寫在前面：
為了應(yīng)對標(biāo)準(zhǔn)化和跨平臺的趨勢，更好的推廣OPC，OPC基金會在OPCDA成功應(yīng)用的基礎(chǔ)上推出了一個新的OPC標(biāo)準(zhǔn)——OPC UA，OPCUA不再基于分布式組件對象模型（DCOM），而是以面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）為基礎(chǔ)，因此，在未來的若干年中，OPCUA將逐步取代OPCDA，成為新一代的OPC標(biāo)準(zhǔn)，助力工業(yè)4．0。
而提起MQTT，或許大家有些陌生。MQTT是一個基于客戶端－服務(wù)器的消息發(fā)布／訂閱傳輸協(xié)議。具有輕量、簡單、開放和易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，尤其在物聯(lián)網(wǎng)IOT領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。
物聯(lián)網(wǎng)一直都是一個很熱門的話題，而數(shù)據(jù)上云，也是現(xiàn)在工業(yè)上很普遍的一個需求。至于如何實(shí)現(xiàn)，各個廠家都提供了各種不同的解決方案，無分好壞，最適合的就是最好的。
剛看完一篇名為《OPCUA＋MQTT＝物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)展的熱門組合》的公眾號文章之后，文思泉涌，想著如何將OPCUA與MQTT聯(lián)合起來，構(gòu)建一個物聯(lián)網(wǎng)通用框架，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳。
01
PART
整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
很多時候，我們的需求是這樣的：現(xiàn)場有N臺不同的設(shè)備或系統(tǒng)，每臺設(shè)備或者系統(tǒng)的協(xié)議是各不相同的，希望可以用一種通用并且簡單的方法，將這些數(shù)據(jù)傳到云端，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問。
這樣的需求，在上位機(jī)中其實(shí)是物聯(lián)網(wǎng)最典型的應(yīng)用之一，那么采用OPCUA＋MQTT或許是個不錯的選擇，整體的框架設(shè)計(jì)如下：
圖表 1 整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
為了實(shí)現(xiàn)整體功能，這里的設(shè)備層，采用Modbus Slave，基于Modbus TCP協(xié)議來做仿真測試，增加5個變量，分為為壓力1－壓力5，對應(yīng)地址從40001－40010，數(shù)據(jù)類型為浮點(diǎn)型，運(yùn)行Modbus Slave仿真結(jié)果如下：
圖表 2 ModbusTCP服務(wù)器
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服務(wù)層
至于服務(wù)層，主要是OPCUA服務(wù)器的開發(fā)應(yīng)用，這里我們有兩個選擇，一種是采用第三方的OPC軟件，比如Kepware、Knight、Matrikon這些公司的產(chǎn)品，這種比較容易，做下相關(guān)配置即可，另外一種方式就是自己開發(fā)，相對來說難度要大一些。
這里我使用自己開發(fā)的一款軟件——上位機(jī)CMS配置一體化軟件，通過簡單配置，在10秒內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了ModbusTCP客戶端數(shù)據(jù)通信，結(jié)果如下：
圖表 3 ModbusTCPClient通信測試
然而，這部分，僅僅是實(shí)現(xiàn)了ModbusTCP客戶端的功能，如果要實(shí)現(xiàn)OPCUA服務(wù)器的功能，需要激活一下OPCUA服務(wù)器，在服務(wù)器節(jié)點(diǎn)下添加一臺OPCUA服務(wù)器即可，添加完成后，保存重新運(yùn)行，結(jié)果如下：
圖表 4 開啟OPCUAServer
為了測試OPCUA服務(wù)器是否開啟成功，需要進(jìn)行測試，可以使用官方軟件UAExpert軟件來測試一下：
圖表 5 OPCUAClient通信測試
03
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數(shù)據(jù)層
（1）在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)層功能之前，需要創(chuàng)建一個MQTT服務(wù)器，這里基于．NET CORE編寫了一個MQTT服務(wù)器的程序，并在阿里云服務(wù)器中部署運(yùn)行（這里要注意開放端口1883），運(yùn)行效果如下：
圖表 6 MQTT服務(wù)器
（2）MQTT服務(wù)器創(chuàng)建完成之后，重新打開一個CMS配置軟件來進(jìn)行OPCUAClient的功能測試，上一節(jié)中的UAExpert是官方的OPCUA客戶端軟件，僅用于測試使用，這里的使用的CMS配置軟件的OPCUAClient是自己開發(fā)的客戶端程序，經(jīng)過配置之后，運(yùn)行結(jié)果如下：
圖表 7 OPCUAClient
（3）在CMS配置人家的服務(wù)器節(jié)點(diǎn)中，右擊添加一個MQTTClient，根據(jù)MQTT服務(wù)器配置相關(guān)IP、用戶、密碼、主題及更新時間等信息，具體如下：
圖表 8 MQTT客戶端配置
（4）配置完成后點(diǎn)擊啟動按鈕，整體運(yùn)行之后，可以看到MQTT連接成功，并按照設(shè)定的周期將最新的數(shù)據(jù)發(fā)布到指定的主題中，效果如下：
圖表 9 啟動MQTT客戶端
（5）打開MQTT服務(wù)器，也可以看到不斷地有數(shù)據(jù)發(fā)布過來，這里為了便于觀察結(jié)果，將壓力1的數(shù)據(jù)仿真成每秒加1，MQTT服務(wù)器數(shù)據(jù)接收如下：
圖表 10 MQTT服務(wù)器數(shù)據(jù)接收
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應(yīng)用層
通過以上的相關(guān)部署，即可實(shí)現(xiàn)整個OPCUA＋MQTT的實(shí)現(xiàn)，實(shí)際應(yīng)用時，只需要開啟一個MQTT客戶端，連接指定的MQTT服務(wù)器，并訂閱相應(yīng)的主題，即可獲取到設(shè)備層的實(shí)時數(shù)據(jù)，這里使用一個常用的MQTT客戶端軟件，即MQTT．fx：
圖表 11 MQTT．fx通信測試
寫在最后：
本文旨在結(jié)合當(dāng)下主流的OPCUA統(tǒng)一架構(gòu)和MQTT通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)一種數(shù)據(jù)上云的途徑，對于自動化行業(yè)的上位機(jī)工程師來說，可以拓展大家的思路。未來更多是IT和OT相結(jié)合的一種趨勢，因此，作為每個工控技術(shù)人員，都要時刻保持危機(jī)感，不斷學(xué)習(xí)，不斷進(jìn)步，這樣才能更好地面對未來工業(yè)的快速發(fā)展。
