OPC UA · KNX Virtual · IEC 62541 · SCADA · 10 Min. Lesezeit

KNX OPC UA Server: Lingg & Janke KNX Virtual and SCADA Connection

OPC UA (IEC 62541) provides a vendor-neutral, secure, subscription-based integration layer between KNX building automation and enterprise SCADA, BMS, and energy management systems. KNX Virtual from Lingg & Janke exposes every KNX group address as a structured OPC UA node, with DPT-correct data types and X.509 certificate security — eliminating the polling overhead and vendor lock-in of older integration approaches.

OPC UA in der Gebäudeautomation

OPC Unified Architecture (IEC 62541) ist der Nachfolger der Windows-basierten OPC-Classic-Spezifikationen (OPC DA/HDA/AE). Während OPC DA COM/DCOM verwendete und auf Windows-zu-Windows-Verbindungen im selben LAN-Segment beschränkt war, ist OPC UA plattformunabhängig (Windows, Linux, Embedded), firewallfreundlich (ein einzelner TCP-Port) und unterstützt strukturierte Datenmodellierung über einfache Tag-Wert-Paare hinaus.

Drei OPC-UA-Funktionen sind besonders wertvoll für Gebäudeautomationsintegrationen: Der strukturierte Adressraum organisiert KNX-Knoten nach Gebäudehierarchie statt flacher Tag-Listen; die Datentypisierung bildet KNX-DPTs direkt auf OPC-UA-Basistypen ohne manuelle Skalierung ab; und die abonnementbasierte Push-Zustellung bedeutet, dass SCADA-Clients Wertaktualisierungen nur erhalten, wenn sich Werte ändern, nicht bei jedem Abfragezyklus.

OPC UA Vorteile gegenüber OPC DA

  • Plattformunabhängig: Windows, Linux, Embedded
  • Keine DCOM-Konfiguration – einzelner TCP-Port (4840)
  • X.509-Zertifikatsauthentifizierung und -verschlüsselung
  • Strukturierter Adressraum mit Metadaten
  • Push-basiertes Abonnement: kein Polling-Overhead

BMS-Plattformen mit OPC-UA-Client

  • Siemens Desigo CC (nativer OPC-UA-Treiber)
  • Schneider EcoStruxure Building Operation
  • Honeywell Niagara Framework (Tridium)
  • Inductive Automation Ignition SCADA
  • Siemens WinCC und TIA Portal

KNX Virtual Architektur

KNX Virtual is a software application from Lingg & Janke that runs on Windows or Linux and acts as both a KNX client and an OPC UA server. On the KNX side, it connects to the KNX installation via KNXnet/IP tunnelling (IP router or IP interface) or via a USB KNX interface attached to the server PC. On the OPC UA side, it listens on the configured TCP port and accepts connections from any OPC UA client.

Übersicht der KNX Virtual Architektur

KNX Installation (TP bus)
        │
        ▼
KNX IP Router / IP Interface (KNXnet/IP)
        │  (UDP multicast or unicast)
        ▼
KNX Virtual (Windows/Linux server)
  ├── KNXnet/IP tunnelling client
  ├── ETS6 group address import (XML / .knxproj)
  ├── DPT → OPC UA data type mapping
  └── OPC UA server (opc.tcp://server_ip:4840)
        │
        ▼
OPC UA Clients:
  ├── Siemens Desigo CC
  ├── Schneider EcoStruxure Building Operation
  ├── Ignition SCADA (Inductive Automation)
  └── Any IEC 62541-compliant client

Lizenzhinweis:KNX Virtual is licensed per number of KNX group addresses (nodes) exposed via OPC UA. Check the Lingg & Janke pricing tiers before designing the integration — a 500-node licence covers most commercial building projects, while large campus installations with thousands of KNX objects require higher tiers. The licence is node-count-based, not client-count-based: any number of OPC UA clients can connect simultaneously.

Installation und Konfiguration

Die KNX Virtual Einrichtung erfordert vier Konfigurationsschritte, bevor OPC UA Clients eine Verbindung herstellen können: KNXnet/IP-Verbindung, ETS6 Gruppenadressenimport, OPC UA Endpunktkonfiguration und Sicherheitszertifikatsetup. Führen Sie diese in der Reihenfolge aus – OPC UA Clients können den Adressraum erst durchsuchen, wenn Gruppenadressen importiert wurden.

KNX Virtual Einrichtungsablauf

Step 1: KNXnet/IP connection
  Settings → KNX → Connection type: KNXnet/IP tunnelling
  IP address of KNX IP router (e.g. 192.168.1.10)
  Tunnelling port: 3671 (default)
  Test: KNX bus status indicator shows green

Step 2: ETS6 group address import
  Option A: Export from ETS6 → File → Export Group Addresses
            Format: XML (OPC UA compatible) or CSV
  Option B: Import full .knxproj file directly
  Settings → Import → select exported file
  All group addresses appear in the node browser

Step 3: OPC UA endpoint configuration
  Settings → OPC UA → Endpoint URL:
  opc.tcp://192.168.1.50:4840
  Port 4840 is the IANA-assigned OPC UA default
  Change only if firewall rules require alternate port

Step 4: Security mode
  None:          No authentication, no encryption (testing only)
  Sign:          Certificate-based authentication, no encryption
  Sign+Encrypt:  Certificate authentication + TLS encryption
  Recommended for production: Sign+Encrypt

X.509-Zertifikatserstellung: KNX Virtual generiert beim ersten Start ein selbstsigniertes X.509-Zertifikat. Für die Sicherheitsmodi Sign oder Sign+Encrypt muss der BMS-Client dieses Zertifikat vertrauen – exportieren Sie das KNX Virtual Serverzertifikat und importieren Sie es in den Vertrauensspeicher des BMS-Clients. Importieren Sie analog das BMS-Clientzertifikat in die Liste der vertrauenswürdigen Clients von KNX Virtual. Einige Clients (Ignition) führen den Zertifikatsaustausch bei der ersten Verbindung automatisch durch; Desigo CC erfordert manuellen Zertifikatsimport.

OPC UA Adressraumstruktur

KNX Virtual organisiert importierte Gruppenadressen im OPC UA Adressraum unter Verwendung der ETS6 Gruppenadressenhierarchie: Hauptgruppe wird zu einem OPC UA Ordner, Untergruppe zu einem OPC UA Objekt und einzelne Gruppenadressen zu OPC UA Variablenknoten mit DPT-abgeleiteten Datentypen. Dies spiegelt die ETS6-Struktur wider, die KNX-Ingenieuren vertraut ist, und macht das Durchsuchen des OPC UA Knotenbaums intuitiv für BMS-Ingenieure, die Zugriff auf den ETS6 Gruppenadressenplan haben.

KNX ElementOPC UA AbbildungBeispiel
Hauptgruppe (0–31)OPC UA-OrdnerknotenOrdner: Beleuchtung
Untergruppe (0–7)OPC UA-ObjektknotenObjekt: Etage 01
Gruppenadresse (0–255)OPC UA Variable-KnotenVariable: Büro 101 Dimmen
DPT 1.001 (Boolean)OPC UA Booleantrue / false
DPT 5.001 (Prozent)OPC UA Byte (0–255) oder Float0.0 – 100.0
DPT 9.001 (Temperatur)OPC UA Float-273.0 – 670760.96
DPT 12.001 (4-Byte uint)OPC UA UInt320 – 4294967295
DPT 16.001 (String 14 Zeichen)OPC UA StringASCII-Text

Siemens Desigo CC OPC UA Client

Desigo CC enthält einen nativen OPC-UA-Client-Treiber, der den KNX-Virtual-Adressraum durchsucht und KNX-Knoten in die Desigo CC-Anlagenhierarchie integriert. Anders als der BACnet/IP-Treiber erfordert OPC UA in allen Desigo CC-Konfigurationen keine Punktlizenzen pro Signal – überprüfen Sie dies mit dem Siemens-Lizenzangebot für das jeweilige Projekt.

Desigo CC OPC UA-Integrationsschritte

1. Desigo CC Workstation
   → System Management → Network → Add OPC UA server
   → Endpoint URL: opc.tcp://192.168.1.50:4840
   → Security: Sign+Encrypt (recommended)

2. Certificate exchange:
   → Export KNX Virtual server certificate
   → Import into Desigo CC OPC UA trusted servers
   → Export Desigo CC client certificate
   → Import into KNX Virtual trusted clients list
   → Connection status: Connected (green)

3. Browse and import KNX nodes:
   → Expand node tree: Root → KNX → Main Group → Sub Group
   → Drag variable nodes to Desigo CC Floor Plan asset structure
   → Assign display names matching CAFM room numbering

4. Bind to Desigo CC functions:
   → Alarms: right-click Boolean variable → Create Alarm
   → Trends: right-click Float variable → Create Trend Log
   → Graphics: drag data point to Desigo CC graphic template

Schneider EcoStruxure Building Operation

Schneider EcoStruxure Building Operation (EBO) enthält einen OPC UA-Client als Standardtreiber in den SmartX AS-P- und AS-B-Automatisierungsservern. EBO versteht nativ Gebäudeautomatisierungsdatentypen und ordnet OPC UA Float-Knoten EBO-Analogdatenpunkten und OPC UA Boolean-Knoten EBO-Binärdatenpunkten zu, ohne dass eine manuelle Skalierungskonfiguration erforderlich ist.

EBO OPC UA-Bindungsschritte

  • EBO WorkStation → OPC UA-Treiber → Server hinzufügen
  • KNX Virtual-Endpunkt-URL eingeben
  • Knotenbaum zu KNX-Gruppenadressen durchsuchen
  • Knoten an EBO-Datenpunkte binden (analog/binär)
  • Mit EBO-Grafiken, Alarmen und Zeitplänen verknüpfen

EBO native DPT-Unterstützung

EBO wendet automatisch Einheitenbezeichnungen (°C, %, Lux, kWh) basierend auf der OPC-UA-EngineeringUnits-Eigenschaft des Knotens an. KNX Virtual befüllt EngineeringUnits aus der ETS6-DPT-Definition – Temperaturknoten erscheinen mit der Einheit °C, Energie mit kWh, ohne manuelle Konfiguration in EBO.

SCADA-Integration: Ignition und WinCC

Industrielle SCADA-Plattformen dienen zunehmend als Datenebene für ISO-50001-Energiemanagementsysteme (EnMS) in Gewerbegebäuden. KNX-Energiezählerdaten – Zonenleistungsbedarf, Energieverbrauch, Leistungsfaktor – werden für EnMS-Leistungsindikatoren (KPIs) und ISO-50001-Abschnitt-6.6-Energieeffizienzindikatoren (EnPIs) benötigt.

Ignition SCADA OPC UA → KNX-Energieüberwachung

Ignition Designer → OPC Connections → Add OPC UA server
  Server URL: opc.tcp://192.168.1.50:4840
  Security: Sign+Encrypt
  Certificate: accept KNX Virtual cert (Ignition auto-trusts)

Tag Browser → OPC → Browse KNX Virtual nodes:
  Root/KNX/Energy/FloorB1/Zone01_kWh → drag to Tag Editor
  Tag name: FloorB1_Zone01_Energy
  Data type: Float (from DPT 12.001 / OPC UA UInt32)
  Deadband: 0.01 kWh

Historian configuration (for ISO 50001 trending):
  Tag history → Sample mode: On Change
  Storage provider: Ignition Historian (TimescaleDB)
  Max age: 5 years (ISO 50001 baseline requirement)

EnMS dashboard (Ignition Perspective):
  Zone kWh bar chart (monthly, year-over-year)
  Peak demand (kW) time-series per zone
  Energy intensity: kWh per m² per month
  Export to Excel: Ignition Report Module → XLSX

Siemens WinCC OPC UA

WinCC V7.5 und höher enthält nativ OPC-UA-Client-Konnektivität. Fügen Sie KNX Virtual als OPC-UA-Server im WinCC-OPC-UA-Kanal hinzu, navigieren Sie zu KNX-Energieknoten und binden Sie diese an WinCC-Tags für Trend- und Alarmprotokollierung. WinCC TIA Portal V16+ unterstützt ebenfalls OPC-UA-Verbindungen direkt von der HMI/SCADA-Ebene.

InduSoft Web Studio

AVEVA InduSoft Web Studio (jetzt AVEVA Edge) enthält einen OPC UA-Client-Treiber. Verbinden Sie sich mit KNX Virtual unter Verwendung derselben Endpunkt-URL und des gleichen Zertifikatsvertrauensverfahrens. InduSoft unterstützt OPC UA-Abonnements mit konfigurierbarem Totband – konfigurieren Sie ein Totband von 0,01 kWh für Energiesummen, um übermäßige Datenbankschreibvorgänge zu vermeiden.

Abonnement vs. Polling: Netzwerkeffizienz

Der grundlegende Vorteil von OPC UA-Abonnements gegenüber Modbus-Polling oder BACnet COV sind konfigurierbare Veröffentlichungsintervalle und Totbänder auf Abonnementebene, unabhängig von der zugrunde liegenden KNX-Abfragerate. Ein SCADA-System mit 2.000 KNX-Knoten kann alle Knoten mit einem Veröffentlichungsintervall von 500 ms abonnieren – erhält aber nur Netzwerkpakete für Knoten, die sich tatsächlich über ihr Totband hinaus geändert haben.

OPC UA-Abonnementkonfiguration

Subscription parameters (configured in OPC UA client):
  Publishing interval:    500ms (minimum update rate)
  Lifetime count:         1200 (600 seconds before timeout)
  Max keep-alive count:   20   (10 seconds between heartbeats)
  Max notifications:      0    (unlimited per publish cycle)

Monitored item parameters (per node):
  Sampling interval:  500ms (same as publishing interval)
  Queue size:         1 (latest value only)
  Discard oldest:     true

Deadband configuration (prevents unnecessary publishes):
  Temperature nodes:      Absolute ±0.1°C
  Energy total (kWh):     Absolute ±1 kWh
  Power demand (kW):      Absolute ±0.05 kW
  Lighting dimmer (%):    Absolute ±0.5%
  Binary (on/off):        No deadband (always publish changes)

Network impact example:
  2,000 KNX nodes, 500ms publishing interval, 90% static:
  Without deadband: 4,000 OPC UA publish messages/second
  With deadband:    ~200 messages/second (only changed values)
  Network load reduction: 95%

Mehrere Clients, ein Server: OPC UA unterstützt mehrere gleichzeitige Client-Abonnements auf demselben Server. Desigo CC, Ignition SCADA und ein Energiemanagement-Dashboard können gleichzeitig KNX-Energieknoten abonnieren. KNX Virtual verwaltet für jeden Client einen separaten Abonnementstatus – Veröffentlichungsintervalle, Totbänder und überwachte Knotenmengen sind pro Client unabhängig. Der KNX-Bus wird nur einmal abgefragt, unabhängig davon, wie viele OPC UA-Clients abonniert sind.

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