Java OPC client開發(fā)踩坑記

最近一個項目中需要用到OPC client，從OPC Server中獲取數(shù)據(jù)。主要的編程語言使用Java實現(xiàn)。實際開發(fā)中遇到了各種坑，其實也和自己沒有這方面的經(jīng)驗有關(guān)，現(xiàn)在寫一篇文章分享下整個項目中遇到的一些問題。

準(zhǔn)備知識

開發(fā)OPC Client之前需要一些準(zhǔn)備知識，需要一些知識儲備，否則根本搞不清楚里面的門道?，F(xiàn)在對一些預(yù)先準(zhǔn)備的知識點做一概述。OPC是什么就不說了。

OPC Server端的協(xié)議

OPC Server端目前常見的有以下幾種協(xié)議:

  • OPC DA: Data Access協(xié)議，是最基本的OPC協(xié)議。OPC DA服務(wù)器本身不存儲數(shù)據(jù)，只負(fù)責(zé)顯示數(shù)據(jù)收集點的當(dāng)前值?？蛻舳丝梢栽O(shè)置一個refresh interval，定期刷新這個值。目前常見的協(xié)議版本號為2.0和3.0，兩個協(xié)議不完全兼容。也就是用OPC DA 2.0協(xié)議的客戶端連不上OPC DA 3.0的Server
  • OPC HDA: Historical Data Access協(xié)議。前面說過DA只顯示當(dāng)前狀態(tài)值，不存儲數(shù)據(jù)。而HDA協(xié)議是由數(shù)據(jù)庫提供，提供了歷史數(shù)據(jù)訪問的能力。比如價格昂貴的Historian數(shù)據(jù)庫，就是提供HDA協(xié)議接口訪問OPC的歷史數(shù)據(jù)。HDA的Java客戶端目前我沒找到免費的。
  • OPC UA: Unified Architecture統(tǒng)一架構(gòu)協(xié)議。誕生于2008年，摒棄了前面老的OPC協(xié)議繁雜，互不兼容等劣勢，并且不再需要COM口訪問，大大簡化了編程的難度?；贠PC UA的開源客戶端非常多。不過由于誕生時間較晚，目前在國內(nèi)工業(yè)上未大規(guī)模應(yīng)用，并且這個協(xié)議本身就跟舊的DA協(xié)議不兼容，客戶端沒法通用。

我們的目標(biāo)環(huán)境絕大多數(shù)是OPC DA 2.0的Server，極個別可能有OPC DA 3.0。當(dāng)時找到的很多類庫實現(xiàn)的都是OPC UA的。

第一坑: 基于JAVA開發(fā)的OPC Client非常少，大部分是商業(yè)的，售價不菲。現(xiàn)場環(huán)境又是OPC DA的Server，開源client只有兩個可選，找工具和評估就花了不少時間。

OPC存儲格式

OPC存儲和傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫存儲格式有很大的不同，不同于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的表存儲，OPC存儲格式是樹形結(jié)構(gòu)，Server端的存儲格式如下:

host
`-- OPC Server Name
    `-- tag1: value, type, timestamp, ...,
    `-- tag2: value, type, timestamp, ...,
    `-- tag3: ...
    ...

每個主機上可能存在多個OPC Server，每個Server下面有若干個tag，就是各個數(shù)據(jù)收集點當(dāng)前的值，會定期更新。每個tag包含的內(nèi)容大致有當(dāng)前值，值類型，時間戳等等數(shù)據(jù)。是一種樹形結(jié)構(gòu)。所以客戶端連接的時候需要指明服務(wù)器的ip或主機名，需要連接的OPC服務(wù)名，以及監(jiān)聽哪些tag的數(shù)據(jù)。

Client端存儲的格式如下:

Group1
`-- tag1
`-- tag2
`-- tag3
Group2
`-- tag4
`-- tag5
...

這個就比較有意思了，Client是可以自己維護(hù)一個存儲層級Group。也就是服務(wù)端存儲的都是一個個tag，客戶端可以自己維護(hù)一個個Group，分類存放這些tag。所以O(shè)PC的Client就和傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫有很大的不同?？蛻舳顺酥该魃鲜鯯erver端的信息之外，還需要創(chuàng)建一個個Group，將Server端的tag一個個放到這些Group中，然后對應(yīng)的tag才能持續(xù)的獲得數(shù)據(jù)。

第二坑: 這種存儲格式在其他數(shù)據(jù)庫十分罕見，當(dāng)時這里就迷茫了好一陣子，通過了解協(xié)議的人講解，才明白原來客戶端還可以維護(hù)一套存儲結(jié)構(gòu)。當(dāng)時沒理清楚Group和tag的關(guān)系，從服務(wù)端看不到Group，客戶端卻要填一個Group，不知道這個Group從哪來。后來才搞清楚。

COM

Component Object Model對象組件模型，是微軟定義的一套軟件的二進(jìn)制接口，可以實現(xiàn)跨編程語言的進(jìn)程間通信，進(jìn)而實現(xiàn)復(fù)用。

DCOM

Microsoft Distributed Component Object Model，坑最多的一個玩意。字面意思看起來是分布式的COM，簡單理解就是可以利用網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的COM協(xié)議，客戶端也可以通過互聯(lián)網(wǎng)分布在各個角落，不再限制在同一臺主機上了。

上面描述來看這玩意好像挺美好是吧？實際操作開發(fā)中才發(fā)現(xiàn)，這玩意簡直是坑王之王，對于不熟悉的人來說充滿了坑，十分折騰。配置過程可以參考一些文章

  • DCOM是windows上的服務(wù)，使用前需要啟用
  • DCOM是遠(yuǎn)程連接的協(xié)議，需要配置相關(guān)的權(quán)限，以及防火墻規(guī)則放行
  • 特別注意這一點，前兩項配置在網(wǎng)上都能找到，這一條是我在經(jīng)歷無數(shù)次痛之后才意識到的。DCOM遠(yuǎn)程連接和http不同，是通過本地用戶認(rèn)證的，需要以本地用戶身份登錄服務(wù)器，拿到相應(yīng)的權(quán)限，才能使用DCOM。有點繞是吧？你可以類比Windows的遠(yuǎn)程桌面登錄，需要拿到服務(wù)器的用戶名密碼才能登錄并操作系統(tǒng)，權(quán)限受到登錄用戶的權(quán)限所限制。而DCOM就是用的這種方式。關(guān)于各種錯誤網(wǎng)上能找出一大堆解決方案，可能還沒一個能解決你的問題的。甚至可能progID無論無何也通不了，始終報錯，不得不改用CLSID這種方法，十分坑。

神坑: DCOM。從配置開始就充滿了陷阱和坑。不但配置繁瑣復(fù)雜，還會受到各種權(quán)限以及防火墻規(guī)則的影響。最惡心的是這玩意隨時可能報各種奇葩的錯誤，由于缺乏足夠的錯誤信息，很難解決，基本憑借經(jīng)驗解決DCOM的故障。

開發(fā)過程

收集到足夠的準(zhǔn)備知識后，就可以開工了。OPC Server是DA 2.0的，因此找到了以下兩個開源類庫。
JEasyOPC Client

  • 底層依賴JNI，只能跑在windows環(huán)境，不能跨平臺
  • 整個類庫比較古老，使用的dll是32位的，整個項目只能使用32位的JRE運行
  • 同時支持DA 2.0與3.0協(xié)議，算是亮點

Utgard

  • OpenSCADA項目底下的子項目
  • 純Java編寫，具有跨平臺特性
  • 全部基于DCOM實現(xiàn)(劃重點)
  • 目前只支持DA 2.0協(xié)議，3.0協(xié)議的支持還在開發(fā)中

這兩個類庫都試過，JEasyOPC底層用了JNI，調(diào)用代碼量倒不是很大，使用也足夠簡單，坑也遇到了點，就是64位的JRE運行會報錯，說dll是ia32架構(gòu)的，不能運行于AMD64平臺下，換了32位版本的JRE之后運行起來了，但是一直報錯Unknown Error，從JNI報出來的，不明所以，實在無力解決，只能放棄。

只剩下Utgard一種選擇了，也慶幸目標(biāo)Server是DA 2.0的，用這個類庫完全夠用。這個類庫全部使用DCOM協(xié)議連接OPC Server，所以對于本地連接OPC Server，理論上不需要COM口，但是這個類庫全部使用DCOM協(xié)議連接，所以依舊需要配置主機名，以及登錄的用戶名密碼。使用之前必須先配置DCOM，其中痛苦不足為外人道也，在上面準(zhǔn)備知識部分已經(jīng)寫道了。

經(jīng)過一番折騰，總算將項目跑起來了，最終參考的工程代碼如下(項目實用Gradle構(gòu)建，代碼使用Utgard官方的tutorial范例):
build.gradle:

apply plugin: 'java'
apply plugin: 'application'

repositories {
    maven { url 'http://maven.aliyun.com/nexus/content/groups/public/' }
    jcenter()
    maven { url 'http://neutronium.openscada.org/maven/' }
}

dependencies {
    compile 'org.openscada.utgard:org.openscada.opc.lib:1.3.0-SNAPSHOT'
    compile 'org.openscada.utgard:org.openscada.opc.dcom:1.2.0-SNAPSHOT'
    compile 'org.jinterop:j-interop:2.0.4'
    compile 'ch.qos.logback:logback-core:1.2.3'
    compile 'org.slf4j:slf4j-api:1.7.25'
}

mainClassName = 'UtgardTutorial1'

src/main/java/UtgardTutorial1.java:

import org.jinterop.dcom.common.JIException;
import org.openscada.opc.lib.common.ConnectionInformation;
import org.openscada.opc.lib.da.AccessBase;
import org.openscada.opc.lib.da.Server;
import org.openscada.opc.lib.da.SyncAccess;

import java.util.concurrent.Executors;

public class UtgardTutorial1 {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // create connection information
        final ConnectionInformation ci = new ConnectionInformation();
        ci.setHost("localhost");
        ci.setUser("Administrator");
        ci.setPassword("mypassword");
        ci.setProgId("TLSvrRDK.OPCTOOLKIT.DEMO");
//        ci.setClsid("08a3cc25-5953-47c1-9f81-efe3046f2d8c"); // if ProgId is not working, try it using the Clsid instead
        final String itemId = "tag1";
        // create a new server
        final Server server = new Server(ci, Executors.newSingleThreadScheduledExecutor());

        try {
            // connect to server
            server.connect();
            // add sync access, poll every 500 ms
            final AccessBase access = new SyncAccess(server, 500);
            access.addItem(itemId, (item, state) ->
                    System.out.println("Resut: " + state.toString()));
            // start reading
            access.bind();
            // wait a little bit
            Thread.sleep(10 * 1000);
            // stop reading
            access.unbind();
        } catch (final JIException e) {
            System.out.println(String.format("%08X: %s", e.getErrorCode(), server.getErrorMessage(e.getErrorCode())));
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

最終項目運行輸出如下:

 Recieved RESPONSE
Resut: Value: [[]]], Timestamp: 星期三 七月 05 00:32:29 CST 2017, Quality: 192, ErrorCode: 00000000
七月 05, 2017 12:32:27 上午 rpc.DefaultConnection processOutgoing
信息:
 Sending REQUEST
七月 05, 2017 12:32:27 上午 rpc.DefaultConnection processIncoming
信息:
 Recieved RESPONSE
Resut: Value: [[]]], Timestamp: 星期三 七月 05 00:32:29 CST 2017, Quality: 192, ErrorCode: 00000000
七月 05, 2017 12:32:28 上午 rpc.DefaultConnection processOutgoing
信息:
 Sending REQUEST
七月 05, 2017 12:32:28 上午 rpc.DefaultConnection processIncoming
信息:
 Recieved RESPONSE
Resut: Value: [[U]], Timestamp: 星期三 七月 05 00:32:30 CST 2017, Quality: 192, ErrorCode: 00000000
七月 05, 2017 12:32:28 上午 rpc.DefaultConnection processOutgoing
信息:
 Sending REQUEST
七月 05, 2017 12:32:28 上午 rpc.DefaultConnection processIncoming
信息:
 Recieved RESPONSE
Resut: Value: [[U]], Timestamp: 星期三 七月 05 00:32:30 CST 2017, Quality: 192, ErrorCode: 00000000
七月 05, 2017 12:32:29 上午 rpc.DefaultConnection processOutgoing
信息:

總算跑起來了。

最后編輯于 ：
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