Python-opcua 编程（1）

任何一项新标准如果不能充分应用是不可能推广的，最近看了一些国外网站，发现类似OPC UA 的应用以及比较广泛了，而且有许多课程。相比之下，我国OPCUA 标准的普及工作仍然停留在概述的阶段，为此，我将逐步介绍一些编写OPC UA 应用程序实例，同时也介绍一些OPCUA 的应用场合。为了避免程序设计的细节，我们采用Python Opcua。

Python已经成为非常流行的程序设计语言，它在网络编程，数值运算和人工智能领域应用广泛。并且在这些领域的应用程序也非常多，使人们能够很块地进入人工智能，数值运算，图像处理等领域的程序设计。而OPCUA 是一个正在普及的工业自动化协议和信息模型系统，opcua 是进入OT领域的接口。

Python 在工业软件中的应用

在工业软件中，使用Python并不多，人们更倾向C#，C++和Matlab、labview 等程序设计语言编程。不过，Python 在以数值技术为中心的应用中具备优势，例如，复杂的控制算法，视觉识别，数据分析，工业AI应用中使用python 更加适合，同时，如果你有一些想法，希望快速成型，验证。使用python 无疑是高效率的。

OPC UA 协议

OPC UA 是一个在工业领域应用越来越广泛的通信协议。它主要采取服务器/客户端通信方式，也支持发布/订阅方式。OPC UA 协议中包含了构建信息模型的方法，并且不断地制定行业规范。工业4.0 和MTP等主要的协议都是基于OPCUA的。因此，采用OPC UA 作为产品和服务的接口协议能够实现兼容性，目前各种主流的PLC 已经支持OPCUA。

Python与OPC UA 消除IT/OT 的鸿沟

使用Python 编程，OPC UA 协议作为IT 连接OT 领域的PLC ，传感器，执行器的接口。这种方式为IT 行业的最新技术导入OT 是十分有效的方式，例如视觉识别，AI，数据分析等技术发展速度惊人。通过Python-Opcua 组合在算法研究，快速原型设计和新产品开发验证中带来的效率。

下面是一个应用实例

在这个例子中，使用python+OpenCV 完成视觉识别。它们可以在一个小型的Linux 控制器上运行。PLC 和视觉控制器之间通过网线连接，并且使用OPC UA 交互，PLC 是服务器端，视觉控制器是Client 端。

实例

Python 的OPCUA 模块是，python-opcua。使用它来编写OPCUA 的服务器和客户端程序要比C#的OPC Foundation .Net 容易的多。如果编写一些OPC UA 的小程序，正巧你有会使用python的话，强烈建议使用python。

所有编程语言的文档都是十分枯燥的，最好的方式是通过实例来学习。在这一系列博文中，我们从实例的方式来介绍Python opcua的编程技巧。

实例（1）-简单的服务器

import sys
sys.path.insert(0, "..")
import time
from opcua import  Server

if __name__ == "__main__":

    # setup our server
    server = Server()
    server.set_endpoint("opc.tcp://127.0.0.1:48400/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, "MyObject")
    myvar = myobj.add_variable(idx, "MyVariable", 6.7)
    myvar.set_writable()    # Set MyVariable to be writable by clients

    # starting!
    server.start()
    
    try:
        count = 0
        while True:
            time.sleep(1)
            count += 0.1
            myvar.set_value(count)
    finally:
        #close connection, remove subcsriptions, etc
        server.stop()

实例（2）-简单的客户端

import sys
sys.path.insert(0, "..")


from opcua import Client


if __name__ == "__main__":

    client = Client("opc.tcp://localhost:48400/freeopcua/server/")
    # client = Client("opc.tcp://admin@localhost:4840/freeopcua/server/") #connect using a user
    try:
        client.connect()

        # Client has a few methods to get proxy to UA nodes that should always be in address space such as Root or Objects
        root = client.get_root_node()
        print("Objects node is: ", root)

        # Node objects have methods to read and write node attributes as well as browse or populate address space
        print("Children of root are: ", root.get_children())

        # get a specific node knowing its node id
        #var = client.get_node(ua.NodeId(1002, 2))
        #var = client.get_node("ns=3;i=2002")
        #print(var)
        #var.get_data_value() # get value of node as a DataValue object
        #var.get_value() # get value of node as a python builtin
        #var.set_value(ua.Variant([23], ua.VariantType.Int64)) #set node value using explicit data type
        #var.set_value(3.9) # set node value using implicit data type

        # Now getting a variable node using its browse path
        myvar = root.get_child(["0:Objects", "2:MyObject", "2:MyVariable"])
        obj = root.get_child(["0:Objects", "2:MyObject"])
        print("myvar is: ", myvar)
        print("myobj is: ", obj)

        # Stacked myvar access
        # print("myvar is: ", root.get_children()[0].get_children()[1].get_variables()[0].get_value())

    finally:
        client.disconnect()

实例（3）-导入NodeSet2.xml

OPC UA 的信息模型采用标准化模板的xml 来表达，它被称为NodeSet。NodeSet是使用OPC UA 的建模工具来生成的，例如、luaModeler，SiOME等基于图像界面的建模工具，也可以使用UA ModelCompile 编译工具。python-opcua 的服务器能够导入外部生成的NodeSet2信息模型。

python-opcua server 通过 import_xml 导入NodeSet2 文档。

import sys
sys.path.insert(0, "..")
import time


from opcua import ua, Server


if __name__ == "__main__":

    # setup our server
    server = Server()
    server.set_endpoint("opc.tcp://localhost:4840/freeopcua/server/")

    server.import_xml("../schemas/UA-Nodeset/DI/Opc.Ua.Di.NodeSet2.xml")
    server.import_xml("../schemas/UA-Nodeset/Robotics/Opc.Ua.Robotics.NodeSet2.xml")

    # 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, "MyObject")
    myvar = myobj.add_variable(idx, "MyVariable", 6.7)
    myvar.set_writable()    # Set MyVariable to be writable by clients

    # starting!
    server.start()

    try:
        count = 0
        while True:
            time.sleep(1)
            count += 0.1
            myvar.set_value(count)
    finally:
        #close connection, remove subcsriptions, etc
        server.stop()

实例（4）-定义读取命名空间

可以使用多个xml 文档来描述信息模型，比如最基本的命名模型的URI 是http://www.opcfoundation.org/UA。

在该基础上可以导入其它的命名空间，例如

http://www.opcfoundation.org/UA/DI

http://www.opcfoundation.org/PLCOpen

你也可以导入自定义的信息模型，URI 可以为

http://www.maxim.com/App

在Python-opcua 中，可以注册python 程序的命名空间，例如

    uri = "http://www.maxim.org/app/"
    idx = server.register_namespace(uri)

注意，这里注册的命名空间并不是你装入的命名空间，而是你Python 程序的命名空间，它返回一个idx。在程序中新建一个变量的话，可以使用该idx

在Python-opcua 中，命名空间是存放在namespaceArray中的，可以定义下面的子程序来读取namespaceArray

def get_namespace_array(self):
        ns_node = self.get_node(ua.NodeId(ua.ObjectIds.Server_NamespaceArray))
        return ns_node.get_value()

打印返回的namespace

['http://opcfoundation.org/UA/', 'urn:freeopcua:python:server', 'http://www.maxim.org/pac/', 'http://www.maxim.org/fbs/', 'http://www.maxim.org/app/']

从上可见，在python-opcua 中，增加了一个URI 为'urn:freeopcua:python:server' 的命名空间。

一个完整的代码

import sys
sys.path.insert(0, "..")
import time
from opcua import ua, Server
def get_namespace_array(self):

        ns_node = self.get_node(ua.NodeId(ua.ObjectIds.Server_NamespaceArray))
        return ns_node.get_value()
if __name__ == "__main__":

    # setup our server
    server = Server()
    
    server.set_endpoint("opc.tcp://localhost:48400/freeopcua/server/")     
    server.application_uri = "urn:freeopcua:python:server"     
    nodes=server.import_xml("E:/yao2023/Model1/pac.NodeSet2.xml")
    nodes=server.import_xml("E:/yao2023/Model1/OpcUaLib.NodeSet2.xml") 
    nodes=server.import_xml("E:/yao2023/Model1/app.NodeSet2.xml") 
    print(get_namespace_array(server))
    uri = "http://www.maxim.org/app/"
    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, "MyObject")
    myvar = myobj.add_variable(idx, "MyVariable", 6.7)
    myvar.set_writable()    # Set MyVariable to be writable by clients
    
    # starting!
    server.start()
  
    try:
        count = 0
        while True:
            time.sleep(1)
            count += 0.1
            myvar.set_value(count)
    finally:
        #close connection, remove subcsriptions, etc
        server.stop()