Java代码实现OPC UA Client直接与PLC通讯

ゝ一纸荒年。 2024-03-17 14:11 46阅读 0赞

## 介绍 ##

在现代制造业中，PLC（可编程逻辑控制器）被广泛应用于控制工厂设备和流程。而OPC UA（OLE for Process Control Unified Architecture）则成为了工业自动化领域中的通信协议标准。本教程将教你如何使用Java编写一个OPC UA Client来实现直接与PLC通讯。

## 准备工作 ##

在开始编写代码之前，我们需要准备以下工作：

1.  安装Java开发环境（JDK）
2.  从OPC Foundation官网下载并安装OPC UA库（org.eclipse.milo）

## 步骤 ##

### 步骤1：创建一个Java项目 ###

首先，在你的开发环境中创建一个新的Java项目。

### 步骤2：添加OPC UA库依赖 ###

**普通方式**  
将下载的OPC UA库（org.eclipse.milo）导入到你的Java项目中。具体的导入方式根据你使用的开发环境而定。  
**maven方式**

<dependency>
    			<groupId>org.eclipse.milo</groupId>
    			<artifactId>sdk-client</artifactId>
    			<version>0.6.9</version>
    		</dependency>

### 步骤3：代码教程 ###

**在你的Java项目中创建一个新的类，命名为OpcUaUtil。这个类将包含与PLC通讯的所有代码方法。**

#### 创建客户端 ####

传入opc地址，和用户名、密码，创建一个opc ua 客户端，代码实现如下：

/**
         * 方法描述: 创建客户端
         *
         * @param endPointUrl
         * @param username
         * @param password
         * @return {@link OpcUaClient}
         * @throws
         */
        public static OpcUaClient createClient(String endPointUrl,String username,String password){
        
            log.info(endPointUrl);
            try {
        
                //获取安全策略
                List<EndpointDescription> endpointDescription = DiscoveryClient.getEndpoints(endPointUrl).get();
                //过滤出一个自己需要的安全策略
                EndpointDescription endpoint = endpointDescription.stream()
                        .filter(e -> e.getSecurityPolicyUri().equals(SecurityPolicy.None.getUri()))
                        .findFirst().orElse(null);
                IdentityProvider identityProvider=new AnonymousProvider();
                if(!StringUtils.isEmpty(username)||!StringUtils.isEmpty(password)){
        
                    identityProvider=new UsernameProvider(username,password);
                }
                // 设置配置信息
                OpcUaClientConfig config = OpcUaClientConfig.builder()
                        // opc ua 自定义的名称
                        .setApplicationName(LocalizedText.english("plc"))
                        // 地址
                        .setApplicationUri(endPointUrl)
                        // 安全策略等配置
                        .setEndpoint(endpoint)
                        .setIdentityProvider(identityProvider)
                        //等待时间
                        .setRequestTimeout(UInteger.valueOf(5000))
                        .build();
                // 准备连接
                OpcUaClient opcClient =OpcUaClient.create(config);
                //开启连接
                opcClient.connect().get();
                log.info("连接成功。。。success");
                return opcClient;
            } catch (Exception e) {
        
                e.printStackTrace();
                log.error("======== opc connection fail ========");
            }
            return null;
        }

#### 遍历节点 ####

/**
         * 方法描述: 查询某个节点下的所有节点
         *
         * @param identifier 节点名
         * @param client opc ua客户端
         * @return
         * @throws
         */
        public static void browse(String identifier, OpcUaClient client) throws Exception {
        
            NodeId nodeId = Identifiers.ObjectsFolder;
            if(!StringUtils.isEmpty(identifier)){
        
                nodeId = new NodeId(2, identifier);
            }
            BrowseDescription browse = new BrowseDescription(
                    nodeId,
                    BrowseDirection.Forward,
                    Identifiers.References,
                    true,
                    UInteger.valueOf(NodeClass.Object.getValue() | NodeClass.Variable.getValue()),
                    UInteger.valueOf(BrowseResultMask.All.getValue())
            );
            BrowseResult browseResult = client.browse(browse).get();
            ReferenceDescription[] references = browseResult.getReferences();
            for (ReferenceDescription reference : references) {
        
                System.out.println(reference.getNodeId().getIdentifier().toString()+" "+reference.getNodeClass().getValue());
                if(reference.getNodeClass().getValue()==NodeClass.Object.getValue()){
        
                    browse(reference.getNodeId().getIdentifier().toString(),client);
                }
            }
        }

注意：这里用BrowseDescription对象过滤了节点类型为Object和Variable的节点，其他类型的不予查询！

#### 读取单个节点的值 ####

public static Object readValue(String identifier, OpcUaClient client){
        
            log.info("点位数据："+ identifier);
            NodeId nodeId = new NodeId(2, identifier);
            DataValue value = null;
            try {
        
                value = client.readValue(0.0, TimestampsToReturn.Both, nodeId).get();
            } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
        
                e.printStackTrace();
            }
            if(Objects.nonNull(value)&&Objects.nonNull(value.getValue())&&Objects.nonNull(value.getValue().getValue())) {
        
                return value.getValue().getValue();
            }
            return null;
        }

#### 读取多个节点的值 ####

/**
         * 方法描述: 读取多个点位的值
         *
         * @param keys 点位集合
         * @param client 客户端
         * @return {@link List< DataValue>}
         * @throws
         */
        public  List<DataValue> readValues(Set<String> keys, OpcUaClient client){
        
            List<NodeId> nodeIdList=new ArrayList<>(500);
            keys.forEach(e->{
        
                NodeId nodeId = new NodeId(2, e);
                nodeIdList.add(nodeId);
            });
            try {
        
                List<DataValue> dataValues=client.readValues(0.0, TimestampsToReturn.Both,nodeIdList).get();
                return dataValues;
            } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
        
                e.printStackTrace();
            }
            return null;
        };
        }

**注意：**

*  返回的数据值集合的顺序和传入的点位集合的顺序是一致的，我们可能根据传入点位的的顺序，匹配对应的值。
 *  传入的点位集合必须都是opcserver中已存在，否则就会抛出读取异常

#### 写入单个节点的值 ####

/**
         * 写入值
         *
         * @param identifier
         * @param value
         * @throws Exception
         */
        public static void writeValue(String identifier, Object value) throws Exception {
        
            //创建变量节点
            NodeId nodeId = new NodeId(2, identifier);
            //创建Variant对象和DataValue对象
            Variant v = new Variant(value);
            DataValue dataValue = new DataValue(v, null, null);
            StatusCode statusCode = OPC_UA_CLIENT.writeValue(nodeId, dataValue).get();
            if(statusCode.isGood()){
        
                log.info("数据写入成功");
            }else {
        
                log.error("数据写入失败");
            }
        }

#### 写入多个节点的值 ####

/**
         * 方法描述:  写入多个节点的值
         *
         * @param keys  节点集合
         * @param values  值集合
         * @param client  客户端
         * @return {@link Object}
         * @throws
         */
        public  Object writeValues(Set<String> keys,List<Object> values,OpcUaClient client){
        
            List<NodeId> nodeIs=new ArrayList<>(keys.size());
            keys.forEach(e->{
        
                NodeId nodeId = new NodeId(2, e);
                nodeIs.add(nodeId);
            });
            List<DataValue> dataValues=new ArrayList<>(values.size());
            values.forEach(e->{
        
                Variant value=new Variant(Double.parseDouble(e.toString()));
                DataValue dataValue=new DataValue(value);
                dataValues.add(dataValue);
            });
            try {
        
                 client.writeValues(nodeIs,dataValues).get();
            } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
        
                e.printStackTrace();
            }
            return null;
        }

**注意：**

*  传入节点集合的顺序要和传入值的集合的顺序一一对应，才能存入和点位匹配的值。
 *  传入的点位集合必须都是opcserver中已存在，否则就会抛出写入异常

#### 断开连接 ####

/**
         * 方法描述: 断开连接
         *
         * @param client
         * @return
         * @throws
         */
        public void disconnect(OpcUaClient client){
        
            try {
        
                client.disconnect().get();
            } catch (InterruptedException e) {
        
                e.printStackTrace();
            } catch (ExecutionException e) {
        
                e.printStackTrace();
            }
        }

#### 完整代码： ####

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
    import org.eclipse.milo.opcua.sdk.client.OpcUaClient;
    import org.eclipse.milo.opcua.sdk.client.api.config.OpcUaClientConfig;
    import org.eclipse.milo.opcua.sdk.client.api.identity.AnonymousProvider;
    import org.eclipse.milo.opcua.sdk.client.api.identity.IdentityProvider;
    import org.eclipse.milo.opcua.sdk.client.api.identity.UsernameProvider;
    import org.eclipse.milo.opcua.stack.client.DiscoveryClient;
    import org.eclipse.milo.opcua.stack.core.Identifiers;
    import org.eclipse.milo.opcua.stack.core.security.SecurityPolicy;
    import org.eclipse.milo.opcua.stack.core.types.builtin.*;
    import org.eclipse.milo.opcua.stack.core.types.builtin.unsigned.UInteger;
    import org.eclipse.milo.opcua.stack.core.types.enumerated.BrowseDirection;
    import org.eclipse.milo.opcua.stack.core.types.enumerated.BrowseResultMask;
    import org.eclipse.milo.opcua.stack.core.types.enumerated.NodeClass;
    import org.eclipse.milo.opcua.stack.core.types.enumerated.TimestampsToReturn;
    import org.eclipse.milo.opcua.stack.core.types.structured.BrowseDescription;
    import org.eclipse.milo.opcua.stack.core.types.structured.BrowseResult;
    import org.eclipse.milo.opcua.stack.core.types.structured.EndpointDescription;
    import org.eclipse.milo.opcua.stack.core.types.structured.ReferenceDescription;
    import org.springframework.util.StringUtils;
    
    import java.util.*;
    import java.util.concurrent.ExecutionException;
    
    /**
     * @author TARZAN
     */
    @Slf4j
    public class OpcUaUtil {
        
    
        /**
         * 方法描述: 创建客户端
         *
         * @param endPointUrl
         * @param username
         * @param password
         * @return {@link OpcUaClient}
         * @throws
         */
        public static OpcUaClient createClient(String endPointUrl,String username,String password){
        
            log.info(endPointUrl);
            try {
        
                //获取安全策略
                List<EndpointDescription> endpointDescription = DiscoveryClient.getEndpoints(endPointUrl).get();
                //过滤出一个自己需要的安全策略
                EndpointDescription endpoint = endpointDescription.stream()
                        .filter(e -> e.getSecurityPolicyUri().equals(SecurityPolicy.None.getUri()))
                        .findFirst().orElse(null);
                IdentityProvider identityProvider=new AnonymousProvider();
                if(!StringUtils.isEmpty(username)||!StringUtils.isEmpty(password)){
        
                    identityProvider=new UsernameProvider(username,password);
                }
                // 设置配置信息
                OpcUaClientConfig config = OpcUaClientConfig.builder()
                        // opc ua 自定义的名称
                        .setApplicationName(LocalizedText.english("plc"))
                        // 地址
                        .setApplicationUri(endPointUrl)
                        // 安全策略等配置
                        .setEndpoint(endpoint)
                        .setIdentityProvider(identityProvider)
                        //等待时间
                        .setRequestTimeout(UInteger.valueOf(5000))
                        .build();
                // 准备连接
                OpcUaClient opcClient =OpcUaClient.create(config);
                //开启连接
                opcClient.connect().get();
                log.info("连接成功。。。success");
                return opcClient;
            } catch (Exception e) {
        
                e.printStackTrace();
                log.error("======== opc connection fail ========");
            }
            return null;
        }
    
    
        /**
         * 方法描述: 查询所有节点
         *
         * @param client
         * @return {@link Set<String>}
         * @throws
         * @author liwenbin
         * @date 2023年07月03日 13:05:55
         */
        public static Set<String> getAllKeys(OpcUaClient client) throws Exception {
        
            return browse(null,client);
        }
    
    
        /**
         * 方法描述: 查询某个节点下的所有节点
         *
         * @param identifier
         * @param client
         * @return
         * @throws
         */
        public static Set<String> browse(String identifier, OpcUaClient client) throws Exception {
        
            Set<String> keys=new HashSet<>(500);
            browse(identifier,keys,client);
            return keys;
        }
    
        /**
         * 方法描述: 查询某个节点下的所有节点
         *
         * @param identifier
         * @param client
         * @return
         * @throws
         */
        private static Set<String> browse(String identifier, Set<String> keys, OpcUaClient client) throws Exception {
        
            NodeId nodeId = Identifiers.ObjectsFolder;
            if(!StringUtils.isEmpty(identifier)){
        
                nodeId = new NodeId(2, identifier);
            }
            BrowseDescription browse = new BrowseDescription(
                    nodeId,
                    BrowseDirection.Forward,
                    Identifiers.References,
                    true,
                    UInteger.valueOf(NodeClass.Object.getValue() | NodeClass.Variable.getValue()),
                    UInteger.valueOf(BrowseResultMask.All.getValue())
            );
            BrowseResult browseResult = client.browse(browse).get();
            ReferenceDescription[] references = browseResult.getReferences();
            for (ReferenceDescription reference : references) {
        
                System.out.println(reference.getNodeId().getIdentifier().toString()+" "+reference.getNodeClass().getValue());
                keys.add(identifier);
                if(reference.getNodeClass().getValue()==NodeClass.Object.getValue()){
        
                    browse(reference.getNodeId().getIdentifier().toString(),keys,client);
                }
            }
            return keys;
        }
    
    
        /**
         * 方法描述: 读取单个节点值
         *
         * @param identifier
         * @param client
         * @return {@link Object}
         * @throws
         */
        public static Object readValue(String identifier, OpcUaClient client){
        
            NodeId nodeId = new NodeId(2, identifier);
            DataValue value = null;
            try {
        
                client.readValue(0.0, TimestampsToReturn.Both,nodeId);
                value = client.readValue(0.0, TimestampsToReturn.Both, nodeId).get();
            } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
        
                e.printStackTrace();
            }
            if(Objects.nonNull(value)&&Objects.nonNull(value.getValue())&&Objects.nonNull(value.getValue().getValue())) {
        
                return value.getValue().getValue();
            }
            return null;
        }
    
        /**
         * 方法描述: 读取多个点位的值
         *
         * @param keys 点位集合
         * @param client 客户端
         * @return {@link List<DataValue>}
         * @throws
         */
        public static List<DataValue> readValues(Set<String> keys, OpcUaClient client){
        
            List<NodeId> nodeIdList=new ArrayList<>(500);
            keys.forEach(e->{
        
                NodeId nodeId = new NodeId(2, e);
                nodeIdList.add(nodeId);
            });
            try {
        
                List<DataValue> dataValues=client.readValues(0.0, TimestampsToReturn.Both,nodeIdList).get();
                return dataValues;
            } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
        
                e.printStackTrace();
            }
            return null;
        }
    
    
        /**
         * 写入值
         *
         * @param identifier
         * @param value
         * @throws Exception
         */
        public static void writeValue(String identifier, Object value,OpcUaClient client) throws Exception {
        
            //创建变量节点
            NodeId nodeId = new NodeId(2, identifier);
            //创建Variant对象和DataValue对象
            Variant v = new Variant(value);
            DataValue dataValue = new DataValue(v, null, null);
            StatusCode statusCode = client.writeValue(nodeId, dataValue).get();
            if(statusCode.isGood()){
        
                log.info("数据写入成功");
            }else {
        
                log.error("数据写入失败");
            }
        }
    
    
        /**
         * 方法描述:  写入多个节点的值
         *
         * @param keys  节点集合
         * @param values  值集合
         * @param client  客户端
         * @return {@link Object}
         * @throws
         */
        public static Object writeValues(Set<String> keys,List<Object> values,OpcUaClient client){
        
            List<NodeId> nodeIs=new ArrayList<>(keys.size());
            keys.forEach(e->{
        
                NodeId nodeId = new NodeId(2, e);
                nodeIs.add(nodeId);
            });
            List<DataValue> dataValues=new ArrayList<>(values.size());
            values.forEach(e->{
        
                Variant value=new Variant(Double.parseDouble(e.toString()));
                DataValue dataValue=new DataValue(value);
                dataValues.add(dataValue);
            });
            try {
        
                client.writeValues(nodeIs,dataValues).get();
            } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
        
                e.printStackTrace();
            }
            return null;
        }
    
    
        /**
         * 方法描述: 断开连接
         *
         * @param client
         * @return
         */
        public static void disconnect(OpcUaClient client){
        
            try {
        
                client.disconnect().get();
            } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
        
                e.printStackTrace();
            }
        }
    
    }

### 步骤4：使用OPCUAClient类 ###

现在，在你的Java项目中创建一个OpcUaClientTest 类，并使用OPCUAClient类来实现与PLC的通讯。

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:12686";
            OpcUaClient client=OpcUaUtil.createClient(endPointUrl,null,null);
            OpcUaUtil.browse(null,client);
            OpcUaUtil.disconnect(client);
            Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);
        }
    }

**运行测试，控制台输出结果**  
![在这里插入图片描述][3a30a54c91cf40ba989ce10c23ea2447.png]

#### 结论 ####

通过本教程，你已经学会了使用Java编写一个OPC UA Client来实现直接与PLC通讯。你可以根据自己的需求对OPCUAClient类进行扩展和改进。希望本教程对你有所帮助！

注意：以上只是一个简单的示例，实际使用中可能还需要处理异常，添加更多的读写功能等。此外，需要根据具体的PLC类型和配置，设置正确的连接参数和节点ID。

[3a30a54c91cf40ba989ce10c23ea2447.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/15/28eee6753e1d4601bb8d49caeb5ccb2d.png