Java模拟OPC Server服务器并创建节点代码实现

朱雀 2024-03-17 14:13 9阅读 0赞

## 前言 ##

模拟OPC Server服务器的方法除了使用KEPServerEX6软件以外，还可以使用java代码模拟启动一个opc server。下文详细讲解，如何使用java代码，实现模拟一个或者多个opc server服务器。

## OPC Server简介 ##

OPC（OLE for Process Control）Server是一种用于实时数据通信的标准化软件接口，它允许不同厂商的设备和软件系统之间进行数据交换和集成。以下是对OPC Server的详细解释：

*  概述：OPC Server是一个在工业自动化领域中广泛应用的软件组件，它作为一个中间层，连接了底层的硬件设备（如传感器、控制器等）和上层的应用软件（如监控系统、数据采集系统等），实现实时数据的传输和共享。
 *  标准化接口：OPC Server提供了一套标准化的接口和协议，使得不同的设备和软件系统可以通过统一的方式进行通信。这样，厂商可以开发符合OPC标准的设备和软件，并确保它们之间的互操作性和兼容性。
 *  数据交换：OPC Server负责从底层设备读取实时数据，并将其转换成标准的OPC格式，然后通过网络或本地接口向上层应用软件提供数据。同时，OPC Server还可以接收来自应用软件的指令或配置信息，并将其传递给底层设备进行相应的操作和控制。
 *  设备支持：OPC Server可以与各种不同类型的设备进行通信，包括传感器、执行器、PLC（可编程逻辑控制器）、DCS（分布式控制系统）等。通过OPC Server，这些设备可以实现与上层系统的无缝集成。
 *  安全性和稳定性：OPC Server提供了安全机制，例如身份验证、权限管理等，以确保数据的安全性和系统的稳定性。此外，它还支持断线重连、故障恢复等功能，以保证通信的可靠性和持久性。
 *  扩展性和灵活性：OPC Server的设计具有良好的扩展性和灵活性，允许用户根据需要添加或定制特定的功能模块。这使得用户能够根据应用场景的要求进行个性化的配置和扩展。

总结而言，OPC Server是一种用于工业自动化中实时数据通信的标准化软件接口。它通过提供统一的接口和协议，连接了底层设备和上层应用软件，实现了设备之间的数据交换和集成。通过使用OPC Server，企业可以实现设备和系统的互联互通，提高生产效率和管理水平。

## 引入依赖 ##

首先在Maven项目的pom.xml文件中引入所需的依赖

<dependency>
    			<groupId>org.eclipse.milo</groupId>
    			<artifactId>sdk-server</artifactId>
    			<version>0.6.9</version>
    		</dependency>
    		<dependency>
    			<groupId>org.eclipse.milo</groupId>
    			<artifactId>dictionary-manager</artifactId>
    			<version>0.6.9</version>
    		</dependency>

## 创建Server ##

创建opc server代码实现：

/**
         * 方法描述: 创建opcUaServer
         *
         * @param port 端口
         * @return {@link OpcUaServer}
         * @throws
         */
        private OpcUaServer startServer(int port){
        
            Set<EndpointConfiguration> endpointConfigurations=new HashSet<>();
            EndpointConfiguration endpointConfiguration=EndpointConfiguration.newBuilder().setBindPort(port).build();
            endpointConfigurations.add(endpointConfiguration);
            System.out.println(endpointConfiguration.getEndpointUrl());
            OpcUaServerConfig serverConfig = OpcUaServerConfig.builder()
                    .setApplicationName(LocalizedText.english("Server Application"))
                    .setApplicationUri("urn:eclipse:milo:examples:server")
                    .setProductUri("urn:eclipse:milo:examples:server")
                    .setEndpoints(endpointConfigurations)
                    .build();
            OpcUaServer server = new OpcUaServer(serverConfig);
            server.startup();
            return server;
        }

在EndpointConfiguration的newBuilder方法中，我看可以知道，如果我们不设置端口，默认就是 12685.  
![在这里插入图片描述][e1e64b75a7fa4f9985df17be3bc83b4b.png]

## 创建自定义Namespace ##

创建TestNamespace类，继承org.eclipse.milo sdk-server 中的ManagedNamespaceWithLifecycle类，并声明构造器，代码如下：

public static final String NAMESPACE_URI = "urn:eclipse:milo:opc";
    
    
        private final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(getClass());
    
        private volatile Thread eventThread;
        private volatile boolean keepPostingEvents = true;
    
        private final DataTypeDictionaryManager dictionaryManager;
    
        private final SubscriptionModel subscriptionModel;
    
        public TestNamespace(OpcUaServer server) {
        
            super(server, NAMESPACE_URI);
    
            subscriptionModel = new SubscriptionModel(server, this);
            dictionaryManager = new DataTypeDictionaryManager(getNodeContext(), NAMESPACE_URI);
    
            getLifecycleManager().addLifecycle(dictionaryManager);
            getLifecycleManager().addLifecycle(subscriptionModel);
    
            getLifecycleManager().addLifecycle(new Lifecycle() {
        
                @Override
                public void startup() {
        
                    startBogusEventNotifier();
                }
    
                @Override
                public void shutdown() {
        
                    try {
        
                        keepPostingEvents = false;
                        eventThread.interrupt();
                        eventThread.join();
                    } catch (InterruptedException ignored) {
        
                        // ignored
                    }
                }
            });
        }

## 重载Lifecycle的方法 ##

重载org.eclipse.milo.opcua.sdk.server.Lifecycle 的 startup方法和shutdown方法，启动时，创建事件通知器。代码如下：

private void startBogusEventNotifier() {
        
            // Set the EventNotifier bit on Server Node for Events.
            UaNode serverNode = getServer()
                    .getAddressSpaceManager()
                    .getManagedNode(Identifiers.Server)
                    .orElse(null);
    
            if (serverNode instanceof ServerTypeNode) {
        
                ((ServerTypeNode) serverNode).setEventNotifier(ubyte(1));
    
                // Post a bogus Event every couple seconds
                eventThread = new Thread(() -> {
        
                    while (keepPostingEvents) {
        
                        try {
        
                            BaseEventTypeNode eventNode = getServer().getEventFactory().createEvent(
                                    newNodeId(UUID.randomUUID()),
                                    Identifiers.BaseEventType
                            );
                            eventNode.setBrowseName(new QualifiedName(1, "foo"));
                            eventNode.setDisplayName(LocalizedText.english("foo"));
                            eventNode.setEventId(ByteString.of(new byte[]{
        0, 1, 2, 3}));
                            eventNode.setEventType(Identifiers.BaseEventType);
                            eventNode.setSourceNode(serverNode.getNodeId());
                            eventNode.setSourceName(serverNode.getDisplayName().getText());
                            eventNode.setTime(DateTime.now());
                            eventNode.setReceiveTime(DateTime.NULL_VALUE);
                            eventNode.setMessage(LocalizedText.english("event message!"));
                            eventNode.setSeverity(ushort(2));
                            //noinspection UnstableApiUsage
                            getServer().getEventBus().post(eventNode);
                            eventNode.delete();
                        } catch (Throwable e) {
        
                            logger.error("Error creating EventNode: {}", e.getMessage(), e);
                        }
    
                        try {
        
                            //noinspection BusyWait
                            Thread.sleep(2_000);
                        } catch (InterruptedException ignored) {
        
                            // ignored
                        }
                    }
                }, "bogus-event-poster");
                eventThread.start();
            }
        }

## 创建opc ua 节点方法 ##

/**
         * 方法描述: 创建节点方法
         *
         * @param keys 节点名称集合
         * @return
         * @throws
         */
        public void addNodes(Set<String> keys) {
        
            // Create a "opc" folder and add it to the node manager
            NodeId folderNodeId = newNodeId("opc");
            UaFolderNode folderNode = new UaFolderNode(
                    getNodeContext(),
                    folderNodeId,
                    newQualifiedName("opc"),
                    LocalizedText.english("opc")
            );
            getNodeManager().addNode(folderNode);
            // Make sure our new folder shows up under the server's Objects folder.
            folderNode.addReference(new Reference(
                    folderNode.getNodeId(),
                    Identifiers.Organizes,
                    Identifiers.ObjectsFolder.expanded(),
                    false
            ));
            for (String key : keys) {
        
                NodeId typeId = Identifiers.Double;
                Variant variant = new Variant(0d);
                UaVariableNode node = new UaVariableNode.UaVariableNodeBuilder(getNodeContext())
                        .setNodeId(newNodeId(key))
                        .setAccessLevel(AccessLevel.READ_WRITE)
                        .setUserAccessLevel(AccessLevel.READ_WRITE)
                        .setBrowseName(newQualifiedName(key))
                        .setDisplayName(LocalizedText.english(key))
                        .setDataType(typeId)
                        .setTypeDefinition(Identifiers.BaseDataVariableType)
                        .build();
                node.setValue(new DataValue(variant));
                getNodeManager().addNode(node);
                folderNode.addOrganizes(node);
            }
        }

先创建一个“opc”文件夹并将其添加到节点管理器中，然后根据传入的节点名称，循环遍历，创建到“opc”文件夹下，生成变量类型的节点。

## 重载ManagedNamespaceWithLifecycle虚拟方法 ##

重载继承类ManagedNamespaceWithLifecycle的虚拟方法  
代码如下：

@Override
        public void onDataItemsCreated(List<DataItem> dataItems) {
        
            subscriptionModel.onDataItemsCreated(dataItems);
        }
    
        @Override
        public void onDataItemsModified(List<DataItem> dataItems) {
        
            subscriptionModel.onDataItemsModified(dataItems);
        }
    
        @Override
        public void onDataItemsDeleted(List<DataItem> dataItems) {
        
            subscriptionModel.onDataItemsDeleted(dataItems);
        }
    
        @Override
        public void onMonitoringModeChanged(List<MonitoredItem> monitoredItems) {
        
            subscriptionModel.onMonitoringModeChanged(monitoredItems);
        }

## 完整代码实现： ##

import org.eclipse.milo.opcua.sdk.core.AccessLevel;
    import org.eclipse.milo.opcua.sdk.core.Reference;
    import org.eclipse.milo.opcua.sdk.server.Lifecycle;
    import org.eclipse.milo.opcua.sdk.server.OpcUaServer;
    import org.eclipse.milo.opcua.sdk.server.api.DataItem;
    import org.eclipse.milo.opcua.sdk.server.api.ManagedNamespaceWithLifecycle;
    import org.eclipse.milo.opcua.sdk.server.api.MonitoredItem;
    import org.eclipse.milo.opcua.sdk.server.dtd.DataTypeDictionaryManager;
    import org.eclipse.milo.opcua.sdk.server.model.nodes.objects.BaseEventTypeNode;
    import org.eclipse.milo.opcua.sdk.server.model.nodes.objects.ServerTypeNode;
    import org.eclipse.milo.opcua.sdk.server.nodes.UaFolderNode;
    import org.eclipse.milo.opcua.sdk.server.nodes.UaNode;
    import org.eclipse.milo.opcua.sdk.server.nodes.UaVariableNode;
    import org.eclipse.milo.opcua.sdk.server.util.SubscriptionModel;
    import org.eclipse.milo.opcua.stack.core.Identifiers;
    import org.eclipse.milo.opcua.stack.core.types.builtin.*;
    import org.slf4j.Logger;
    import org.slf4j.LoggerFactory;
    
    import java.util.*;
    
    import static org.eclipse.milo.opcua.stack.core.types.builtin.unsigned.Unsigned.ubyte;
    import static org.eclipse.milo.opcua.stack.core.types.builtin.unsigned.Unsigned.ushort;
    
    /**
     * @author Lenovo
     */
    public class TestNamespace extends ManagedNamespaceWithLifecycle {
        
    
        public static final String NAMESPACE_URI = "urn:eclipse:milo:opc";
    
    
        private final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(getClass());
    
        private volatile Thread eventThread;
        private volatile boolean keepPostingEvents = true;
    
        private final DataTypeDictionaryManager dictionaryManager;
    
        private final SubscriptionModel subscriptionModel;
    
        public TestNamespace(OpcUaServer server) {
        
            super(server, NAMESPACE_URI);
    
            subscriptionModel = new SubscriptionModel(server, this);
            dictionaryManager = new DataTypeDictionaryManager(getNodeContext(), NAMESPACE_URI);
    
            getLifecycleManager().addLifecycle(dictionaryManager);
            getLifecycleManager().addLifecycle(subscriptionModel);
    
            getLifecycleManager().addLifecycle(new Lifecycle() {
        
                @Override
                public void startup() {
        
                    startBogusEventNotifier();
                }
    
                @Override
                public void shutdown() {
        
                    try {
        
                        keepPostingEvents = false;
                        eventThread.interrupt();
                        eventThread.join();
                    } catch (InterruptedException ignored) {
        
                        // ignored
                    }
                }
            });
        }
    
        /**
         * 方法描述: 创建节点方法
         *
         * @param keys
         * @return
         * @throws
         */
        public void addNodes(Set<String> keys) {
        
            // Create a "HelloWorld" folder and add it to the node manager
            NodeId folderNodeId = newNodeId("opc");
            UaFolderNode folderNode = new UaFolderNode(
                    getNodeContext(),
                    folderNodeId,
                    newQualifiedName("opc"),
                    LocalizedText.english("opc")
            );
            getNodeManager().addNode(folderNode);
            // Make sure our new folder shows up under the server's Objects folder.
            folderNode.addReference(new Reference(
                    folderNode.getNodeId(),
                    Identifiers.Organizes,
                    Identifiers.ObjectsFolder.expanded(),
                    false
            ));
            for (String key : keys) {
        
                NodeId typeId = Identifiers.Double;
                Variant variant = new Variant(0d);
                UaVariableNode node = new UaVariableNode.UaVariableNodeBuilder(getNodeContext())
                        .setNodeId(newNodeId(key))
                        .setAccessLevel(AccessLevel.READ_WRITE)
                        .setUserAccessLevel(AccessLevel.READ_WRITE)
                        .setBrowseName(newQualifiedName(key))
                        .setDisplayName(LocalizedText.english(key))
                        .setDataType(typeId)
                        .setTypeDefinition(Identifiers.BaseDataVariableType)
                        .build();
                node.setValue(new DataValue(variant));
                getNodeManager().addNode(node);
                folderNode.addOrganizes(node);
            }
        }
    
        private void startBogusEventNotifier() {
        
            // Set the EventNotifier bit on Server Node for Events.
            UaNode serverNode = getServer()
                    .getAddressSpaceManager()
                    .getManagedNode(Identifiers.Server)
                    .orElse(null);
    
            if (serverNode instanceof ServerTypeNode) {
        
                ((ServerTypeNode) serverNode).setEventNotifier(ubyte(1));
    
                // Post a bogus Event every couple seconds
                eventThread = new Thread(() -> {
        
                    while (keepPostingEvents) {
        
                        try {
        
                            BaseEventTypeNode eventNode = getServer().getEventFactory().createEvent(
                                    newNodeId(UUID.randomUUID()),
                                    Identifiers.BaseEventType
                            );
                            eventNode.setBrowseName(new QualifiedName(1, "foo"));
                            eventNode.setDisplayName(LocalizedText.english("foo"));
                            eventNode.setEventId(ByteString.of(new byte[]{
        0, 1, 2, 3}));
                            eventNode.setEventType(Identifiers.BaseEventType);
                            eventNode.setSourceNode(serverNode.getNodeId());
                            eventNode.setSourceName(serverNode.getDisplayName().getText());
                            eventNode.setTime(DateTime.now());
                            eventNode.setReceiveTime(DateTime.NULL_VALUE);
                            eventNode.setMessage(LocalizedText.english("event message!"));
                            eventNode.setSeverity(ushort(2));
                            //noinspection UnstableApiUsage
                            getServer().getEventBus().post(eventNode);
                            eventNode.delete();
                        } catch (Throwable e) {
        
                            logger.error("Error creating EventNode: {}", e.getMessage(), e);
                        }
    
                        try {
        
                            //noinspection BusyWait
                            Thread.sleep(2_000);
                        } catch (InterruptedException ignored) {
        
                            // ignored
                        }
                    }
                }, "bogus-event-poster");
                eventThread.start();
            }
        }
    
    
        @Override
        public void onDataItemsCreated(List<DataItem> dataItems) {
        
            subscriptionModel.onDataItemsCreated(dataItems);
        }
    
        @Override
        public void onDataItemsModified(List<DataItem> dataItems) {
        
            subscriptionModel.onDataItemsModified(dataItems);
        }
    
        @Override
        public void onDataItemsDeleted(List<DataItem> dataItems) {
        
            subscriptionModel.onDataItemsDeleted(dataItems);
        }
    
        @Override
        public void onMonitoringModeChanged(List<MonitoredItem> monitoredItems) {
        
            subscriptionModel.onMonitoringModeChanged(monitoredItems);
        }
    
    }

## 创建OpcServerTest类，进行使用测试： ##

import org.eclipse.milo.opcua.sdk.server.OpcUaServer;
    import org.eclipse.milo.opcua.sdk.server.api.config.OpcUaServerConfig;
    import org.eclipse.milo.opcua.stack.core.types.builtin.LocalizedText;
    import org.eclipse.milo.opcua.stack.server.EndpointConfiguration;
    
    import java.io.*;
    import java.nio.charset.StandardCharsets;
    import java.util.HashSet;
    import java.util.Set;
    
    /**
     * @author tarzaqn
     */
    public class OpcServerTest {
        
    
        public static void main(String[] args) {
        
            OpcUaServer server=startServer(12688);
            TestNamespace namespace=new TestNamespace(server);
            Set<String> keys=getAllKeys("ehc.txt");
            namespace.addNodes(keys);
            namespace.startup();
        }
    
    
        /**
         * 方法描述: 创建opcUaServer
         *
         * @param port 端口
         * @return {@link OpcUaServer}
         * @throws
         */
        private static OpcUaServer startServer(int port){
        
            Set<EndpointConfiguration> endpointConfigurations=new HashSet<>();
            EndpointConfiguration endpointConfiguration=EndpointConfiguration.newBuilder().setBindPort(port).build();
            endpointConfigurations.add(endpointConfiguration);
            System.out.println(endpointConfiguration.getEndpointUrl());
            OpcUaServerConfig serverConfig = OpcUaServerConfig.builder()
                    .setApplicationName(LocalizedText.english("Server Application"))
                    .setApplicationUri("urn:eclipse:milo:examples:server")
                    .setProductUri("urn:eclipse:milo:examples:server")
                    .setEndpoints(endpointConfigurations)
                    .build();
            OpcUaServer server = new OpcUaServer(serverConfig);
            server.startup();
            return server;
        }
    
        private static Set<String> getAllKeys(String fileName){
        
            Set<String> keys=new HashSet<>(50);
            try {
        
                InputStream is=  OpcServerTest.class.getResourceAsStream("/points/"+fileName);
                InputStreamReader reader = new InputStreamReader(is, StandardCharsets.UTF_8);
                BufferedReader in = new BufferedReader(reader);
                String line;
                while ((line = in.readLine()) != null) {
        
                    keys.add(line);
                }
            } catch (FileNotFoundException e) {
        
                e.printStackTrace();
            } catch (IOException e) {
        
                e.printStackTrace();
            }
            return  keys;
        }
    }

我把需要创建的点位都放在java maven项目的resources文件下的ehc.txt文件中，通过getAllKeys方法拿到所有的需要创建的点位集合。  
![在这里插入图片描述][fd6f9ff3ea8a4c3091119d6808c355c5.png]  
![在这里插入图片描述][63cf3f64da0b42368653025b7a6f1b8c.png]  
启动main方法，控制台输出如下：  
![在这里插入图片描述][e4b53045206c4c64ba4484f7aa927df5.png]  
![在这里插入图片描述][d6d9a5bc7de5453ba9dcefbf51822607.png]

我们可以看到控制台输出的 opc.tcp://localhost:12688 就是我们使用java启动opc ua server的连接地址，上面的启动server的代码中，没有设置用户，密码登录，我们在使用opc ua 客户端的时候，可以使用匿名登录访问。

## OPC UA 客户端连接测试 ##

使用java 代码连接我们刚才创建的 Opc Ua server,尝试读取我们创建的节点名称，代码如下：

import org.eclipse.milo.opcua.sdk.client.OpcUaClient;
    
    /**
     * @author tarzan
     */
    public class OpcUaClientTest {
        
        public static void main(String[] args) throws Exception {
        
            String endPointUrl="opc.tcp://localhost:12688";
            OpcUaClient client=OpcUaUtil.createClient(endPointUrl,null,null);
            OpcUaUtil.browse(null,client);
            Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);
        }
    }

**经测试，连接读取节点名称成功，控制台输出如下：**  
![在这里插入图片描述][14bbfa0c5a3e47959c252dd96b7a6f6d.png]

[e1e64b75a7fa4f9985df17be3bc83b4b.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/15/8b1dae1e3479479a855987a49ebf6f47.png
[fd6f9ff3ea8a4c3091119d6808c355c5.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/15/a702a97e4ca244c0b0d4691b72d6f7e8.png
[63cf3f64da0b42368653025b7a6f1b8c.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/15/1346587dd80842818c2e7507c3985c33.png
[e4b53045206c4c64ba4484f7aa927df5.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/15/b01c36b2162942bda2379a5ab100be02.png
[d6d9a5bc7de5453ba9dcefbf51822607.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/15/bd94f26b20714abd99cd1facb60b487d.png
[14bbfa0c5a3e47959c252dd96b7a6f6d.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/15/660469d005da4cf9ab72be99456ab536.png