前言
最近接手了一个项目，做一个 OPC-UA 服务端？刚听到这个消息我是一脸懵，发自灵魂的三问“OPC-UA是什么？”、“要怎么做？”、“有什么用？”。
我之前都是做互联网相关的东西，这种物联网的还真是第一次接触。没办法只能打开我的浏览器四处搜索，结果百度了一圈下来发现都是要么是介绍OPC-UA是什么的，要么就是OPC-UA客户端，反正服务端相关的内容是找了半天都没找到，但这是领导们安排的任务啊，我总不能回复网上没有教程吧，于是只能把目光投向了最后的希望：GitHub，好在最后找到了OPC基金会的源码。
源码地址：https://github.com/OPCFoundation/UA-.NETStandard
不过这个源码对于我这种刚接触工业物联网的人来说，太过于复杂，而且网上相关的技术说明文档太少，觉得非常有必要动手记录一下我的OPC-UA服务端实现过程，方便以后回过头来巩固。
关于什么是OPC-UA、OPCFoundation是什么我就不多说了，百度以下，一大堆说这些理论东西的，咱们还是更喜欢动手干起来。
以下就是我实现OPC-UA服务端的记录，分享出来，大家一起探讨以下。由于我也是第一次接触这种工业物联网，所以有什么说的不对的，请大家多多指点，共同学习共同进步！
引入Nuget包
Nuget包管理器中搜索 OPCFoundation.NetStandard.Opc.Ua 安装即可；
关于OPCFoundation.NetStandard.Opc.Ua的源码就是我上面所说的OPC基金会的源码，感兴趣的请自行前往GitHub查看；
初始化节点树
重写CustomNodeManager2类的CreateAddressSpace()方法，在服务启动时会调用CreateAddressSpace()方法创建我们自己定义的各个节点。在我的代码中，我主要用到两种创建节点方式：
1、创建目录
private FolderState CreateFolder(NodeState parent, string path, string name) { FolderState folder = new FolderState(parent); folder.SymbolicName = name; folder.ReferenceTypeId = ReferenceTypes.Organizes; folder.TypeDefinitionId = ObjectTypeIds.FolderType; folder.NodeId = new NodeId(path, NamespaceIndex); folder.BrowseName = new QualifiedName(path, NamespaceIndex); folder.DisplayName = new LocalizedText("en", name); folder.WriteMask = AttributeWriteMask.None; folder.UserWriteMask = AttributeWriteMask.None; folder.EventNotifier = EventNotifiers.None; if (parent != null) { parent.AddChild(folder); } return folder; }
2、创建子节点
private BaseDataVariableState CreateVariable(NodeState parent, string path, string name, NodeId dataType, int valueRank) { BaseDataVariableState variable = new BaseDataVariableState(parent); variable.SymbolicName = name; variable.ReferenceTypeId = ReferenceTypes.Organizes; variable.TypeDefinitionId = VariableTypeIds.BaseDataVariableType; variable.NodeId = new NodeId(path, NamespaceIndex); variable.BrowseName = new QualifiedName(path, NamespaceIndex); variable.DisplayName = new LocalizedText("en", name); variable.WriteMask = AttributeWriteMask.DisplayName | AttributeWriteMask.Description; variable.UserWriteMask = AttributeWriteMask.DisplayName | AttributeWriteMask.Description; variable.DataType = dataType; variable.ValueRank = valueRank; variable.AccessLevel = AccessLevels.CurrentReadOrWrite; variable.UserAccessLevel = AccessLevels.CurrentReadOrWrite; variable.Historizing = false; //variable.Value = GetNewValue(variable); variable.StatusCode = StatusCodes.Good; variable.Timestamp = DateTime.Now; //此处绑定节点的写入事件 variable.OnWriteValue = OnWriteDataValue; if (valueRank == ValueRanks.OneDimension) { variable.ArrayDimensions = new ReadOnlyList<uint>(new List<uint> { 0 }); } else if (valueRank == ValueRanks.TwoDimensions) { variable.ArrayDimensions = new ReadOnlyList<uint>(new List<uint> { 0, 0 }); } if (parent != null) { parent.AddChild(variable); } return variable; }
简单的理解，我创建出来的节点树，类似于文件系统，从根节点开始向下是一级级的‘目录’，只有最后在‘目录’下的‘文件’才有值。
实时刷新数据
仅仅创建节点树还不够，他们的值都是固定的并不会变动，而实际的应用场景中，这些数据肯定是随时在变化的；所以，我们需要新开一个线程，去循环刷新我们各个节点的值。
Task.Run(() => { while (true) { try { //模拟获取实时数据 BaseDataVariableState node = null; /* * 在实际业务中应该是根据对应的标识来更新固定节点的数据 * 这里 我偷个懒 全部测点都更新为一个新的随机数 */ // _nodeDic:保存所有最子节点的字典Dictionary<string, BaseDataVariableState> foreach (var item in _nodeDic) { node = item.Value; node.Value = RandomLibrary.GetRandomInt(0, 99); node.Timestamp = DateTime.Now; //变更标识 只有执行了这一步,订阅的客户端才会收到新的数据 node.ClearChangeMasks(SystemContext, false); } //休息1秒 Thread.Sleep(1000 * 1); } catch (Exception ex) { Console.ForegroundColor = ConsoleColor.Red; Console.WriteLine("更新OPC-UA节点数据触发异常:" + ex.Message); Console.ResetColor(); } } });
动态添加节点
在实际的应用中，很有可能我们临时需要添加一个节点，或者由于某些业务的变动，我需要删除掉某些节点；这就好比我把电脑借给朋友之前，总是会先删掉E盘里的学习资料文件夹和里面的文件，等电脑还回来之后我再重新加上。
//nodes:包含所有节点及其从属关系的列表 public void UpdateNodesAttribute(List<OpcuaNode> nodes) { /* * 此处有想过删除整个菜单树,然后重建 保证各个NodeId仍与原来的一直 * 但是 后来发现这样会导致原来的客户端订阅信息丢失 无法获取订阅数据 * 所以 只能一级级的检查节点 然后修改属性 */ //修改或创建根节点 var scadas = nodes.Where(d => d.NodeType == NodeType.Scada); foreach (var item in scadas) { FolderState scadaNode = null; if (!_folderDic.TryGetValue(item.NodePath, out scadaNode)) { //如果根节点都不存在 那么整个树都需要创建 FolderState root = CreateFolder(null, item.NodePath, item.NodeName); root.AddReference(ReferenceTypes.Organizes, true, ObjectIds.ObjectsFolder); _references.Add(new NodeStateReference(ReferenceTypes.Organizes, false, root.NodeId)); root.EventNotifier = EventNotifiers.SubscribeToEvents; AddRootNotifier(root); CreateNodes(nodes, root, item.NodePath); _folderDic.Add(item.NodePath, root); AddPredefinedNode(SystemContext, root); continue; } else { scadaNode.DisplayName = item.NodeName; scadaNode.ClearChangeMasks(SystemContext, false); } } //修改或创建目录(此处设计为可以有多级目录,上面是演示数据,所以我只写了三级,事实上更多级也是可以的) var folders = nodes.Where(d => d.NodeType != NodeType.Scada && !d.IsTerminal); foreach (var item in folders) { FolderState folder = null; if (!_folderDic.TryGetValue(item.NodePath, out folder)) { var par = GetParentFolderState(nodes, item); folder = CreateFolder(par, item.NodePath, item.NodeName); AddPredefinedNode(SystemContext, folder); par.ClearChangeMasks(SystemContext, false); _folderDic.Add(item.NodePath, folder); } else { folder.DisplayName = item.NodeName; folder.ClearChangeMasks(SystemContext, false); } } //修改或创建测点 //这里我的数据结构采用IsTerminal来代表是否是测点 实际业务中可能需要根据自身需要调整 var paras = nodes.Where(d => d.IsTerminal); foreach (var item in paras) { BaseDataVariableState node = null; if (_nodeDic.TryGetValue(item.NodeId.ToString(), out node)) { node.DisplayName = item.NodeName; node.Timestamp = DateTime.Now; node.ClearChangeMasks(SystemContext, false); } else { FolderState folder = null; if (_folderDic.TryGetValue(item.ParentPath, out folder)) { node = CreateVariable(folder, item.NodePath, item.NodeName, DataTypeIds.Double, ValueRanks.Scalar); AddPredefinedNode(SystemContext, node); folder.ClearChangeMasks(SystemContext, false); _nodeDic.Add(item.NodeId.ToString(), node); } } } /* * 将新获取到的菜单列表与原列表对比 * 如果新菜单列表中不包含原有的菜单 * 则说明这个菜单被删除了 这里也需要删除 */ List<string> folderPath = _folderDic.Keys.ToList(); List<string> nodePath = _nodeDic.Keys.ToList(); var remNode = nodePath.Except(nodes.Where(d => d.IsTerminal).Select(d => d.NodeId.ToString())); foreach (var str in remNode) { BaseDataVariableState node = null; if (_nodeDic.TryGetValue(str, out node)) { var parent = node.Parent; parent.RemoveChild(node); _nodeDic.Remove(str); } } var remFolder = folderPath.Except(nodes.Where(d => !d.IsTerminal).Select(d => d.NodePath)); foreach (string str in remFolder) { FolderState folder = null; if (_folderDic.TryGetValue(str, out folder)) { var parent = folder.Parent; if (parent != null) { parent.RemoveChild(folder); _folderDic.Remove(str); } else { RemoveRootNotifier(folder); RemovePredefinedNode(SystemContext, folder, new List<LocalReference>()); } } } }
需要特别说明的是：OpcuaNode类的属性可能需要根据你们自己的业务数据来定，只要确保一点：你能根据OpcuaNode对象的集合组成对应的节点树即可，下面给出OpcuaNode类的代码，但也只能作为一个参考。
public class OpcuaNode { //节点路径(逐级拼接) public string NodePath { get; set; } //父节点路径(逐级拼接) public string ParentPath { get; set; } //节点编号 (在我的业务系统中的节点编号并不完全唯一,但是所有测点Id都是不同的) public int NodeId { get; set; } //是否端点(最底端子节点) public string NodeName { get; set; } //是否端点(最底端子节点) public bool IsTerminal { get; set; } //节点类型 public NodeType NodeType { get; set; } } public enum NodeType { //根节点 Scada = 1, //目录 Channel = 2, //目录 Device = 3, //测点 Measure = 4 }
客户端读取历史数据
这个部分我也没有见到实际的应用，也不太清楚具体应该是怎么实现的，仅凭我的想象，我做如下的理解：
这些历史数据也是需要我们根据条件从数据源中查询出来，查询历史数据，就必然需要限定一个时间范围，所以我的实现代码如下：
public override void HistoryRead(OperationContext context, HistoryReadDetails details, TimestampsToReturn timestampsToReturn, bool releaseContinuationPoints, IList<HistoryReadValueId> nodesToRead, IList<HistoryReadResult> results, IList<ServiceResult> errors) { ReadProcessedDetails readDetail = details as ReadProcessedDetails; //假设查询历史数据 都是带上时间范围的 if (readDetail == null || readDetail.StartTime == DateTime.MinValue || readDetail.EndTime == DateTime.MinValue) { errors[0] = StatusCodes.BadHistoryOperationUnsupported; return; } for (int ii = 0; ii < nodesToRead.Count; ii++) { int sss = readDetail.StartTime.Millisecond; double res = sss + DateTime.Now.Millisecond; //这里 返回的历史数据可以是多种数据类型 请根据实际的业务来选择 Opc.Ua.KeyValuePair keyValue = new Opc.Ua.KeyValuePair() { Key = new QualifiedName(nodesToRead[ii].NodeId.Identifier.ToString()), Value = res }; results[ii] = new HistoryReadResult() { StatusCode = StatusCodes.Good, HistoryData = new ExtensionObject(keyValue) }; errors[ii] = StatusCodes.Good; //切记,如果你已处理完了读取历史数据的操作,请将Processed设为true,这样OPC-UA类库就知道你已经处理过了 不需要再进行检查了 nodesToRead[ii].Processed = true; } }
客户端写入数据
在创建节点时，绑定节点的数据写入事件就可以实现客户端向服务端写入数据。当然，关于这些数据要怎么保存，需要根据实际的业务来做具体的实现。
private ServiceResult OnWriteDataValue(ISystemContext context, NodeState node, NumericRange indexRange, QualifiedName dataEncoding, ref object value, ref StatusCode statusCode, ref DateTime timestamp) { BaseDataVariableState variable = node as BaseDataVariableState; try { //验证数据类型 TypeInfo typeInfo = TypeInfo.IsInstanceOfDataType( value, variable.DataType, variable.ValueRank, context.NamespaceUris, context.TypeTable); if (typeInfo == null || typeInfo == TypeInfo.Unknown) { return StatusCodes.BadTypeMismatch; } if (typeInfo.BuiltInType == BuiltInType.Double) { double number = Convert.ToDouble(value); value = TypeInfo.Cast(number, typeInfo.BuiltInType); } return ServiceResult.Good; } catch (Exception) { return StatusCodes.BadTypeMismatch; } }
启动服务端
当我们把OPC-UA服务端需要的功能都准备完成后，那就剩最后一步了：启动你的服务端。
var config = new ApplicationConfiguration() { ApplicationName = "AxiuOpcua", ApplicationUri = Utils.Format(@"urn:{0}:AxiuOpcua", System.Net.Dns.GetHostName()), ApplicationType = ApplicationType.Server, ServerConfiguration = new ServerConfiguration() { BaseAddresses = { "opc.tcp://localhost:8020/AxiuOpcua/DemoServer", "https://localhost:8021/AxiuOpcua/DemoServer" }, MinRequestThreadCount = 5, MaxRequestThreadCount = 100, MaxQueuedRequestCount = 200 }, SecurityConfiguration = new SecurityConfiguration { ApplicationCertificate = new CertificateIdentifier { StoreType = @"Directory", StorePath = @"%CommonApplicationData%OPC FoundationCertificateStoresMachineDefault", SubjectName = Utils.Format(@"CN={0}, DC={1}", "AxiuOpcua", System.Net.Dns.GetHostName()) }, TrustedIssuerCertificates = new CertificateTrustList { StoreType = @"Directory", StorePath = @"%CommonApplicationData%OPC FoundationCertificateStoresUA Certificate Authorities" }, TrustedPeerCertificates = new CertificateTrustList { StoreType = @"Directory", StorePath = @"%CommonApplicationData%OPC FoundationCertificateStoresUA Applications" }, RejectedCertificateStore = new CertificateTrustList { StoreType = @"Directory", StorePath = @"%CommonApplicationData%OPC FoundationCertificateStoresRejectedCertificates" }, AutoAcceptUntrustedCertificates = true, AddAppCertToTrustedStore = true }, TransportConfigurations = new TransportConfigurationCollection(), TransportQuotas = new TransportQuotas { OperationTimeout = 15000 }, ClientConfiguration = new ClientConfiguration { DefaultSessionTimeout = 60000 }, TraceConfiguration = new TraceConfiguration() }; config.Validate(ApplicationType.Server).GetAwaiter().GetResult(); if (config.SecurityConfiguration.AutoAcceptUntrustedCertificates) { config.CertificateValidator.CertificateValidation += (s, e) => { e.Accept = (e.Error.StatusCode == StatusCodes.BadCertificateUntrusted); }; } var application = new ApplicationInstance { ApplicationName = "AxiuOpcua", ApplicationType = ApplicationType.Server, ApplicationConfiguration = config }; //application.CheckApplicationInstanceCertificate(false, 2048).GetAwaiter().GetResult(); bool certOk = application.CheckApplicationInstanceCertificate(false, 0).Result; if (!certOk) { Console.WriteLine("证书验证失败!"); } // start the server. application.Start(new AxiuOpcuaServer()).Wait();
总结
我也是第一次接触OPC-UA，所做的这个服务端并不完善，只是提出来希望大家一起讨论，互相学习一下。毕竟我觉得C#在物联网方面的内容还是太少了。
关于示例程序的源码地址如下：
https://github.com/axiu233/AxiuOpcua.ServerDemo