А не пощупать ли нам OPC UA на практике?

—— Хм? Отчего ж достопочтенным джентльменам нельзя пощупать. Давайте, господа гуссары, полапаем как следует!

Для этого дела воспользуемся Питоном, ибо он прост в применении. Будем юзать Python-3.

Для начала нужно установить на комп кое-какие пакеты.

Поставьте пакет pip, если он у вас еще не установлен.

$ sudo apt install python3-pip

Это инсталлятор для питоновских пакетов. Конечно, многие питоновские программы можно устанавливать традиционно — средствами операционной системы из системного репозотория. Но, я думаю, что питоновские проги всё же лучше устанавливать специализированным инструментом. Он лучше «понимает» свои задачи. К тому же репозиторий питоновских программ и репозиторий пакетов дистрибутива — это разные репозитории.

Короче, следующим шагом устанавливаем пару питоновских пакетов с помощью питоновского инсталлятора:

$ pip3 install freeopcua
$ pip3 install opcua-client

Пакет freeopcua — это наш самый главный пакет, в котором содержатся все необходимые классы для создания сервера и клиента.

Пакет opcua-client — это вьювер UPC UA-серверов. С помощью этой проги можно «подсмотреть» содержимое сервера и можно подправить то, что доступно для изменения со стороны клиента. В общем, этот есть инструмент.

Далее, создаем пару текстовых файлов. Это будут наши программы одна — сервер, другая клиент.

Сервер будет имитировать измерение напряжения в розетке и предоставлять доступ к измеренному значению клиентам. Пусть скорость измерения будет 3 раза в секунду. Напряжение будет имитироваться генератором случайных чисел. В процессе измерения сервер будет выводить полученные значения в консоль.

Клиентская программа будет обращаться к серверу раз в секунду и полученное от сервера значение выводить в свою консоль.

Сначала создадим сервер. Я назвал файл программы как volotage-serv.py .

#!/usr/bin/env python3

'''
voltage_serv.py

Сервер напряжения.
Иммитирует измерение напряжения и предоставляет значение для клиентов.
'''


URL = "opc.tcp://0.0.0.0:4840"


import sys
import random
import time

from opcua import Server


if __name__ == "__main__":
  server = Server()
  server.set_endpoint(URL)

  objects   = server.get_objects_node()
  ns        = server.register_namespace("Мои понятия")
  voltmeter = objects.add_object(ns, "Вольтметр")    
  voltage   = voltmeter.add_variable(ns, "Напряжение", 0.0)

  server.start()
    
  V = 220.0
  while True:            
    V = random.uniform(190.0, 240.0)
    print("{:8.1f} В".format(V))
    voltage.set_value(V)
    
    time.sleep(0.33)

  server.stop()

Что тут есть что?

URL — это описание сетевого ресурса. Описание состоит из трёх частей. Первая часть назначает протокол для обмена с другими сетевыми устройствами — «opc.tcp».

Вторая часть — «0.0.0.0» — IP-шный адрес. В этом поле указывается адрес клиента, с которого разрешается приём пакетов. Если вы не предполагает работу в сети (с несколькими сетевыми устройствами), то можете здесь указать IP-адрес своего компа (например, 192.168.0. 32). Можете вместо цифр вписать слово «localhost», операционка сама его конвертирует в IP-адрес. Только нужно помнить, что к вашему серверу никто, кроме вас, не сможет подключиться. Для того, чтобы сервер мог обслуживать запросы от других компов, нужно «обнулить» адрес.

Последнее поле «4840» — это порт, на который должны поступать запросы от OPC UA-клиентов.

Таким образом, команда server.set_endpoint(URL) создает точку для подключения клиентов.

Далее нам нужно зарегистрировать наше адресное пространство имён (ns) в структуре сервера. Затем мы должны в этом адресном пространстве создать объект — измерительный прибор voltmeter, а в нём — измеряемую величину voltage.

В общем, у нас должно получится следующее дерево:

После чего, можно запускать сервер в работу.

Сервер запускается в своём рабочем потоке, а это — в котором находится код нашей программы, — мы можем использовать для изменения значения переменной voltage.

В программе сервера присутствует ещё одна переменная — V. Это локальная переменная, она не особо нужна. Но здесь используется для наглядности. В цикле мы генерируем случайное целое число в диапазоне от 1900 до 2400, уменьшаем его в 10 раз (для получения случайного числа с плавающей точкой) и присваиваем результат этой локальной переменной.

После чего (для контроля работы сервера) выводим значение локальной переменной в консоль, и, наконец, изменяем переменную voltage.

Выход из программы сервера осуществляется по Ctrl-C. так же можно «прихлопнуть» процесс командой kill. Понятно, что программы так обычно не пишутся. Но здесь правильность написания я принёс в жертву прозрачности работы. Мне важно было показать сам принцип работы программы.

Сейчас, устанавливаем у файла атрибут исполняемого

$ chmod +x voltage-serv.py

и запускаем

$ ./voltage-serv.py

Через две-три секунды (в зависимости от вычислительной мощности вашего компа) в консоли появится следующая картинка:

Это значит, что сервак поднялся и заработал.

Теперь запускаем OPCUA-вьювер:

$ opcua-client

Появится вот такое окно:

В верхнем левом поле введите свой URL

и нажмите кнопку «Connect» (она справа).

Теперь последовательно раскройте веточки «Objects», «Вольтметр». Выделите объект «Напряжение» — в окне справа появятся его атрибуты

Понаблюдайте за значением Value. Оно статичное, но чтобы его подновить, нужно нажимать на кнопку «Refresh».

Но сейчас главное не это. Сейчас нам нужно обратить внимание на значение графе NodeId у объекта «Напряжение». На моём компе там записано «ns=2;i=2». У вас скорее всего тоже самое. Но не факт!

Эта строка — ни что иное, как идентификатор узла, который отвечает за напряжение. Этот узел расположен в пространстве имен 2 (ns=2) и имеет порядковый номер 2 (i=2). Эти параметры нам понадобятся в программе клиента.

У программы клиента название тоже не затейливое — voltage-cli.py .

#!/usr/bin/env python3

'''
voltage_cli.py

Напряжёметр -- клиент удалённого вольтметра.
'''


URL = "opc.tcp://localhost:4840"


import time
from opcua import Client


if __name__ == "__main__":
  client = Client(URL)
  client.connect()
  
  voltNode = client.get_node("ns=2;i=2")
  
  while True:
    voltage = voltNode.get_value()
    
    print("{0:.1f} В".format(voltage))
    
    time.sleep(1)

URL в программе клиента — этот несколько другой URL. Он немного отличается от URL-а сервера. Здесь URL служит для указания сетевого ресурса, к которому клиент должен подключиться.

voltNode — это узел, которая отвечает за напряжение. До этого узла можно добираться длинным путём, опрашивая ветки дерева на предмет наличия у них нужных нам подветок. А можно напрямую проявить «читерство» — узнать у вьювера точный идентификатор узла. Что мы, собственно, и сделали. Я пока не знаю, меняются ли от запуска к запуску идентификаторы узлов. Но вроде как это работает.

А далее всё просто. В цикле программы мы периодически запрашиваем у сервера значение напряжения и присваиваем его локальной переменной voltage. Затем эту переменную выводим в консоль и засыпаем на одну секунду, итак по кругу, пока юзер не нажмёт на Ctrl-C.

Ну, вот, вроде бы и всё, что хотел сказать. Играйтесь!

Вообще, интересно поиграться не только с одним компом, на котором крутятся и клиент, и сервер. Интересно разнести клиента и сервера на разные компы. Интересно запустить несколько клиентов. Особенно интересно запустить сервер не на настольном компе или нотике (на платформе Intel/Amd), а на Rasberry Pi (на платформе ARM). Короче, создать зоопарк и посмотреть, как это всё работает.