python工業網際網路監控專案實戰4—python opcua
前面章節我們採用OPC作為裝置到上位的資訊互動的協議，本章我們介紹跨平臺的OPC UA。OPC作為早期的工業通訊規範，是基於COM/DCOM的技術實現的，用於裝置和軟體之間交換資料，最初，OPC標準僅限於Windows作業系統。OPC是OLE for Process Control的縮寫（中文意思：用於過程控制的OLE）。
OPC規範包括了3大部分：
- OPC DA：OPC實時資料訪問規範，定義了包括資料值，更新時間與資料品質資訊的相關標準。前面實戰2我們使用openOPC獲取的tag位號值就屬於OPC DA，通過OPC DA讀取底層裝置的狀態、工業引數等位號的實時資料。
- OPC HDA：OPC歷史資料訪問規範，定義了查詢、分析歷史資料和含有時標的資料的方法。
- OPC AE：OPC報警事件訪問規範，定義了報警與時間型別的訊息類資訊，以及狀態變化管理等相關標準。
由於基於COM/DCOM的技術有著不能跨平臺的根本缺點，隨著技術的發展，OPC基金會在2008年釋出了新的規範：OPC UA （OPC Unified Architecture）OPC 統一框架。
1. OPC UA是什麼
2008年釋出的OPC統一架構（UA）將各個OPC Classic規範的所有功能整合到一個可擴充套件的框架中，獨立於平臺並且面向服務。OPC UA規範不再是基於COM/DCOM技術，因此OPC UA不僅能在Windows平臺上實現，更可以在Linux，以及其它的嵌入式平臺中實現。
這種多層方法實現了最初設計UA規範時的目標：
- 功能對等性：所有COM OPC Classic規範都對映到UA
- 平臺獨立性：從嵌入式微控制器到基於雲的基礎設施
- 安全性：資訊加密、身份驗證和稽核
- 可擴充套件性：新增新功能而不影響現有應用程式的能力
- 綜合資訊建模：用於定義複雜資訊
2. OPC UA相對於傳統OPC的變化
功能對等性
OPC UA不僅支援傳統OPC的所有功能，更支援更多新的功能：
- 發現：在本地PC和/或網路上查詢可用的OPC伺服器
- 地址空間：所有資料都是分層表示的（例如檔案和資料夾），允許OPC客戶端發現、利用簡單和複雜的資料結構
- 按需：基於訪問許可權讀取和寫入資料/資訊
- 訂閱：監視資料/資訊，並且當值變化超出客戶端的設定時報告異常
- 事件：基於客戶端的設定通知重要資訊
- 方法：客戶端可以基於在伺服器上定義的方法來執行程式等
- OPC UA產品和OPC Classic產品之間的整合可以通過COM/Proxy Wrappers輕鬆實現。
平臺獨立性
鑑於市場上有各種各樣的硬體平臺和作業系統，平臺獨立性就顯得至關重要。OPC UA包含但不限於以下平臺及系統：
硬體平臺：傳統PC硬體、雲伺服器、PLC、微控制器（ARM等）
作業系統：Microsoft Windows、Apple OSX、Android或任何Linux發行版本等
OPC UA為企業之間的互操作性提供必要的M2M、M2E及兩者之間的基礎架構。
安全性
最大的變化是OPC UA可以通過任何單一埠（經管理員開放後）進行通訊，這使得OPC通訊不再會由於防火牆受到大量的限制，實現Internet 通訊。
綜合資訊建模
OPC UA資訊建模框架將資料轉換為資訊。通過完全面向物件的功能，即使是最複雜的多級結構也可以建模和擴充套件。資料型別和結構在配置檔案中定義。 例如，現有的OPC Classic規範被建模為UA配置檔案，也可以由其他組織擴充套件：
更詳細的內容請參閱OPC基金會官網：http://opcfoundation.cn/
3. 安裝python-opcua元件
pip安裝：pip install opcua
元件按照完畢後，我們可以在python環境執行uadiscover命令檢視效果：
由於執行電腦上沒有執行的opcua服務端，命令沒有發現任何opcua服務。下面通過執行opcua上最新的服務端程式碼再來看看效果。
- 在C:\Python\Python36-32\Scripts\下建立examples目錄；
- Copy opcua原始碼下的server-minimal.py到C:\Python\Python36-32\Scripts\examples；
- 在C:\Python\Python36-32目錄下執行命令，如下圖：
- python C:\Python\Python36-32\Scripts\examples\server-minimal.py
重新執行uadiscover命令，結果如下：
現在連線到 OPCUA Sever 的模擬器提供的 OPC UA 服務了。
4. 建立一個4C9反應罐的OPCUA Server模擬器
4.1. 在Solution上新增一個Python Application Project Tank4C9Svr
開啟Tank4C9Svr.py檔案，修改Example裡的server-minimal.py檔案裡程式碼，模擬4C9反應罐如下：
import sys
sys.path.insert(0, "..")
import time
import random
from opcua import ua, Server
if __name__ == "__main__":
# setup our server
server = Server()
server.set_endpoint("opc.tcp://0.0.0.0:4840/freeopcua/server/")
# setup our own namespace, not really necessary but should as spec
uri = "http://examples.freeopcua.github.io"
idx = server.register_namespace(uri)
# get Objects node, this is where we should put our nodes
objects = server.get_objects_node()
# populating our address space
myobj = objects.add_object(idx, "Tank4C9")
status = myobj.add_variable(idx, "Status", 0)
overheadFlow = myobj.add_variable(idx, "OverheadFlow", 0)
buttomsFlow = myobj.add_variable(idx, "ButtomsFlow", 0)
power = myobj.add_variable(idx, "Power", 0)
#myVar.set_writable() # Set MyVariable to be writable by clients
# starting!
server.start()
try:
count = 0
while True:
time.sleep(5)
count = count + 1
print(count%4)
if count%4>0:
status.set_value(1)
else:
status.set_value(0)
a= random.randint(100,500)
print("OverheadFlow:"+str(a))
overheadFlow.set_value(a)
buttomsFlow.set_value(random.randint(50,500))
power.set_value(random.randint(1000,5000))
finally:
#close connection, remove subcsriptions, etc
server.stop()
我們把Tank4C9Svr設定成solution預設啟動專案後，F5除錯執行Tank4C9Svr，如下圖：
5. opcua-client瀏覽4C9 opcua伺服器
安裝：pip install opcua-client
cmd視窗C:\Python\Python36-32\Scripts目錄下執行opcua-client.exe命令，如下圖：
位址列輸入 opc.tcp://localhost:4840 點選連線按鈕，就能看見我們構建的Tank4C9裝置和對於的tag變量了，如下圖：
我們可以在變數上右鍵來訂閱資料變化的讀取最新的資料值。
6. 小結
本小節主要介紹了OPC DA到OPC UA之間的關係，更多詳細的資訊參考OPC基金會官網。首先，我們使用 python-opcua 元件模擬構建一個Tank4C9的反應罐OPC UA伺服器，然後，演示OPC UA的Objects是如何構建的。最後，展示opcua-client連線這個OPCUA伺服器並訂閱資料變化是如何的顯示效果。下一節我們將用演示監控如何遷移到OPC UA資料通訊協議。
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