利用C#實現OPC-UA服務端

前言node

最近接手了一個項目，作一個 OPC-UA 服務端？剛聽到這個消息我是一臉懵，發自靈魂的三問「OPC-UA是什麼？」、「要怎麼作？」、「有什麼用？」。
我以前都是作互聯網相關的東西，這種物聯網的還真是第一次接觸。沒辦法只能打開個人瀏覽器四處搜索，結果百度了一圈下來發現都是要麼是介紹OPC-UA是什麼的，要麼就是OPC-UA客戶端，反正服務端相關的內容是找了半天都沒找到，但這是領導們安排的任務啊，我總不能回覆網上沒有教程吧，因而只能把目光投向了最後的但願：GitHub，好在最後找到了OPC基金會的源碼。
源碼地址：https://github.com/OPCFoundation/UA-.NETStandard
不過這個源碼對於我這種剛接觸工業物聯網的人來講，太過於複雜，並且網上相關的技術說明文檔太少，以爲很是有必要動手記錄一下個人OPC-UA服務端實現過程，方便之後回過頭來鞏固。
關於什麼是OPC-UA、OPCFoundation是什麼我就很少說了，百度如下，一大堆說這些理論東西的，我們仍是更喜歡動手幹起來。
如下就是我實現OPC-UA服務端的記錄，分享出來，你們一塊兒探討如下。因爲我也是第一次接觸這種工業物聯網，因此有什麼說的不對的，請你們多多指點，共同窗習共同進步！

git

引入Nuget包
Nuget包管理器中搜索 OPCFoundation.NetStandard.Opc.Ua 安裝便可；
關於OPCFoundation.NetStandard.Opc.Ua的源碼就是我上面所說的OPC基金會的源碼，感興趣的請自行前往GitHub查看；

github

初始化節點樹
重寫CustomNodeManager2類的CreateAddressSpace()方法，在服務啓動時會調用CreateAddressSpace()方法建立咱們本身定義的各個節點。在個人代碼中，我主要用到兩種建立節點方式：
一、建立目錄

瀏覽器

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; }

二、建立子節點
數據結構

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; //此處綁定節點的寫入事件
    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; }

簡單的理解，我建立出來的節點樹，相似於文件系統，從根節點開始向下是一級級的‘目錄’，只有最後在‘目錄’下的‘文件’纔有值。app

實時刷新數據
僅僅建立節點樹還不夠，他們的值都是固定的並不會變更，而實際的應用場景中，這些數據確定是隨時在變化的；因此，咱們須要新開一個線程，去循環刷新咱們各個節點的值。
dom

Task.Run(() => { while (true) { try { //模擬獲取實時數據
            BaseDataVariableState node = null; /* * 在實際業務中應該是根據對應的標識來更新固定節點的數據 * 這裏 我偷個懶 所有測點都更新爲一個新的隨機數 */
            // _nodeDic:保存全部最子節點的字典Dictionary<string, BaseDataVariableState>
            foreach (var item in _nodeDic) { node = item.Value; node.Value = RandomLibrary.GetRandomInt(0, 99); node.Timestamp = DateTime.Now; //變動標識 只有執行了這一步,訂閱的客戶端纔會收到新的數據
                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節點數據觸發異常:" + ex.Message); Console.ResetColor(); } } });

動態添加節點
在實際的應用中，頗有可能咱們臨時須要添加一個節點，或者因爲某些業務的變更，我須要刪除掉某些節點；這就比如我把電腦借給朋友以前，老是會先刪掉E盤裏的學習資料文件夾和裏面的文件，等電腦還回來以後我再從新加上。
tcp

//nodes:包含全部節點及其從屬關係的列表
public void UpdateNodesAttribute(List<OpcuaNode> nodes) { /* * 此處有想過刪除整個菜單樹,而後重建 保證各個NodeId仍與原來的一直 * 可是 後來發現這樣會致使原來的客戶端訂閱信息丟失 沒法獲取訂閱數據 * 因此 只能一級級的檢查節點 而後修改屬性 */
    //修改或建立根節點
    var scadas = nodes.Where(d => d.NodeType == NodeType.Scada); foreach (var item in scadas) { FolderState scadaNode = null; if (!_folderDic.TryGetValue(item.NodePath, out scadaNode)) { //若是根節點都不存在 那麼整個樹都須要建立
            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); } } //修改或建立目錄(此處設計爲能夠有多級目錄,上面是演示數據,因此我只寫了三級,事實上更多級也是能夠的)
    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); } } //修改或建立測點 //這裏個人數據結構採用IsTerminal來表明是不是測點 實際業務中可能須要根據自身須要調整
    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); } } } /* * 將新獲取到的菜單列表與原列表對比 * 若是新菜單列表中不包含原有的菜單 * 則說明這個菜單被刪除了 這裏也須要刪除 */ 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>()); } } } }

須要特別說明的是：OpcuaNode類的屬性可能須要根據大家本身的業務數據來定，只要確保一點：你能根據OpcuaNode對象的集合組成對應的節點樹便可，下面給出OpcuaNode類的代碼，但也只能做爲一個參考。ide

public class OpcuaNode { //節點路徑(逐級拼接)
    public string NodePath { get; set; } //父節點路徑(逐級拼接)
    public string ParentPath { get; set; } //節點編號 (在個人業務系統中的節點編號並不徹底惟一,可是全部測點Id都是不一樣的)
    public int NodeId { get; set; } //是否端點(最底端子節點)
    public string NodeName { get; set; } //是否端點(最底端子節點)
    public bool IsTerminal { get; set; } //節點類型
    public NodeType NodeType { get; set; } } public enum NodeType { //根節點
    Scada = 1, //目錄
    Channel = 2, //目錄
    Device = 3, //測點
    Measure = 4 }

客戶端讀取歷史數據學習

這個部分我也沒有見到實際的應用，也不太清楚具體應該是怎麼實現的，僅憑個人想象，我作以下的理解：
這些歷史數據也是須要咱們根據條件從數據源中查詢出來，查詢歷史數據，就必然須要限定一個時間範圍，因此個人實現代碼以下：

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; //假設查詢歷史數據 都是帶上時間範圍的
    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; //這裏 返回的歷史數據能夠是多種數據類型 請根據實際的業務來選擇
        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; //切記,若是你已處理完了讀取歷史數據的操做,請將Processed設爲true,這樣OPC-UA類庫就知道你已經處理過了 不須要再進行檢查了
        nodesToRead[ii].Processed = true; } }

客戶端寫入數據
在建立節點時，綁定節點的數據寫入事件就能夠實現客戶端向服務端寫入數據。固然，關於這些數據要怎麼保存，須要根據實際的業務來作具體的實現。

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 { //驗證數據類型
        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; } }

啓動服務端

當咱們把OPC-UA服務端須要的功能都準備完成後，那就剩最後一步了：啓動你的服務端。

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 Foundation\CertificateStores\MachineDefault", SubjectName = Utils.Format(@"CN={0}, DC={1}", "AxiuOpcua", System.Net.Dns.GetHostName()) }, TrustedIssuerCertificates = new CertificateTrustList { StoreType = @"Directory", StorePath = @"%CommonApplicationData%\OPC Foundation\CertificateStores\UA Certificate Authorities" }, TrustedPeerCertificates = new CertificateTrustList { StoreType = @"Directory", StorePath = @"%CommonApplicationData%\OPC Foundation\CertificateStores\UA Applications" }, RejectedCertificateStore = new CertificateTrustList { StoreType = @"Directory", StorePath = @"%CommonApplicationData%\OPC Foundation\CertificateStores\RejectedCertificates" }, 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("證書驗證失敗!"); } // start the server.
application.Start(new AxiuOpcuaServer()).Wait();

總結
我也是第一次接觸OPC-UA，所作的這個服務端並不完善，只是提出來但願你們一塊兒討論，互相學習一下。畢竟我以爲C#在物聯網方面的內容仍是太少了。
關於示例程序的源碼地址以下：
https://github.com/axiu233/AxiuOpcua.ServerDemo