Qt OPC UA初体验

介绍

OPC UA全称Open Platform Communication Unified Architecture，开放平台统一架构，是工业自动化领域通用的数据交换协议，它有两套主要的通信机制：1.客户端-服务器通信；2.发布订阅。Qt对OPC UA通信标准也提供了支持，目前还是第三方库的形式（不过Qt官方貌似有文档了），基于open62541开源库进行了封装，使得C++开发者也能很快捷、从容、深入的开发工业自动化软件（组态软件），项目地址：https://github.com/qt/qtopcua

编译

拉取开源代码

git clone https://github.com/qt/qtopcua --recursive

我使用的Qt版本是6.7.1 MSVC2019 64bit，因此要切换一下qtopcua仓库的版本也为6.7.1，否则编译不过

git checkout 6.7.1

在顶层CMakeLists.txt设置Debug调试模式、使能构建Example的开关

set(CMAKE_BUILD_TYPE Debug)
set(QT_BUILD_EXAMPLES ON)

接着编译构建就可以了

运行

opcuaviewer

在构建目录进行以下操作：拷贝plugins\opcua文件夹到examples\opcua\opcuaviewer目录下，然后运行opcuaviewer.exe，这个程序用于查看节点运行时数据

simulationserver

把examples\opcua\waterpump\simulationserver目录下的simulationserver.exe也跑一下，这是一个后台程序，没有界面，使用的端口号是43344

通信验证

在opcuaviewer依次配置以下信息：①、②、③、④、⑤，主要端口号要改为43344

即可查看到节点的数据信息：Variable、Object、Method等

流程

客户端和服务端的配置流程如下

客户端

1. QOpcUaPkiConfiguration配置PKI，生成应用id，这是是为了加密通信过程

2. QOpcUaProvider通过open62541插件创建QOpcUaClient对象，QOpcUaClient对象需要设置PKI、应用id

3. QOpcUaClient对象对整个通信流程负责：

   • 通信状态（connectError、connected、disconnected、errorChanged、stateChanged、endpointsRequestFinished、findServersFinished），绑定以上几个信号处理不同的连接状态
   • 绑定url和port查找服务器
   • 获取Endpoints
   • 连接Endpoints

4. QOpcUaClient根据nodeId获取指定节点QOpcUaNode，QOpcUaNode可以访问以下attribute信息：

   • Value
   • NodeClass
   • Description
   • DataType
   • BrowseName
   • DisplayName
   • Historizing

5. QOpcUaNode可以通过信号来更新相应的节点信息

   • attributeRead
   • attributeUpdated
   • browseFinished

服务端

服务器利用open62541接口配置

1. 初始化服务器：调用UA_Server_new初始化一个服务器实例、调用UA_ServerConfig_setMinimal绑定端口
2. 先生成对象，每个对象有唯一的nodeId，生成对象核心的函数是：UA_Server_addObjectNode
3. 根据对象生成变量节点，核心的函数是：UA_Server_addVariableNode
4. 根据对象生成函数节点，核心的函数是：UA_Server_addMethodNode
5. 关闭服务器，要调用UA_Server_run_shutdown、UA_Server_delete接口，对象的nodeId也要清理一下

总结

• 总体来说OPC UA通信并不难，跟DDS、ROS、ROS2（xml、protobuf）那一套有类似的地方，都属于数据交换协议
• C#能做的，C++能做的更好，open62541就是一个开源的C语言库，它能无缝地切换到C++开发环境