle IoT-Szenarien.

Sie planen die Integration von Siemens S7-Steuerungen in Ihre IoT-Infrastruktur?

Der S7 Connector hilft Ihnen, Ihre Anlagen schnell und zuverlässig anzubinden – standardbasiert und ohne Vendor Lock-in.

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