OPCUA+MQTT构建物联网通用框架

写在前面：

为了应对标准化和跨平台的趋势，更好的推广OPC，OPC基金会在OPCDA成功应用的基础上推出了一个新的OPC标准——OPC UA，OPCUA不再基于分布式组件对象模型（DCOM），而是以面向服务架构（SOA）为基础，因此，在未来的若干年中，OPCUA将逐步取代OPCDA，成为新一代的OPC标准，助力工业4.0。

而提起MQTT，或许大家有些陌生。MQTT是一个基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议。具有轻量、简单、开放和易于实现的特点，尤其在物联网IOT领域应用非常广泛。

物联网一直都是一个很热门的话题，而数据上云，也是现在工业上很普遍的一个需求。至于如何实现，各个厂家都提供了各种不同的解决方案，无分好坏，最适合的就是最好的。

刚看完一篇名为《OPCUA+MQTT=物联网扩展的热门组合》的公众号文章之后，文思泉涌，想着如何将OPCUA与MQTT联合起来，构建一个物联网通用框架，实现数据远传。

整体网络架构

很多时候，我们的需求是这样的：现场有N台不同的设备或系统，每台设备或者系统的协议是各不相同的，希望可以用一种通用并且简单的方法，将这些数据传到云端，实现远程访问。

这样的需求，其实是物联网最典型的应用之一，那么采用OPCUA+MQTT或许是个不错的选择，整体的框架设计如下：

图表 1 整体网络架构

为了实现整体功能，这里的设备层，采用Modbus Slave，基于Modbus TCP协议来做仿真测试，增加5个变量，分为为压力1-压力5，对应地址从40001-40010，数据类型为浮点型，运行Modbus Slave仿真结果如下：

图表 2 ModbusTCP服务器

服务层

至于服务层，主要是OPCUA服务器的开发应用，这里我们有两个选择，一种是采用第三方的OPC软件，比如Kepware、Knight、Matrikon这些公司的产品，这种比较容易，做下相关配置即可，另外一种方式就是自己开发，相对来说难度要大一些。

这里我使用自己开发的一款软件——CMS配置一体化软件，通过简单配置，在10秒内，实现了ModbusTCP客户端数据通信，结果如下：

图表 3 ModbusTCPClient通信测试

然而，这部分，仅仅是实现了ModbusTCP客户端的功能，如果要实现OPCUA服务器的功能，需要激活一下OPCUA服务器，在服务器节点下添加一台OPCUA服务器即可，添加完成后，保存重新运行，结果如下：

图表 4 开启OPCUAServer

为了测试OPCUA服务器是否开启成功，需要进行测试，可以使用官方软件UAExpert软件来测试一下：

图表 5 OPCUAClient通信测试

数据层

（1）在实现数据层功能之前，需要创建一个MQTT服务器，这里基于.NET CORE编写了一个MQTT服务器的程序，并在阿里云服务器中部署运行（这里要注意开放端口1883），运行效果如下：

图表 6 MQTT服务器

（2）MQTT服务器创建完成之后，重新打开一个CMS配置软件来进行OPCUAClient的功能测试，上一节中的UAExpert是官方的OPCUA客户端软件，仅用于测试使用，这里的使用的CMS配置软件的OPCUAClient是自己开发的客户端程序，经过配置之后，运行结果如下：

图表 7 OPCUAClient

（3）在CMS配置人家的服务器节点中，右击添加一个MQTTClient，根据MQTT服务器配置相关IP、用户、密码、主题及更新时间等信息，具体如下：

图表 8 MQTT客户端配置

（4）配置完成后点击启动按钮，整体运行之后，可以看到MQTT连接成功，并按照设定的周期将最新的数据发布到指定的主题中，效果如下：

图表 9 启动MQTT客户端

（5）打开MQTT服务器，也可以看到不断地有数据发布过来，这里为了便于观察结果，将压力1的数据仿真成每秒加1，MQTT服务器数据接收如下：

图表 10 MQTT服务器数据接收

应用层

通过以上的相关部署，即可实现整个OPCUA+MQTT的实现，实际应用时，只需要开启一个MQTT客户端，连接指定的MQTT服务器，并订阅相应的主题，即可获取到设备层的实时数据，这里使用一个常用的MQTT客户端软件，即MQTT.fx：

图表 11 MQTT.fx通信测试

写在最后：

本文旨在结合当下主流的OPCUA统一架构和MQTT通信协议，实现一种数据上云的途径，对于自动化行业的工程师来说，可以拓展大家的思路。未来更多是IT和OT相结合的一种趋势，因此，作为每个工控技术人员，都要时刻保持危机感，不断学习，不断进步，这样才能更好地面对未来工业的快速发展。

公众号：thinger_swj

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