OPC通信从入门到精通_1_OPC基础知识及简单C#程序编写（OPCDA，OPCUA简介；OPC通信数据流框架图；C#程序编写）

news2024/12/22 18:47:47

文章目录

  • 1. OPC基础知识：OPCDA，OPCUA
    • 1.1 OPC基础知识
    • 1.2 OPC通信读写方式
  • 2. OPC通信仿真
    • 2.1 上位机与PLC通过ModbusTCP直接通信
    • 2.2 OPC通信介绍及实例
      • 2.2.1 OPC通信与ModbusTCP比较
      • 2.2.2 OPC通信应用场景
      • 2.2.3 OPC DA通信仿真实例
      • 2.2.4 OPC UA通信仿真实例
      • 2.2.5 OPC通信仿真实例框架图
  • 3. C#写一个OPC DA客户端（控制台程序）
    • 3.1 动态库加载及函数介绍
    • 3.2 数据的读取程序编写

1. OPC基础知识：OPCDA，OPCUA

1.1 OPC基础知识

  • OPC的诞生及历史：软件进行开发时需要与各种不同的协议进行对接，例如Modbus协议等，当设备很多，协议很多的情况下，上位机与硬件的沟通就会变得很麻烦，所以就有了将这些协议抽象出一个标准接口，对于软件人员就无需和协议对接，只需要对接接口即可，因此OPC就诞生了

  • 最早由于Windows系统是作为主流，因此OPC依赖于Windows的COM和DCOM技术，依赖上述早期技术就产生了OPCDA，OPCDA也可以看做一个标准

后来就有了OPC基金会，很多企业和协议加入进来，就可以使用相应的标准

  • 随着时间的发展，OPCDA通信的问题研究暴露出来了，两台电脑之间，假设有A和B两台电脑，A作为服务器，B作为客户端，如果A、B都在一个局域网就可以进行通信，但实际上不能直接通信，需要做一些配置，这些配置也就成为DCOM配置，DCOM配置除了麻烦，也会造成安全性很差
    为了OPCDA的缺点，OPC基金会就去做了优化，因此产生了OPCUA

  • 因此OPCUA就可以看做OPCDA的产品升级，不再依赖DCOM，也就不依赖Windows平台可以实现跨平台的架构，而是基于以太网，最底层也就是基于Socket的，安全性上也得到了提升（秘钥管理等），现在及以后主流肯定是OPCUA，由于历史原因OPCDA还在使用，也是工业4.0落地的协议

  • 但是OPCUA是需要授权的，也就是需要收费的，有可能OPCUA的客户端免费，服务器是收费的

  • 官方的东西：
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    OPC Classic规范是由三个部分组成：通信、报警和历史数据
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1.2 OPC通信读写方式

无论是 OPC DA 还是 OPC UA，都遵从 OPC 标准，因此在某些方面是类似，这里主要针对 OPC的读写方式进行说明。OPC 读写方式主要有三种，分别是同步方式、异步方式及订阅方式，订阅方式仅针对读取有效。

  1. OPC 同步方式 ：同步方式是指当客户端发送请求后，必须等到服务器响应全部完成后才能返回，期间将一直处于等待状态，因此当多客户端向服务器操作时，客户端程序产生阻塞，同步通讯适用于客户端较少，数据量较小的场合，同步方式的工作流程如下图所示：
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    发送请求call之后，需要等一个replay回应，就跟Modbus通信是类似的，一发一回之后，再发再回，

  2. OPC 异步方式 ：异步方式是指当客户端发送请求后立即返回，不需要等待服务器的响应，可以进行其他操作，当服务器完成响应后会自动通知客户端，因此相对于同步通讯，异步通讯的效率更高，异步方式的工作流程如下图所示：
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    发送完call之后，不需要等，继续发第二个call，等第一个call完成之后会通过事件告知客户端，后边的call的处理方式也是一样

  3. OPC 订阅方式 ：订阅方式在初始化时，就需要订阅相应的通信组 Group，这样当服务器的 Group组内有数据发生变化时，就会自动刷新客户端数据，客户端只需要向服务器发送一次请求，因此订阅方式的效率是非常高的，订阅方式的工作流程如下图所示：
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    订阅的方式只针对读取，写入可以使用同步和异步，

2. OPC通信仿真

2.1 上位机与PLC通过ModbusTCP直接通信

前面我们介绍过PLC通过ModbusTCP与上位机直接通信，下面将会以实例再次进行介绍。
以已经建在局域网内的以下PLC为例，可以使用Modbus TCP进行通信
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以下为写到台达PLC中的程序
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为了读取对应的值，可以采用Modbus TCP通信进行，以读取D33为例
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如下图直接在Modbus Poll中输入D33
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就可以直接读到数据
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ModbusTCP：PC作为ModbusTCP客户端，PLC作为ModbusTCP服务器，两者直接通信

2.2 OPC通信介绍及实例

2.2.1 OPC通信与ModbusTCP比较

ModbusTCP通信是采用直接方式进行通信，用OPC的方式如何去做呢？
OPC是间接方式，OPC通信方式是：PLC作为ModbusTCP服务器，用KepServer作为ModbusTCP客户端，同时作为OPC服务器，PC作为OPC客户端

2.2.2 OPC通信应用场景

单个设备上述OPC通信方式比较麻烦的，且是收费的，但好处是当设备比较多，协议多的时候OPC通信优势就会很明显。
OPC具有以下应用场景：

  • （1）设备协议不知道或者写不了的时候
  • （2）设备种类很多，很麻烦
  • （3）设备数量很多，很麻烦

2.2.3 OPC DA通信仿真实例

为什么OPC这种通信方式可以实现上述的功能呢？
这是因为KepServer中集成了很多驱动，所以你只管做配置

OPC 通信基于服务器-客户端模型，因此需要实现OPC客户端通信之前，需要搭建一个 OPC 服务器环境，这里我们采用比较主流的 KepServer 软件，硬件以台达PLC通过ModbusTCP为例，关于 KepServer的安装授权过程，这里就不做过多赘述了。

打开 KepServer 软件后，通过菜单新建一个项目，然后按照下图进行操作:
下图为查看KepServer中集成的驱动种类，以下以台达PLC通过ModbusTCP为例，通道类型选择对应的ModbusTCP通信。
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创建台达PLC设备
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输入PLC地址和设备地址
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以上面读取的D33为例创建标记
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以下就是创建了一个标记，当需要读取更多的变量的时候，就可以通过添加更多标记的方式进行
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保存配置

运行->连接
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启动监控后对应的值就读取过来
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此处的OPC Quick Client相当于客户端，在KepServer上进行配置之后就可以实现与PLC的通信

上述的过程就是：PLC作为ModbusTCP服务器，用KepServer作为ModbusTCP客户端

同时作为OPC服务器有没有开启呢？
在关闭了KepServer后，使用OPC客户端进行连接，如果可以连接上，那就代表服务器是打开的

打开如下OPC DA客户端软件（模拟上位机），并如下图所示进行选择：
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可以看到读到了对应的变量值
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这说明服务器所提供的服务是一直在打开的

2.2.4 OPC UA通信仿真实例

上述过程介绍的是OPC DA的过程，在KepServer中也是集成进去了，在右下角有一个图标是关于OPC UA的，进去后的界面如下：
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这里的49320是？

上面讲过OPC UA是基于socket，OPC UA服务器其实就是TCP服务器，OPC UA是应用层协议，加载到TCP中，类似于Modbus TCP

如果是基于TCP的，那么就可以使用网络调试助手连接到，下图显示是连接上了
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所以KepServer本质上就是一个TCP服务器，可以同时打开OPC DA和OPC UA的服务器

如果要连接OPC UA服务器，可以使用OPC UA客户端，常用的有UaExperter，具体操作如下：
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可以看到数据已经读到

2.2.5 OPC通信仿真实例框架图

绘制一个框架图进行理解，DVP32是台达PLC，通过以太网接口连接到交换机，PC也是连接到交换机上的，也就是在一个局域网内，通过KepServer创建OPC UA服务器，利用OPC UA客户端就可以实现与PLC的的交互（读取与修改PLC变量），下图红色即为OPC UA通信的数据流
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先用官方提供的客户端软件进行通信测试接口正常，再自己去写。

3. C#写一个OPC DA客户端（控制台程序）

3.1 动态库加载及函数介绍

新建项目，加载dll库（利用COM技术写的）
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添加引用，查看到其中包含了众多方法
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其中OPCGroups继承于IOPCGroups接口
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3.2 数据的读取程序编写

PLC中数据读取程序可以按照以下层次进行读取：OPCServer >> OPCGroups >> OPCGroup >> OPCItems >> OPCItem(标记/变量，最终要读取的)

OPC客户端和服务器不一定在一台电脑，一般会用一台电脑作为服务器，这个电脑就是一个Node，再在电脑中找ServerName，也就是下图中的Prog ID
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连接的对应代码如下：
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运行结果：
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连接之后进行配置

按照OPCServer >> OPCGroups >> OPCGroup >> OPCItems >> OPCItem(标记/变量，最终要读取的)结构进行变量的读取
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这里只是单个设备单个变量的值读取，可以参考下篇读取多个设备多个变量值的方法

4.学习视频地址：
OPC框架搭建及实现原理分析1；OPC框架搭建及实现原理分析2；OPC框架搭建及实现原理分析3；OPC框架搭建及实现原理分析4

本篇是比较基础和简要的介绍，作为补充请查看OPC通信从入门到精通_2_OPC通信详解和C#客户端编程

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