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OPCUA 讨论（一）——测验与开发环境建立

邻居的猫1个月前 (12-09)后端开发742

一、前语

OPCUA（OPC Unified Architecture）是一种应用层数据通信协议，其标准由OPC基金会（OPC Foundation）拟定，笔者在作业期间（面向西门子数控体系的数据收集）触摸该协议较多。
西门子数控体系产品称作Sinumerik，其内部嵌入了一个OPCUA服务器，经过以太网衔接，能够用上位机（一般电脑或工控机）的OPCUA客户端程序拜访OPCUA服务器，获取Sinumerik数控体系内的各种数据。

收集到数据之后，咱们才干构建更进一步的作业，例如机床的数字孪生、工厂信息可视化大屏、实时机床健康状况评价等等，能够说数据收集是一切上层服务的根底。现在在机床数据收集方面，不同厂家的数控体系对外供给的收集协议都不太相同，例如FANUC有FOCAS、西门子有OPCUA、华中数控有NC-Link，咱们很或许遇到实践工厂中有支撑不同协议的多种数控体系，这时就需求咱们在数据收集软件中完成支撑不同协议的收集功用。

本系列文章聚集于西门子数控体系Sinumerik支撑的OPCUA通信协议，评论怎么运用微软dotNet结构（C#）开发数据收集程序，并逐渐完善各项功用，此外会结合OPC基金会官方文档评论OPCUA底层结构。根据其他协议的数据收集暂不评论。

二、预备作业

2.1 预备开发环境

2.1.1 Visual Studio2022

笔者运用的开发软件是微软的Visual Studio 2022，其完好装置包较大。
主张装备时参阅网上其他文章（关键词：.NET开发，VS2022）。操作体系是windows11家庭版。

2.1.2 dotNet（.NET）

dotNet（.NET）开发环境/运转环境和C#的联系能够了解为JDK/JVM和Java之间的联系，假如是核算机专业的应该能了解。
假如不是核算机的，我简略解释一下，核算机底层（CPU）需求的是核算机电子电路能够了解的二进制机器码，不同CPU架构（x86、ARM）的机器码不相同，咱们写的C#代码文本都需求转化、翻译成和核算机能读懂的机器码，因此有了.NET这类软件结构作为中心前言，担任转化、翻译，让核算机能够履行程序。

2.1.3 NuGet第三方包办理器

Visual Studio里边有个叫NuGet的东西，相当于Python的pip，Java的Maven，其效果是在咱们的项目里引进其他人写好的模块（第三方包）。
关于OPCUA相关的项目，必不可少的是OPC基金会供给的OPCUA相关模块，咱们都是运用这个NuGet引进的。

2.2 获取OPCUA客户端示例

示例代码在 https://gitee.com/zuoquangong/opcuaapi
（注：该示例代码现在非常粗糙，存在UI层面的bug，一些重要功用如“订阅”有待补全，笔者正在着手收拾中）

本OPCUA客户端示例的界面如下，规划的比较朴素，界面操作办法见第三章。

2.3 获取OPCUA服务器

咱们在开发时身边或许不会有Sinumerik数控体系，那么需求在电脑上装置一个能够用于测验的OPCUA服务器软件。

2.3.1 获取Prosys软件

引荐运用Prosys的软件，叫“Prosys OPC UA Simulation Server”，别下载错了。
Prosys官网进口：https://prosysopc.com/

留意，红框里这个“opc.tcp://SAM.mshome.net:53530/OPCUA/SimulationServer”便是该OPCUA服务器的拜访地址（传输层为TCP协议），咱们的OPCUA客户端拜访这个地址即可。
实践Sinumerik中，OPCUA服务器的端口是4840，能够衔接的IP一般有X127调试端口的192.168.215.1（该IP固定不可调），以及X130的公司网络端口192.168.1.6（该IP能够自己设，或经过DHCP获取）。

2.3.2 切换方式

这个软件有两种方式，根底方式（Basic Mode）和专家方式（Expert Mode），咱们用专家方式。切换办法如下：

2.3.3 添加个用户

Sinumerik体系的OPCUA默许用户是OpcUaClient，咱们在prosys里也建一个这样的用户。

留意，两次暗码共同“Add User”按钮才干被点击。

这样新用户创立结束，OPCUA客户端程序能够运用该用户身份与Prosys的OPCUA服务器树立会话衔接。

三、OPCUA初试

首先把prosys软件运转起来，即OPCUA服务器开端作业。
然后用Visual Studio2022翻开客户端项目，开端运转客户端代码。

3.1 衔接服务器

呈现界面后，在服务器地址输入prosys供给的OPC地址，并填写用户名、暗码信息。

点击“创立”，即可在服务器和客户端之间树立一个OPCUA会话：

成功树立OPCUA会话（Session）之后，能够检查当时会话相关信息：

咱们能够经过点击“创立”按钮，创立并保持多个会话；经过会话下拉菜单挑选当时会话（currentSession）；点击“撤销”按钮，能够断开（DisConnect）当时会话。

3.2 阅读OPCUA服务器内容

界面左边用于衔接服务器和会话办理（创立、切换、断开、检查信息），界面右侧则是根据当时会话的一些功用。
首先是阅读OPCUA服务器。OPCUA服务器内容能够树状目录方式进行阅读，点击“阅读”按钮，即可显现OPCUA服务器的根目录节点内容：

这儿每一个内容都称作一个“节点（Node）”，一个节点包括多个“特点（Attribute）”。
单击节点，即可显现节点信息（即节点内的各个特点）：

双击节点即可进入该节点，阅读其内部节点结构（例如双击“Objects”节点）：

点击“回来”按钮即可回来上一级目录。
以上是根本的阅读功用，实践上也包括了节点信息读取（readNode）和节点值读取（readValue），两种读取功用。在OPCUA中，根本的节点操作有：

其间“写入”操效果的较少，因为笔者的作业中，OPCUA服务器数据对应的是数控体系内数据，随意改写会导致安全问题。
完成这几个操作就根本完成了一个客户端的骨干功用，后边咱们将结合源码和文档对这些操作逐渐解读。

3.3 调查节点信息

一般咱们更重视怎么读取一个节点的值（readValue），咱们能够调查到每个节点都有一个ID

例如这个节点名称为“Counter”的节点，其ID为“ns=3;i=1002”，ns是“namespace”的简写，代表一个命名空间，“3”是该命名空间在服务器上的索引号，“1002”是其在该命名空间内的索引号。该节点值为4。
咱们进行数据收集，一般是经过OPCUA客户端的阅读功用（Browser）找到想要获取值的节点（例如机床Z轴坐标或电流）的ID，然后调用读取（readNode）或监控（subscription）办法，获取其值。

假如咱们客户端能缓存节点ID就不必阅读，能够直接读取节点值了。