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

OPC UA dans l'automatisation des bâtiments

OPC Unified Architecture (IEC 62541) est le successeur de la famille de spécifications OPC Classic (OPC DA/HDA/AE) limitée à Windows. Alors que OPC DA utilisait COM/DCOM et était limité aux connexions Windows-Windows sur le même segment LAN, OPC UA est indépendant de la plateforme (Windows, Linux, embarqué), compatible avec les pare-feu (un seul port TCP) et prend en charge la modélisation structurée des données au-delà des simples paires étiquette-valeur.

Trois fonctionnalités d'OPC UA sont particulièrement utiles pour les intégrations d'automatisation des bâtiments : l'espace d'adressage structuré organise les nœuds KNX par hiérarchie de bâtiment plutôt que par listes plates d'étiquettes ; le typage des données mappe directement les DPT KNX sur les types de base OPC UA sans mise à l'échelle manuelle ; et la livraison par abonnement (push) signifie que les clients SCADA reçoivent les mises à jour de valeurs uniquement lorsque les valeurs changent, et non à chaque cycle d'interrogation.

Architecture KNX Virtual

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.

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

Installation et configuration

La configuration de KNX Virtual nécessite quatre étapes avant que les clients OPC UA puissent se connecter : connexion KNXnet/IP, importation des adresses de groupe ETS6, configuration du point d'extrémité OPC UA et configuration des certificats de sécurité. Effectuez-les dans l'ordre — les clients OPC UA ne peuvent pas parcourir l'espace d'adressage tant que les adresses de groupe ne sont pas importées.

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

Structure de l'espace d'adressage OPC UA

KNX Virtual organise les adresses de groupe importées dans l'espace d'adressage OPC UA en utilisant la hiérarchie des adresses de groupe ETS6 : le Groupe principal devient un dossier OPC UA, le Sous-groupe devient un objet OPC UA, et les adresses de groupe individuelles deviennent des nœuds variables OPC UA avec des types de données dérivés du DPT. Cela reflète la structure ETS6 familière aux ingénieurs KNX et rend la navigation dans l'arbre de nœuds OPC UA intuitive pour les ingénieurs BMS qui ont accès au plan d'adresses de groupe ETS6.

Client OPC UA Siemens Desigo CC

Desigo CC inclut un pilote client OPC UA natif qui parcourt l'espace d'adressage KNX Virtual et intègre les nœuds KNX dans la hiérarchie d'actifs Desigo CC. Contrairement au pilote BACnet/IP, OPC UA ne nécessite pas de licences par point par signal dans toutes les configurations Desigo CC – vérifiez avec le devis de licence Siemens pour le projet spécifique.

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) inclut un client OPC UA comme pilote standard dans les serveurs d'automatisation SmartX AS-P et AS-B. EBO comprend nativement les types de données d'automatisation des bâtiments et mappe les nœuds OPC UA Float aux points de données analogiques EBO et les nœuds OPC UA Boolean aux points de données binaires EBO sans nécessiter de configuration manuelle de mise à l'échelle.

Intégration SCADA : Ignition et WinCC

Les plateformes SCADA industrielles servent de plus en plus de couche de données pour les systèmes de management de l'énergie (SME) selon ISO 50001 dans les bâtiments commerciaux. Les données des compteurs d'énergie KNX — demande de puissance de zone, consommation d'énergie, facteur de puissance — sont nécessaires pour les indicateurs clés de performance (KPI) du SME et les indicateurs de performance énergétique (IPE) de la section 6.6 d'ISO 50001.

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

Abonnement vs interrogation : efficacité réseau

L'avantage fondamental des abonnements OPC UA par rapport à l'interrogation Modbus ou BACnet COV réside dans les intervalles de publication et les zones mortes configurables au niveau de l'abonnement, indépendamment du taux de scrutation KNX sous-jacent. Un système SCADA avec 2 000 nœuds KNX peut s'abonner à tous les nœuds avec un intervalle de publication de 500 ms — mais ne reçoit des paquets réseau que pour les nœuds qui ont effectivement changé au-delà de leur zone morte.

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%