OPC UA之简介

一. 简介

OPC UA是一种工业通信协议并且已经在IEC 62541系列中进行了标准化。

二. 功能

1. 定义了通过安全通信通道的session进行消息交换的异步通信协议（基于TCP、HTTP或者SOAP等）；

2. 定义了基于二进制和基于xml的编码的协议消息（可以基于二进制也可以基于xml）；

3. 定义了一组可与服务器端信息模型交互的37个标准服务。每个服务的签名被定义为协议类型系统中的请求和响应消息

4. 定义了面向对象与语义三重关系相结合的信息建模元模型；

【注意】：

从特定的VariableType进行实例化可以提供 语义信息, 比如：使用 MotorTemperatureVariableType进行实例化比使用BaseDataVariable进行实例化的变量更有意义。

三. 核心概念

1. 信息模型

       信息模型是OPC UA中用于描述数据和对象结构的一种方式，采用面向对象的思想将数据组织成具有特定属性的类型（可以理解为面向对象编程中的类），为OPC UA服务器中的对象和变量提供类型定义；同时定义了地址空间中的节点含义以及节点之间的关系。

       信息模型主要由节点类别（NodeClass）以及节点之间的关系组成。

• 节点

节点是信息模型和地址空间中的基本组成元素。每个节点都由属性描述，并由引用相连接。根据OPC UA规范，节点被分为多种类型，包括但不限于：

• 对象（Object）：表示工业自动化系统中的实际设备或系统组件。
• 对象类型（Object Type）：定义了一组对象共有的属性和方法。
• 变量（Variable）：表示系统中的数据值，可以是读取或写入的。
• 变量类型（Variable Type）：定义了一组变量共有的属性和行为。
• 方法（Method）：表示可以执行的操作或功能，通常与对象或变量相关联。
• 视图（View）：提供了一种组织和管理节点的方式，可以包含一组相关的节点。
• 引用（Reference）：表示节点之间的连接关系，定义了节点在地址空间中的结构。
• 数据类型（Data Type）：定义了变量的数据类型，如整数、浮点数、字符串等。

【注意】

1. 对象节点（Object）用于构成地址空间，不包含数据，但使用变量为对象公开数值。
2. 变量节点（Variable）代表一个值，值的数据类型取决于变量。
3. 方法节点（Method）则代表服务器中一个由客户端调用并返回结果的方法。

• 引用

        引用表示节点之间的关系。它被定义为引用类型节点的实例，存在于地址空间中。包含引用的节点为源节点，被引用的节点称目标节点。引用的目标节点可以与源节点在同一个地址空间，也可以在另一个OPC服务器的地址空间，甚至目标节点可以不存在。

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        OPC UA预定义了多种引用，常见的引用有：

• hasTypeDefinition： 描述对象、变量和类型之间的关系；例如：VariableNode的hasTypeDefinition引用，指向一个VariableTypeNode，表示该 VariableNode的类型

• hasSubType：描述对象的继承关系，当子类从父类继承后，子类拥有一个hasSubType引用指向父类。
• hasComponents：描述一种组合关系；例如：ObjectNode一般都由多个VariableNode组成，ObjectNode包含某个VariableNode时，ObjectNode拥有一个hasComponents引用，指向该VariableNode；
• Organizes：指明两个节点的层次结构，通过organizes可以把多个节点组织到同一个父节点下。
• HasModellingRule：用于绑定建模规则到一个对象、变量或方法上；定义了如何对节点进行建模，以及节点之间应如何相互关联；例如，如果某个对象需要按照特定的方式组织其子节点，或者某个变量需要遵循特定的数据类型和单位规范，那么就可以通过HasModellingRule引用来实现这些要求。

2. 地址空间

        地址空间是OPC UA服务器中的一个重要概念，它是服务器上存储的所有数据和对象的集合。这些数据和对象通过特定的结构进行组织，使得客户端能够方便地访问和操作；

        地址空间由节点（Node）和引用（Reference）组成，形成了一种网络或结构化图（Graph）。每个节点代表一个对象、变量或方法，而引用则用于表示节点之间的关系；

        地址空间为服务器提供了一种标准方式，以向客户端表示对象。客户端可以通过地址空间来访问服务器的数据和信息，进行读取、写入和监控等操作；

3. 两者区别

        地址空间为信息模型提供了存储和表示数据的物理结构，而信息模型则定义了地址空间中节点的含义和关系；

        客户端可以通过地址空间访问服务器的数据和信息，并根据信息模型理解这些数据的含义和关系。

四. 开源框架

1. open62541 ----> C语言版本

2. open62541pp----> C++版本 

3. freeopcua----> C++/Python版本

五. 总结

简而言之，OPC UA定义了一个面向对象的信息模型（通常表示物理设备）的框架（这些模型存在于OPC UA服务器中）以及客户端通过网络与信息模型交互的协议（读写变量、调用方法、实例化和删除对象、订阅更改通知等）。