OPC UA 服务器

Name: Darra Software PLC
Author: Darra

Darra PLC 内置完整的 OPC UA (Unified Architecture) 服务器, 包含 15 个功能模块, 符合 OPC UA Part 1-14 规范。

架构概览

15 功能模块

模块	功能	OPC UA Part
节点管理	地址空间构建与维护	Part 3
会话管理	客户端连接/认证/超时	Part 4
订阅服务	MonitoredItem 数据变化通知	Part 4
安全模块	证书验证/加密/签名	Part 2, 6
历史数据	历史值读取/趋势查询	Part 11
方法调用	远程方法执行 (PLC 控制)	Part 3
报警与条件	报警事件发布/确认/过滤	Part 9
发现服务	服务器注册/端点枚举	Part 12
视图管理	节点过滤视图	Part 3
数据类型	自定义结构体/枚举	Part 3, 5
引用管理	节点间关系维护	Part 3
事件过滤	WhereClause 事件筛选	Part 4
权限控制	节点级读写权限	Part 3
诊断信息	服务器状态/统计	Part 5
命名空间	多命名空间管理	Part 3

安全策略

安全策略	加密	签名	说明
None	无	无	仅用于调试, 不建议生产使用
Basic256Sha256	AES-256	SHA-256	推荐, 符合当前安全标准
Aes128_Sha256_RsaOaep	AES-128	SHA-256	兼容性好
Aes256_Sha256_RsaPss	AES-256	SHA-256 + PSS	最高安全级别

证书管理

生产环境必须配置 X.509 证书:

服务器证书: 用于客户端验证服务器身份
信任列表: 仅允许受信任的客户端证书连接
证书存放于 %ProgramData%\Darra\PLC\Certificates\

地址空间

PLC 数据自动映射为 OPC UA 节点:

Objects/
├── Server/                      服务器诊断节点
├── Darra/
│   ├── PLC/
│   │   ├── Variables/           PLC 变量 (M区)
│   │   │   ├── MW0              ns=2;s=MW0
│   │   │   ├── MD100            ns=2;s=MD100
│   │   │   └── ...
│   │   ├── IO/                  IO 点位
│   │   │   ├── DI/              数字输入
│   │   │   ├── DO/              数字输出
│   │   │   ├── AI/              模拟输入
│   │   │   └── AO/              模拟输出
│   │   ├── Programs/            PLC 程序状态
│   │   └── Alarms/              报警事件源
│   └── Robot/
│       ├── Joint[0..5]/         关节状态
│       ├── TCP/                 工具中心点位姿
│       └── State/               运动状态

订阅与监控

客户端可订阅变量变化, 支持多种触发条件:

参数	说明	默认值
发布间隔	服务器推送周期	1000ms
采样间隔	变量检查周期	250ms
队列大小	每个 MonitoredItem 缓冲	10
死区	模拟量变化阈值	0.0 (无死区)
过滤器	数据变化 / 事件过滤	DataChange

方法节点

OPC UA 方法节点允许远程调用 PLC 功能:

方法	参数	说明
StartProgram	programName	启动 PLC 程序
StopProgram	-	停止运行
ResetAlarms	-	清除所有报警
WriteVariable	name, value	写入 PLC 变量
JogRobot	axis, direction, speed	机器人点动

配置示例

在 IDE 中配置 OPC UA 服务器:

{
  "opcua": {
    "enabled": true,
    "port": 4840,
    "serverName": "Darra PLC OPC UA Server",
    "securityPolicy": "Basic256Sha256",
    "maxSessions": 50,
    "maxSubscriptions": 200,
    "publishInterval": 1000,
    "certificatePath": "Certificates/server.pfx",
    "trustedPath": "Certificates/Trusted/",
    "historyEnabled": true,
    "historyMaxDays": 30
  }
}

测试工具

可使用 UaExpert (Unified Automation) 或 Prosys OPC UA Browser 连接测试 OPC UA 服务器。默认端点: opc.tcp://localhost:4840

OPC UA Client

Darra 既支持作为 Server (上述), 也支持作为 Client 连接其他 OPC UA 设备:

var client = OpcUaClientFactory.Create("opc.tcp://siemens-gateway:4840");
await client.ConnectAsync();

// 浏览节点
var nodes = await client.BrowseAsync("ns=2;s=Devices");

// 读取节点
var value = await client.ReadAsync("ns=2;s=Temperature");

// 订阅变化
await client.SubscribeAsync("ns=2;s=Pressure", TimeSpan.FromSeconds(1), 
    (id, val) => Console.WriteLine($"{id} = {val}"));

// 调用方法
var result = await client.CallMethodAsync(
    objectNode: "ns=2;s=Device.Motor",
    methodNode: "ns=2;s=Device.Motor.Start",
    args: new object[] { 1500.0 });

Client 与 Server 可共存, 典型场景: PLC 作为 Client 聚合多个老设备的 OPC UA Server, 再作为 Server 统一对外暴露。

身份认证

OPC UA 支持三种用户身份:

身份类型	实现	适用场景
匿名	无	仅内网调试
用户名/密码	明文或加密传输	中等安全性
X.509 证书	证书+私钥	企业级, 最高安全

多个身份可同时启用, 客户端在连接时选择。Server 侧配置:

{
  "userIdentities": {
    "anonymous": { "enabled": true },
    "userPassword": {
      "enabled": true,
      "users": [
        { "name": "readonly", "hash": "...", "role": "Observer" },
        { "name": "operator", "hash": "...", "role": "Supervisor" },
        { "name": "engineer", "hash": "...", "role": "Engineer" }
      ]
    },
    "certificate": {
      "enabled": true,
      "trustList": "Certificates/Trusted/"
    }
  }
}

角色与权限

角色控制节点级访问权限:

角色	读	写	订阅	方法调用	历史
Anonymous	Yes	No	Yes	No	No
Observer	Yes	No	Yes	No	Yes
Operator	Yes	部分	Yes	Yes	Yes
Supervisor	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes
Engineer	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes + 配置修改

单节点级权限可覆盖默认角色规则 (节点属性 AccessRestrictions)。

命名空间

OPC UA 用命名空间索引 + 标识符唯一定位节点:

索引	URI	用途
0	http://opcfoundation.org/UA/	OPC 基金会标准
1	urn:DarraPLC	本服务器 URI
2	urn:DarraPLC:UserNamespace	用户自定义节点
3	http://darra.com/robot	Robot 命名空间

节点 ID 格式:

ns=2;s=MW100 — 字符串标识
ns=2;i=1234 — 数字标识
ns=2;g=xxxxxxxx-xxxx-... — GUID
ns=2;b=... — 字节串 (Base64)

订阅与发布

订阅是 OPC UA 的推送机制, 核心参数:

参数	说明
Publishing Interval	服务器发往客户端的最大间隔
Sampling Interval	服务器采样变量的间隔
Queue Size	每个 MonitoredItem 的缓存深度
Discard Oldest	队列满时丢旧 or 丢新
Max KeepAlive Count	无数据时最多 N 次发 KeepAlive
Max Lifetime Count	无通讯时的生存周期

Deadband (死区) 用于减少无效通知:

Absolute: 数值变化 > 阈值才通知
Percent: 变化比例 > 百分比才通知

事件与报警

Alarms & Conditions (CiA 方法) 定义了标准报警模型:

Event (基础事件)
├─ Condition (可确认条件)
│  ├─ DialogCondition
│  ├─ AlarmCondition
│  │  ├─ LimitAlarm (上下限)
│  │  │  ├─ ExclusiveLimitAlarm
│  │  │  └─ NonExclusiveLimitAlarm
│  │  ├─ OffNormalAlarm
│  │  └─ ...

Darra 的 AlarmManager 自动把 PLC 报警映射为 OPC UA 报警事件, 支持:

触发 / 激活
Acknowledge (操作员确认)
Confirm (维护员确认)
Suppress / Shelve (抑制)

历史数据

两种历史数据来源:

内置历史: 使用 SQLite 本地缓存, 存一段时间 (默认 30 天)
外挂数据库: 历史查询转发到 SQL / InfluxDB

查询接口:

var history = await client.HistoryReadRawAsync(
    nodeId: "ns=2;s=MD100",
    startTime: DateTime.UtcNow.AddHours(-1),
    endTime: DateTime.UtcNow,
    numValuesPerNode: 1000);

方法节点实现

PLC 侧可声明 OPC UA 方法节点, 绑定到 FB:

项目树 → 通讯 → OPC UA → 方法 → 新建

配置:

方法名 + 输入参数 (类型 + 名称) + 输出参数
绑定的 FB: 方法被调用时, 写入输入到 FB 的 VAR_INPUT, 调用 FB, 读出 VAR_OUTPUT

这样外部系统可以远程触发 PLC 逻辑, 不需要写入变量 + 等结果的间接方式。

性能调优

场景	建议
100 客户端 + 1000 变量	Publishing Interval ≥ 500 ms, Sampling 250 ms
单个高频变量	单独订阅, 100 ms
模拟量趋势显示	Deadband Percent 1%, 减少无用通知
报警推送	事件订阅 (EventFilter) 而非变量订阅
批量读 1000 变量	单次 Read Call 用 ReadBatch, 不用循环

OPC UA 伴随规范

IDE 内置支持以下 Companion Specifications:

规范	用途	节点前缀
DI (Device Integration)	设备管理	`/Objects/DeviceSet`
PLCopen UA	PLC 程序结构暴露	`/Objects/PLCopen`
Robotics	机器人状态	`/Objects/Motion`
Machine Tool	机床专用	`/Objects/MachineTool`

这些规范定义了标准的节点层次和类型, 便于上位系统免配置接入。

排错

症状	处理
客户端连不上	端口 4840 放行, 证书信任
0x80440000 BadIdentityTokenInvalid	账号密码错或证书未信任
订阅不推送	KeepAlive 太小导致被清
大量变量时 CPU 高	减少 Sampling Interval
历史数据为空	未启用历史或超过保留期
方法调用超时	PLC 侧 FB 执行过慢

架构概览​

15 功能模块​

安全策略​

地址空间​

订阅与监控​

方法节点​

配置示例​

OPC UA Client​

身份认证​

角色与权限​

命名空间​

订阅与发布​

事件与报警​

历史数据​

方法节点实现​

性能调优​

OPC UA 伴随规范​

排错​