解决方案:C#通过OPC UA+MQTT将设备数据采集至云端-自动化工程师的数字化之路

　　解决方案:C#通过OPC UA+MQTT将设备数据采集至云端-自动化工程师的数字化之路

　　写在前面：

　　在之前的爆款文章中：

　　其中，有这样一句话：所有面向未来的自动化供应商都在加快拥抱软件的步伐。面对数字化转型的现在和未来，工程师们也应该如此。为此，在本刊文章中，特刊出几个相关实例：

　　随着物联网时代的到来，相信大家对OPC UA和MQTT并不陌生。作为工业巨头，西门子也第一时间为自家的PLC提供了相应的MQTT库：

　　今天我们就来说说如何使用C#通过OPC UA和MQTT采集数据到云端~

　　文末有彩蛋~本文内容包括：1.整体网络架构2.服务层3.数据层4.应用层

　　01PART 整体网络架构

　　很多时候，我们的需求是这样的：现场有N个不同的设备或系统，每个设备或系统的协议都不一样。我们希望可以用一种通用的、简单的方法将这些数据传输到云端，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，所以使用OPCUA+MQTT或许是一个不错的选择。整体框架设计如下：

　　图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协议进行仿真测试，增加5个变量，分为压力1-压力5，对应地址slave，数据类型是浮点数。运行Modbus Slave仿真结果如下：

　　图2 ModbusTCP服务器

　　02PART服务层

　　至于服务层，主要是OPCUA服务器的开发和应用。这里我们有两个选择。一种是使用第三方OPC软件，如Kepware、Knight、Matrikon。不过，还有一种方式就是自己开发，难度相对较大。

　　这里我使用了一个自己开发的软件——CMS组态集成软件。通过简单配置，10秒内实现ModbusTCP客户端数据通信。结果如下：

　　图3 ModbusTCPClient通讯测试

　　不过这部分只是实现了ModbusTCP客户端的功能。如果要实现OPCUA服务器的功能，需要激活OPCUA服务器，在服务器节点下添加一个OPCUA服务器。添加完成后，保存并再次运行。结果如下：

　　

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　　图 4 打开 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软件进行测试：

　　图5 OPCUAClient通信测试

　　03PART数据层

　　(1) 在实现数据层功能之前，需要先创建一个MQTT服务器。这里使用了一个基于.NET CORE的MQTT服务器程序，部署在阿里云服务器中运行（这里注意开放1883端口），运行效果如下：

　　图表 6 MQTT 服务器

　　(2) MQTT服务器创建完成后，重新打开一个CMS配置软件，测试OPCUAClient的功能。上一节的UAExpert是OPCUA官方的客户端软件，仅供测试使用。这里使用的CMS组态软件是OPCUAClient，是我们自己开发的客户端程序。配置完成后运行结果如下：

　　图 7 OPCUAClient

　　（3）在CMS配置服务器节点，右键添加一个MQTTClient，根据MQTT服务器配置IP、用户、密码、主题、更新时间等相关信息，如下：

　　图 8 MQTT 客户端配置

　　(4) 配置完成后，点击开始按钮。整体运行后，可以看到MQTT连接成功，并且会按照设置的周期，将最新的数据发布到指定的主题中。效果如下：

　　图9 启动MQTT客户端

　　(5) 打开MQTT服务器，也可以看到数据在不断的发布。这里为了观察结果方便，压力1的数据模拟为每秒增加1。MQTT服务器收到的数据如下：

　　图10 MQTT服务器数据接收

　　04PART 应用层

　　通过以上相关部署，即可实现整个OPCUA+MQTT。在实际应用中，只需要打开一个MQTT客户端，连接到指定的MQTT服务器，订阅相应的topic即可获取设备层的实时数据。这里使用一个常用的MQTT客户端软件，即MQTT.fx：

　　

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　　图11 MQTT.fx通信测试

　　写在最后：

　　本文旨在结合目前主流的OPCUA统一架构和MQTT通信协议，实现一种将数据上传到云端的方式。对于自动化行业的工程师来说，可以拓展大家的思路。未来更多的是IT和OT结合的趋势。因此，每一位工控技术人员都必须时刻保持危机意识，不断学习，不断进取，才能更好地面对未来产业的高速发展。

　　由于篇幅有限，很多细节可能无法用文字描述清楚，所以我们准备了自动化行业的物联网公开课。名额有限，先到先得。

　　结尾

　　小编1分钟前说

　　创作不易，如果觉得不错，欢迎来听直播课！

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