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使用C#开发OPC UA服务器

时间：2024-06-19 22:22:02浏览次数：24  
标签：name C# 服务器 OPC variable new UA

OPC基金会提供了OPC UA .NET标准库以及示例程序，但官方文档过于简单，光看官方文档和示例程序很难弄懂OPC UA .NET标准库怎么用，花了不少时间摸索才略微弄懂如何使用，以下记录如何从一个控制台程序开发一个OPC UA服务器。

安装Nuget包

安装OPCFoundation.NetStandard.Opc.Ua
image

主程序

修改Program.cs代码如下：

using Opc.Ua;
using Opc.Ua.Configuration;
using Opc.Ua.Server;

namespace SampleOpcUaServer
{
    internal class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            // 启动OPC UA服务器
            ApplicationInstance application = new ApplicationInstance();
            application.ConfigSectionName = "OpcUaServer";
            application.LoadApplicationConfiguration(false).Wait();
            application.CheckApplicationInstanceCertificate(false, 0).Wait();

            var server = new StandardServer();
            var nodeManagerFactory = new NodeManagerFactory();
            server.AddNodeManager(nodeManagerFactory);
            application.Start(server).Wait();

            // 模拟数据
            var nodeManager = nodeManagerFactory.NodeManager;
            var simulationTimer = new System.Timers.Timer(1000);
            var random = new Random();
            simulationTimer.Elapsed += (sender, EventArgs) =>
            {
                nodeManager?.UpdateValue("ns=2;s=Root_Test", random.NextInt64());
            };
            simulationTimer.Start();

            // 输出OPC UA Endpoint
            Console.WriteLine("Endpoints:");
            foreach (var endpoint in server.GetEndpoints().DistinctBy(x => x.EndpointUrl))
            {
                Console.WriteLine(endpoint.EndpointUrl);
            }

            Console.WriteLine("按Enter添加新变量");
            Console.ReadLine();

            // 添加新变量
            nodeManager?.AddVariable("ns=2;s=Root", "Test2", (int)BuiltInType.Int16, ValueRanks.Scalar);
            Console.WriteLine("已添加变量");
            Console.ReadLine();
        }
    }
}

上述代码中：

  • ApplicationInstance是OPC UA标准库中用于配置OPC UA Server和检查证书的类。
  • application.ConfigSectionName指定了配置文件的名称，配置文件是xml文件，将会在程序文件夹查找名为OpcUaServer.Config.xml的配置文件。配置文件内容见后文。
  • application.LoadApplicationConfiguration加载前面指定的配置文件。如果不想使用配置文件，也可通过代码给application.ApplicationConfiguration赋值。
  • 有StandardServer和ReverseConnectServer两种作为OPC UA服务器的类，ReverseConnectServer派生于StandardServer，这两种类的区别未深入研究，用StandardServer可满足基本的需求。
  • OPC UA的地址空间由节点组成，简单理解节点就是提供给OPC UA客户端访问的变量和文件夹。通过server.AddNodeManager方法添加节点管理工厂类，NodeManagerFactory类定义见后文。
  • 调用application.Start(server)方法后，OPC UA Server就会开始运行，并不会阻塞代码，为了保持在控制台程序中运行，所以使用Console.ReadLine()阻塞程序。
  • nodeManager?.UpdateValue是自定义的更新OPC UA地址空间中变量值的方法。
  • nodeManager?.AddVariable在此演示动态添加一个新的变量。

OPC UA配置文件

新建OpcUaServer.Config.xml文件。

image

在属性中设为“始终赋值”。

image

内容如下：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<ApplicationConfiguration
  xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
  xmlns:ua="http://opcfoundation.org/UA/2008/02/Types.xsd"
  xmlns="http://opcfoundation.org/UA/SDK/Configuration.xsd"
>
	<ApplicationName>Sample OPC UA Server</ApplicationName>
	<ApplicationUri>urn:localhost:UA:OpcUaServer</ApplicationUri>
	<ProductUri>uri:opcfoundation.org:OpcUaServer</ProductUri>
	<ApplicationType>Server_0</ApplicationType>

	<SecurityConfiguration>

		<!-- Where the application instance certificate is stored (MachineDefault) -->
		<ApplicationCertificate>
			<StoreType>Directory</StoreType>
			<StorePath>%CommonApplicationData%\OPC Foundation\pki\own</StorePath>
			<SubjectName>CN=Sample Opc Ua Server, C=US, S=Arizona, O=SomeCompany, DC=localhost</SubjectName>
		</ApplicationCertificate>

		<!-- Where the issuer certificate are stored (certificate authorities) -->
		<TrustedIssuerCertificates>
			<StoreType>Directory</StoreType>
			<StorePath>%CommonApplicationData%\OPC Foundation\pki\issuer</StorePath>
		</TrustedIssuerCertificates>

		<!-- Where the trust list is stored -->
		<TrustedPeerCertificates>
			<StoreType>Directory</StoreType>
			<StorePath>%CommonApplicationData%\OPC Foundation\pki\trusted</StorePath>
		</TrustedPeerCertificates>

		<!-- The directory used to store invalid certficates for later review by the administrator. -->
		<RejectedCertificateStore>
			<StoreType>Directory</StoreType>
			<StorePath>%CommonApplicationData%\OPC Foundation\pki\rejected</StorePath>
		</RejectedCertificateStore>
	</SecurityConfiguration>

	<TransportConfigurations></TransportConfigurations>

	<TransportQuotas>
		<OperationTimeout>600000</OperationTimeout>
		<MaxStringLength>1048576</MaxStringLength>
		<MaxByteStringLength>1048576</MaxByteStringLength>
		<MaxArrayLength>65535</MaxArrayLength>
		<MaxMessageSize>4194304</MaxMessageSize>
		<MaxBufferSize>65535</MaxBufferSize>
		<ChannelLifetime>300000</ChannelLifetime>
		<SecurityTokenLifetime>3600000</SecurityTokenLifetime>
	</TransportQuotas>
	<ServerConfiguration>
		<BaseAddresses>
			<ua:String>https://localhost:62545/OpcUaServer/</ua:String>
			<ua:String>opc.tcp://localhost:62546/OpcUaServer</ua:String>
		</BaseAddresses>
		<SecurityPolicies>
			<ServerSecurityPolicy>
				<SecurityMode>SignAndEncrypt_3</SecurityMode>
				<SecurityPolicyUri>http://opcfoundation.org/UA/SecurityPolicy#Basic256Sha256</SecurityPolicyUri>
			</ServerSecurityPolicy>
			<ServerSecurityPolicy>
				<SecurityMode>None_1</SecurityMode>
				<SecurityPolicyUri>http://opcfoundation.org/UA/SecurityPolicy#None</SecurityPolicyUri>
			</ServerSecurityPolicy>
			<ServerSecurityPolicy>
				<SecurityMode>Sign_2</SecurityMode>
				<SecurityPolicyUri></SecurityPolicyUri>
			</ServerSecurityPolicy>
			<ServerSecurityPolicy>
				<SecurityMode>SignAndEncrypt_3</SecurityMode>
				<SecurityPolicyUri></SecurityPolicyUri>
			</ServerSecurityPolicy>
		</SecurityPolicies>
		<UserTokenPolicies>
			<ua:UserTokenPolicy>
				<ua:TokenType>Anonymous_0</ua:TokenType>
			</ua:UserTokenPolicy>
			<ua:UserTokenPolicy>
				<ua:TokenType>UserName_1</ua:TokenType>
			</ua:UserTokenPolicy>
			<ua:UserTokenPolicy>
				<ua:TokenType>Certificate_2</ua:TokenType>
			</ua:UserTokenPolicy>
			<!--
      <ua:UserTokenPolicy>
        <ua:TokenType>IssuedToken_3</ua:TokenType>
        <ua:IssuedTokenType>urn:oasis:names:tc:SAML:1.0:assertion:Assertion</ua:IssuedTokenType>
      </ua:UserTokenPolicy>
      -->
		</UserTokenPolicies>
		<DiagnosticsEnabled>false</DiagnosticsEnabled>
		<MaxSessionCount>100</MaxSessionCount>
		<MinSessionTimeout>10000</MinSessionTimeout>
		<MaxSessionTimeout>3600000</MaxSessionTimeout>
		<MaxBrowseContinuationPoints>10</MaxBrowseContinuationPoints>
		<MaxQueryContinuationPoints>10</MaxQueryContinuationPoints>
		<MaxHistoryContinuationPoints>100</MaxHistoryContinuationPoints>
		<MaxRequestAge>600000</MaxRequestAge>
		<MinPublishingInterval>100</MinPublishingInterval>
		<MaxPublishingInterval>3600000</MaxPublishingInterval>
		<PublishingResolution>50</PublishingResolution>
		<MaxSubscriptionLifetime>3600000</MaxSubscriptionLifetime>
		<MaxMessageQueueSize>10</MaxMessageQueueSize>
		<MaxNotificationQueueSize>100</MaxNotificationQueueSize>
		<MaxNotificationsPerPublish>1000</MaxNotificationsPerPublish>
		<MinMetadataSamplingInterval>1000</MinMetadataSamplingInterval>
		<AvailableSamplingRates>
			<SamplingRateGroup>
				<Start>5</Start>
				<Increment>5</Increment>
				<Count>20</Count>
			</SamplingRateGroup>
			<SamplingRateGroup>
				<Start>100</Start>
				<Increment>100</Increment>
				<Count>4</Count>
			</SamplingRateGroup>
			<SamplingRateGroup>
				<Start>500</Start>
				<Increment>250</Increment>
				<Count>2</Count>
			</SamplingRateGroup>
			<SamplingRateGroup>
				<Start>1000</Start>
				<Increment>500</Increment>
				<Count>20</Count>
			</SamplingRateGroup>
		</AvailableSamplingRates>
		<MaxRegistrationInterval>30000</MaxRegistrationInterval>
		<NodeManagerSaveFile>OpcUaServer.nodes.xml</NodeManagerSaveFile>
	</ServerConfiguration>

	<TraceConfiguration>
		<OutputFilePath>Logs\SampleOpcUaServer.log</OutputFilePath>
		<DeleteOnLoad>true</DeleteOnLoad>
		<!-- Show Only Errors -->
		<!-- <TraceMasks>1</TraceMasks> -->
		<!-- Show Only Security and Errors -->
		<!-- <TraceMasks>513</TraceMasks> -->
		<!-- Show Only Security, Errors and Trace -->
		<TraceMasks>515</TraceMasks>
		<!-- Show Only Security, COM Calls, Errors and Trace -->
		<!-- <TraceMasks>771</TraceMasks> -->
		<!-- Show Only Security, Service Calls, Errors and Trace -->
		<!-- <TraceMasks>523</TraceMasks> -->
		<!-- Show Only Security, ServiceResultExceptions, Errors and Trace -->
		<!-- <TraceMasks>519</TraceMasks> -->
	</TraceConfiguration>

</ApplicationConfiguration>

需要关注的内容有：

  • ApplicationName：在通过OPC UA工具连接此服务器时，显示的服务器名称就是该值。

  • ApplicationType：应用类型，可用的值有：

    • Server_0：服务器
    • Client_1：客户端
    • ClientAndServer_2：客户机和服务器
    • DisconveryServer_3：发现服务器。发现服务器用于注册OPC UA服务器，然后提供OPC UA客户端搜索到服务器。

  • SecurityConfiguration：该节点中指定了OPC UA的证书存储路径，一般保持默认，不需修改。

  • ServerConfiguration.BaseAddresses：该节点指定OPC UA服务器的url地址。

  • ServerConfiguration.SecurityPolicies：该节点配置允许的服务器安全策略，配置通讯是否要签名和加密。

  • ServerConfiguration.UserTokenPolicies：该节点配置允许的用户Token策略，例如是否允许匿名访问。

  • AvailableSamplingRates：配置支持的变量采样率。

  • TraceConfiguration：配置OPC UA服务器的日志记录，设定日志记录路径，配置的路径是在系统临时文件夹下的路径，日志文件的完整路径是在%TEMP%\Logs\SampleOpcUaServer.log。

NodeManagerFactory

新建NodeManagerFactory类，OPC UA server将调用该类的Create方法创建INodeManager实现类，而INodeManager实现类用于管理OPC UA地址空间。内容如下：

using Opc.Ua;
using Opc.Ua.Server;

namespace SampleOpcUaServer
{
    internal class NodeManagerFactory : INodeManagerFactory
    {
        public NodeManager? NodeManager { get; private set; }
        public StringCollection NamespacesUris => new StringCollection() { "http://opcfoundation.org/OpcUaServer" };

        public INodeManager Create(IServerInternal server, ApplicationConfiguration configuration)
        {
            if (NodeManager != null)
                return NodeManager;

            NodeManager = new NodeManager(server, configuration, NamespacesUris.ToArray());
            return NodeManager;
        }
    }
}
  • 实现INodeManagerFactory接口，需实现NamespacesUris属性和Create方法。
  • NodeManager类是自定义的类，定义见后文。
  • 为了获取Create方法返回的NodeManager类，定义了NodeManager属性。

NodeManager

新建NodeManager类：

using Opc.Ua;
using Opc.Ua.Server;

namespace SampleOpcUaServer
{
    internal class NodeManager : CustomNodeManager2
    {
        public NodeManager(IServerInternal server, params string[] namespaceUris)
            : base(server, namespaceUris)
        {
        }

        public NodeManager(IServerInternal server, ApplicationConfiguration configuration, params string[] namespaceUris)
            : base(server, configuration, namespaceUris)
        {
        }

        protected override NodeStateCollection LoadPredefinedNodes(ISystemContext context)
        {
            FolderState root = CreateFolder(null, "Root");
            root.AddReference(ReferenceTypes.Organizes, true, ObjectIds.ObjectsFolder); // 将节点添加到服务器根节点
            root.EventNotifier = EventNotifiers.SubscribeToEvents;
            AddRootNotifier(root);

            CreateVariable(root, "Test", BuiltInType.Int64, ValueRanks.Scalar);

            return new NodeStateCollection(new List<NodeState> { root });
        }

        protected virtual FolderState CreateFolder(NodeState? parent, string name)
        {
            string path = parent?.NodeId.Identifier is string id ? id + "_" + name : 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;
        }

        protected virtual BaseDataVariableState CreateVariable(NodeState? parent, string name, BuiltInType dataType, int valueRank)
        {
            return CreateVariable(parent, name, (uint)dataType, valueRank);
        }

        protected virtual BaseDataVariableState CreateVariable(NodeState? parent, string name, NodeId dataType, int valueRank)
        {
            string path = parent?.NodeId.Identifier is string id ? id + "_" + name : name;

            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.None;
            variable.UserWriteMask = AttributeWriteMask.None;
            variable.DataType = dataType;
            variable.ValueRank = valueRank;
            variable.AccessLevel = AccessLevels.CurrentReadOrWrite;
            variable.UserAccessLevel = AccessLevels.CurrentReadOrWrite;
            variable.Historizing = false;
            variable.Value = Opc.Ua.TypeInfo.GetDefaultValue(dataType, valueRank, Server.TypeTree);
            variable.StatusCode = StatusCodes.Good;
            variable.Timestamp = DateTime.UtcNow;

            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;
        }

        public void UpdateValue(NodeId nodeId, object value)
        {
            var variable = (BaseDataVariableState)FindPredefinedNode(nodeId, typeof(BaseDataVariableState));
            if (variable != null)
            {
                variable.Value = value;
                variable.Timestamp = DateTime.UtcNow;
                variable.ClearChangeMasks(SystemContext, false);
            }
        }

		public void AddFolder(NodeId parentId, string name)
		{
		    var node = Find(parentId);
		    if (node != null)
		    {
		        CreateFolder(node, name);
		        AddPredefinedNode(SystemContext, node);
		    }
		}

		public void AddVariable(NodeId parentId, string name, BuiltInType dataType, int valueRank)
		{
		    AddVariable(parentId, name, (uint)dataType, valueRank);
		}

		public void AddVariable(NodeId parentId, string name, NodeId dataType, int valueRank)
		{
		    var node = Find(parentId);
		    if (node != null)
		    {
		        CreateVariable(node, name, dataType, valueRank);
		        AddPredefinedNode(SystemContext, node);
		    }
		}
    }
}

上述代码中：

  • 需继承CustomNodeManager2，这是OPC UA标准库中提供的类。
  • 重写LoadPredefinedNodes方法，在该方法中配置预定义节点。其中创建了一个Root文件夹，Root文件夹中添加了Test变量。
  • root.AddReference(ReferenceTypes.Organizes, true, ObjectIds.ObjectsFolder)该语句将节点添加到OPC UA服务器根节点，如果不使用该语句，可在Server节点下看到添加的节点。
  • CreateFolder是定义的方法，用于简化创建文件夹节点。
  • CreateVariable是自定义的方法，用于简化创建变量节点。
  • UpdateValue是用于更新变量节点值的方法。其中修改值后，需调用ClearChangeMasks方法，才能通知客户端更新值。
  • AddFolder用于启动服务器后添加新的文件夹。
  • AddVariable用于启动服务器后添加新的变量。

测试服务器

比较好用的测试工具有：

  • UaExpert：Unified Automation公司提供的测试工具，需安装，能用于连接OPC UA。

  • OpcExpert：opcti公司提供的免费测试工具，绿色版，能连接OPC和OPC UA。

以下用OpcExpert测试。

浏览本地计算机可发现OPC UA服务器，可看到添加的Root节点和Test变量，Test变量的值会每秒更新。

image

源码地址：https://github.com/Yada-Yang/SampleOpcUaServer

标签：name,C#,服务器,OPC,variable,new,UA
From： https://www.cnblogs.com/yada/p/18257593

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