前面章节我们采用OPC作为设备到上位的信息交互的协议，本章我们介绍跨平台的OPC UA。OPC作为早期的工业通信规范，是基于COM/DCOM的技术实现的，用于设备和软件之间交换数据，最初，OPC标准仅限于Windows操作系统。OPC是OLE for Process Control的缩写（中文意思：用于过程控制的OLE）。
OPC规范包括了3大部分：
- OPC DA：OPC实时数据访问规范，定义了包括数据值，更新时间与数据品质信息的相关标准。前面实战2我们使用openOPC获取的tag位号值就属于OPC DA，通过OPC DA读取底层设备的状态、工业参数等位号的实时数据。
- OPC HDA：OPC历史数据访问规范，定义了查询、分析历史数据和含有时标的数据的方法。
- OPC AE：OPC报警事件访问规范，定义了报警与时间类型的消息类信息，以及状态变化管理等相关标准。
由于基于COM/DCOM的技术有着不能跨平台的根本缺点，随着技术的发展，OPC基金会在2008年发布了新的规范：OPC UA （OPC Unified Architecture）OPC 统一框架。
1. OPC UA是什么
2008年发布的OPC统一架构（UA）将各个OPC Classic规范的所有功能集成到一个可扩展的框架中，独立于平台并且面向服务。OPC UA规范不再是基于COM/DCOM技术，因此OPC UA不仅能在Windows平台上实现，更可以在Linux，以及其它的嵌入式平台中实现。
这种多层方法实现了最初设计UA规范时的目标：
- 功能对等性：所有COM OPC Classic规范都映射到UA
- 平*立性：从嵌入式微控制器到基于云的基础设施
- 安全性：信息加密、身份验证和审核
- 可扩展性：添加新功能而不影响现有应用程序的能力
- 综合信息建模：用于定义复杂信息
2. OPC UA相对于传统OPC的变化
功能对等性
OPC UA不仅支持传统OPC的所有功能，更支持更多新的功能：
- 发现：在本地PC和/或网络上查找可用的OPC服务器
- 地址空间：所有数据都是分层表示的（例如文件和文件夹），允许OPC客户端发现、利用简单和复杂的数据结构
- 按需：基于访问权限读取和写入数据/信息
- 订阅：监视数据/信息，并且当值变化超出客户端的设定时报告异常
- 事件：基于客户端的设定通知重要信息
- 方法：客户端可以基于在服务器上定义的方法来执行程序等
- OPC UA产品和OPC Classic产品之间的集成可以通过COM/Proxy Wrappers轻松实现。
平*立性
鉴于市场上有各种各样的硬件平台和操作系统，平*立性就显得至关重要。OPC UA包含但不限于以下平台及系统：
硬件平台：传统PC硬件、云服务器、PLC、微控制器（ARM等）
操作系统：Microsoft Windows、Apple OSX、Android或任何Linux发行版本等
OPC UA为企业之间的互操作性提供必要的M2M、M2E及两者之间的基础架构。
安全性
最大的变化是OPC UA可以通过任何单一端口（经管理员开放后）进行通信，这使得OPC通信不再会由于防火墙受到大量的限制，实现Internet 通讯。
综合信息建模
OPC UA信息建模框架将数据转换为信息。通过完全面向对象的功能，即使是最复杂的多级结构也可以建模和扩展。数据类型和结构在配置文件中定义。 例如，现有的OPC Classic规范被建模为UA配置文件，也可以由其他组织扩展：
更详细的内容请参阅OPC基金会官网：http://opcfoundation.cn/
3. 安装python-opcua组件
pip安装：pip install opcua
组件按照完毕后，我们可以在python环境执行uadiscover命令查看效果：
由于运行电脑上没有运行的opcua服务端，命令没有发现任何opcua服务。下面通过运行opcua上最新的服务端代码再来看看效果。
- 在C:\Python\Python36-32\Scripts\下创建examples目录；
- Copy opcua源码下的server-minimal.py到C:\Python\Python36-32\Scripts\examples；
- 在C:\Python\Python36-32目录下运行命令，如下图：
- python C:\Python\Python36-32\Scripts\examples\server-minimal.py
重新运行uadiscover命令，结果如下：
现在连接到 OPCUA Sever 的模拟器提供的 OPC UA 服务了。
4. 创建一个4C9反应罐的OPCUA Server模拟器
4.1. 在Solution上添加一个Python Application Project Tank4C9Svr
打开Tank4C9Svr.py文件，修改Example里的server-minimal.py文件里代码，模拟4C9反应罐如下：
import sys
sys.path.insert(0, "..")
import time
import random
from opcua import ua, Server
if __name__ == "__main__":
# setup our server
server = Server()
server.set_endpoint("opc.tcp://0.0.0.0:4840/freeopcua/server/")
# setup our own namespace, not really necessary but should as spec
uri = "http://examples.freeopcua.github.io"
idx = server.register_namespace(uri)
# get Objects node, this is where we should put our nodes
objects = server.get_objects_node()
# populating our address space
myobj = objects.add_object(idx, "Tank4C9")
status = myobj.add_variable(idx, "Status", 0)
overheadFlow = myobj.add_variable(idx, "OverheadFlow", 0)
buttomsFlow = myobj.add_variable(idx, "ButtomsFlow", 0)
power = myobj.add_variable(idx, "Power", 0)
#myVar.set_writable() # Set MyVariable to be writable by clients
# starting!
server.start()
try:
count = 0
while True:
time.sleep(5)
count = count + 1
print(count%4)
if count%4>0:
status.set_value(1)
else:
status.set_value(0)
a= random.randint(100,500)
print("OverheadFlow:"+str(a))
overheadFlow.set_value(a)
buttomsFlow.set_value(random.randint(50,500))
power.set_value(random.randint(1000,5000))
finally:
#close connection, remove subcsriptions, etc
server.stop()
我们把Tank4C9Svr设置成solution默认启动项目后，F5调试运行Tank4C9Svr，如下图：
5. opcua-client浏览4C9 opcua服务器
安装：pip install opcua-client
cmd窗口C:\Python\Python36-32\Scripts目录下执行opcua-client.exe命令，如下图：
地址栏输入 opc.tcp://localhost:4840 点击连接按钮，就能看见我们构建的Tank4C9设备和对于的tag变量了，如下图：
我们可以在变量上右键来订阅数据变化的读取最新的数据值。
6. 小结
本小节主要介绍了OPC DA到OPC UA之间的关系，更多详细的信息参考OPC基金会官网。首先，我们使用 python-opcua 组件模拟构建一个Tank4C9的反应罐OPC UA服务器，然后，演示OPC UA的Objects是如何构建的。最后，展示opcua-client连接这个OPCUA服务器并订阅数据变化是如何的显示效果。下一节我们将用演示监控如何迁移到OPC UA数据通信协议。