C#OPC(下)

安装 OPC UA SDK

通过 NuGet 包管理器，在 Visual Studio 中右键单击项目名称，选择 "管理 NuGet 程序包"，在搜索框中输入 "OPCFoundation.NetStandard.Opc.Ua"，找到对应的 OPC UA SDK 包后点击 "安装"，将其集成到 C# 项目中。

它和OPC安装流程一样。

配置 OPC UA 客户端应用程序

• 创建一个ApplicationConfiguration对象，用于配置 OPC UA 客户端的应用程序名称、应用程序 URI、产品 URI、安全配置等信息。例如：

ApplicationConfiguration config = new ApplicationConfiguration()
{
    ApplicationName = "OPC UA Client",
    ApplicationUri = "urn:localhost:OPC-UA-Client",
    ProductUri = "urn:OPC-UA-Client",
    SecurityConfiguration = new SecurityConfiguration
    {
        ApplicationCertificate = new CertificateIdentifier
        {
            StoreType = "Directory",
            StorePath = @"C:\OPC_UA_Client_Certificates",
            SubjectName = "OPC-UA-Client"
        }
    },
    TransportConfigurations = new TransportConfigurationCollection(),
    ClientConfiguration = new ClientConfiguration()
};
config.Validate(ApplicationType.Client);

连接到 OPC UA 服务器

• 使用EndpointDescription类指定 OPC UA 服务器的端点地址，格式通常为 "opc.tcp:// 服务器 IP 地址：端口号"。例如：EndpointDescription endpointDescription = EndpointDescription.Create("opc.tcp://localhost:4840");

EndpointDescription endpointDescription = EndpointDescription.Create("opc.tcp://localhost:4840");

• 创建EndpointConfiguration和ConfiguredEndpoint对象，用于配置和定义连接到服务器的端点。

EndpointConfiguration endpointConfiguration = EndpointConfiguration.Create(config);
ConfiguredEndpoint endpoint = new ConfiguredEndpoint(null, endpointDescription, endpointConfiguration);

• 使用Session.Create方法创建一个 OPC UA 会话，用于与服务器进行通信。

Session session = Session.Create(config, endpoint, false, "OPC-UA-Client", 60000, new UserIdentity(new AnonymousIdentityToken()), null).Result;

读取设备数据

• 确定要读取的设备数据对应的 OPC UA 节点 ID，可以通过设备的文档或在 OPC UA 服务器的地址空间中查找获得。例如，假设要读取一个名为 "ns=2;s=Demo.Static.Scalar.Double" 的节点的值：

NodeId nodeId = new NodeId("ns=2;s=Demo.Static.Scalar.Double");
DataValue dataValue = session.ReadValue(nodeId);
Console.WriteLine($"Node Value: {dataValue.Value}");

写入设备数据

• 确定要写入的设备数据对应的 OPC UA 节点 ID 和要写入的值。例如，要向一个名为 "ns=2;s=Demo.Static.Scalar.Int" 的节点写入整数值 100：

NodeId nodeId = new NodeId("ns=2;s=Demo.Static.Scalar.Int");
DataValue dataValue = new DataValue(100);
session.WriteValue(nodeId, dataValue);

订阅数据变更和处理事件

• 使用MonitoredItem类创建一个监控项，指定要监控的节点 ID 和监控模式等。例如：

NodeId nodeId = new NodeId("ns=2;s=Demo.Static.Scalar.Double");
MonitoredItem monitoredItem = new MonitoredItem(session.DefaultSubscription,
    1000,
    nodeId,
    MonitoringMode.Reporting,
    null);
monitoredItem.Notification += OnDataChange;
session.DefaultSubscription.AddItem(monitoredItem);
session.DefaultSubscription.ApplyChanges();

• 在事件处理方法中处理数据变更通知。例如：

private static void OnDataChange(MonitoredItem monitoredItem, MonitoredItemNotificationEventArgs args)
{
    DataValue dataValue = args.NotificationValue;
    Console.WriteLine($"Data changed: {dataValue.Value}");
}

断开与 OPC UA 服务器的连接

当不再需要与 OPC UA 服务器通信时，调用session.Close方法关闭会话，释放资源。例如：

session.Close();

OPC-UA协议通信

using Opc.Ua;
using Opc.Ua.Client;
using System;
using System.Threading.Tasks;

class OpcUaClient
{
    private static ApplicationConfiguration config;
    private static Session session;

    static async Task Main()
    {
        // 配置应用程序
        config = new ApplicationConfiguration()
        {
            ApplicationName = "OPC UA Client",
            ApplicationUri = "urn:localhost:OPC-UA-Client",
            ProductUri = "urn:OPC-UA-Client",
            SecurityConfiguration = new SecurityConfiguration
            {
                ApplicationCertificate = new CertificateIdentifier
                {
                    StoreType = "Directory",
                    StorePath = @"C:\OPC_UA_Client_Certificates",
                    SubjectName = "OPC-UA-Client"
                }
            },
            TransportConfigurations = new TransportConfigurationCollection(),
            ClientConfiguration = new ClientConfiguration()
        };
        config.Validate(ApplicationType.Client);

        // 尝试连接到服务器
        try
        {
            await ConnectToServer("opc.tcp://localhost:4840");
            Console.WriteLine("Connected to OPC UA Server.");

            // 读取数据
            await ReadData();

            // 写入数据
            await WriteData();

            // 订阅数据
            await SubscribeData();

            Console.WriteLine("Press any key to exit...");
            Console.ReadKey();

            // 关闭会话
            await DisconnectFromServer();
        }
        catch (Exception ex)
        {
            Console.WriteLine($"Error: {ex.Message}");
        }
    }

    // 连接到服务器
    static async Task ConnectToServer(string endpointUrl)
    {
        EndpointDescription endpointDescription = EndpointDescription.Create(endpointUrl);
        EndpointConfiguration endpointConfiguration = EndpointConfiguration.Create(config);
        ConfiguredEndpoint endpoint = new ConfiguredEndpoint(null, endpointDescription, endpointConfiguration);
        session = await Session.Create(config, endpoint, false, "OPC-UA-Client", 60000, new UserIdentity(new AnonymousIdentityToken()), null);
    }

    // 读取数据
    static async Task ReadData()
    {
        NodeId nodeId = new NodeId("ns=2;s=Demo.Static.Scalar.Double");
        DataValue dataValue = await session.ReadValueAsync(nodeId);
        Console.WriteLine($"Read value from node {nodeId}: {dataValue.Value}");
    }

    // 写入数据
    static async Task WriteData()
    {
        NodeId nodeId = new NodeId("ns=2;s=Demo.Static.Scalar.Int");
        DataValue dataValue = new DataValue(100);
        await session.WriteValueAsync(nodeId, dataValue);
        Console.WriteLine($"Wrote value to node {nodeId}");
    }

    // 订阅数据
    static async Task SubscribeData()
    {
        NodeId nodeId = new NodeId("ns=2;s=Demo.Static.Scalar.Double");
        MonitoredItem monitoredItem = new MonitoredItem(session.DefaultSubscription,
            1000,
            nodeId,
            MonitoringMode.Reporting,
            null);
        monitoredItem.Notification += OnDataChange;
        session.DefaultSubscription.AddItem(monitoredItem);
        await session.DefaultSubscription.ApplyChangesAsync();
        Console.WriteLine($"Subscribed to node {nodeId}");
    }

    // 处理数据变更事件
    private static void OnDataChange(MonitoredItem monitoredItem, MonitoredItemNotificationEventArgs args)
    {
        DataValue dataValue = args.NotificationValue;
        Console.WriteLine($"Data changed: {dataValue.Value}");
    }

    // 断开连接
    static async Task DisconnectFromServer()
    {
        if (session!= null)
        {
            await session.CloseAsync();
            Console.WriteLine("Disconnected from OPC UA Server.");
        }
    }
}

OPC-UA实例解释：

• 配置应用程序：

  • ApplicationConfiguration对象用于配置客户端的各种信息，包括应用程序名称、URI、安全配置等。

  • SecurityConfiguration部分指定了证书存储的类型、路径和主题名称，确保安全通信。

  • config.Validate(ApplicationType.Client)用于验证客户端配置是否正确。

• 连接到服务器：

  • ConnectToServer方法根据提供的端点 URL 创建端点描述和配置，然后使用Session.Create创建会话。

  • 端点 URL 格式为 opc.tcp://服务器IP地址:端口号，使用 AnonymousIdentityToken 作为用户身份令牌。

• 读取数据：

  • ReadData方法使用NodeId指定要读取的节点，然后使用session.ReadValueAsync方法异步读取该节点的值。

  • NodeId包含节点的命名空间索引和标识符，通过它可以唯一确定一个节点。

• 写入数据：

  • WriteData方法使用NodeId指定要写入的节点，并创建一个包含要写入值的DataValue对象。

  • 然后使用session.WriteValueAsync方法将该值写入节点。

• 订阅数据：

  • SubscribeData方法使用MonitoredItem类创建一个监控项，指定要监控的节点和监控模式。

  • monitoredItem.Notification += OnDataChange注册一个事件处理程序，当数据变化时触发OnDataChange方法。

  • session.DefaultSubscription.ApplyChangesAsync()将订阅更改应用到会话。

• 数据变更事件处理：

  • OnDataChange方法接收MonitoredItemNotificationEventArgs，从中提取数据值并输出。

• 断开连接：

  • DisconnectFromServer方法使用session.CloseAsync关闭会话。

使用说明：

• 确保在运行代码前，已经在 C:\OPC_UA_Client_Certificates 目录下配置了相应的证书（或者根据实际情况修改证书存储路径）。

• 代码中假定 OPC UA 服务器的端点为 opc.tcp://localhost:4840，请根据实际服务器信息修改。

• 代码中的节点 ns=2;s=Demo.Static.Scalar.Double 和 ns=2;s=Demo.Static.Scalar.Int 仅为示例，需根据实际服务器中的节点进行修改。

这个示例展示了如何使用 C# 和 OPC UA 进行基本的连接、读取、写入和订阅操作。

OPC-UA协议通信注意事项

安全方面

• 证书管理：OPC UA 通常依赖于证书进行身份验证和加密。确保正确配置客户端和服务器的证书，包括证书的生成、存储和加载。如果证书配置错误或不匹配，可能导致连接失败或安全漏洞，如在客户端配置中指定正确的证书存储路径和证书主题名称。

• 用户身份验证：根据服务器的安全策略，可能需要提供有效的用户身份信息进行登录。除了匿名访问外，还可能涉及用户名 / 密码、X.509 证书等多种身份验证方式，要确保正确处理身份验证过程，以获取相应的访问权限。

• 网络安全：由于 OPC UA 通信通常在网络环境中进行，要确保网络的安全性，如使用防火墙限制对 OPC UA 端口的访问，只允许授权的 IP 地址连接到 OPC UA 服务器，防止网络攻击和未经授权的访问。

连接与配置

• 端点配置：正确配置 OPC UA 服务器的端点地址，包括协议（如 opc.tcp://）、服务器 IP 地址和端口号等。如果端点配置错误，将无法建立连接，可通过网络配置工具或咨询服务器管理员获取准确的端点信息。

• 会话管理：合理地创建、使用和关闭会话。在使用完会话后及时关闭，以释放资源并确保与服务器的连接状态正确维护，避免出现资源浪费或连接异常的情况。

• 性能调优：根据实际应用场景，可能需要调整 OPC UA 客户端的性能相关配置，如设置合适的会话超时时间、操作超时时间、订阅采样间隔等，以平衡通信效率和系统资源消耗。

数据处理

• 数据类型映射：OPC UA 中的数据类型与 C# 中的数据类型可能不完全一致，需要进行正确的映射。在读取和写入数据时，确保将 OPC UA 数据类型正确转换为 C# 中的相应数据类型，反之亦然，以避免数据错误或丢失。

• 数据一致性：在进行批量数据读写或订阅多个节点时，要注意数据的一致性和同步性，确保在处理数据时不会出现数据冲突或不一致的情况，特别是在多线程或异步操作的环境中。

• 错误处理：在数据读写和订阅过程中，可能会出现各种错误，如节点不存在、权限不足、网络故障等。要全面地捕获和处理这些错误，提供清晰的错误提示和相应的处理机制，以提高系统的稳定性和可靠性。

兼容性与版本

• OPC UA 规范版本：确保客户端和服务器都遵循相同版本的 OPC UA 规范，不同版本之间可能存在功能和数据结构的差异，导致通信问题或功能不兼容，必要时进行协议版本的适配和升级。

• 库版本兼容性：使用的 OPC UA 客户端库要与项目的其他依赖库和目标运行环境兼容，避免出现版本冲突或不兼容的情况，及时更新库版本以获取最新的功能和修复已知的问题。

内存管理

• 资源释放：在使用 OPC UA 相关对象，如会话、订阅、监控项等时，要及时释放它们占用的内存和系统资源，特别是在长时间运行的应用程序中，防止内存泄漏导致系统性能下降甚至崩溃。

• 大型数据处理：当处理大量的 OPC UA 数据时，要注意内存的使用情况，避免一次性加载过多数据导致内存溢出，可以采用分页、缓存等策略优化内存使用。