在工业数据通信体系中，OPC UA 协议的客户端是连接工业设备与上层系统的 “桥梁”，负责发起数据请求、解析服务器响应、执行控制指令等核心操作。Granistudio 软件作为工业级零代码开发平台，其内置的 OPC UA 客户端模块通过高度封装的可视化功能，将复杂的客户端通信逻辑转化为 “拖拽式” 操作，不仅降低了工业用户的技术门槛，更在多服务器协同、高安全通信、实时数据交互等场景中展现出独特优势。本文将从技术架构、功能实现、应用场景三个维度，深入解析 Granistudio 中 OPC UA 客户端工具。

一、OPC UA 协议概述

OPC UA，即开放平台通信统一架构（Open Platform Communication Unified Architecture），是 OPC 基金会于 2008 年发布的通信标准，并且已通过 IEC 62541 完成国际标准化，获得了全球软硬件自动化供应商的广泛支持。它是独立于制造商的以太网通信标准，能实现从现场到云端的一致通信，堪称工业 4.0 和物联网领域的关键通信协议。

与传统 OPC 协议（如 OPC DA）相比，OPC UA 有着显著的特性。首先，它不再依赖微软的 COM/DCOM 技术，而是基于独立于平台的协议栈，像 TCP/IP、HTTP 和 WebSocket，这赋予了它跨平台兼容性，可在 Windows、Linux、Apple OS X、实时操作系统，甚至移动操作系统（Android 或 iOS）上运行。其次，OPC UA 内置了全面的安全机制，涵盖用户认证、授权、加密以及数据完整性检查，有力保障了数据传输的安全性与可靠性。再者，其支持复杂的数据建模和对象管理，允许用户定义自定义的数据类型和对象模型，以契合特定的应用需求，具备出色的可扩展性。同时，OPC UA 整合了 OPC DA、HDA 和 A&E 的功能，提供统一的数据访问接口，极大简化了系统集成与开发。在通信模式上，它不仅支持传统的客户端 / 服务器模式，还引入了发布 / 订阅模式，能更好地适应不同的应用场景。

OPC 通信的技术架构：

二、OPC UA 客户端的帧数据格式

OPC UA 协议基于 TCP/IP 或 HTTPS 传输，其应用层帧结构包含协议头与数据体两部分，Granistudio 自动完成帧封装与解析，但其底层格式对理解通信原理至关重要：

2.1 传输层帧结构（以 TCP 为例）

OPC UA 在 TCP 层的帧格式遵循OPC UA TCP Specification（Part 6），结构如下：

Granistudio 的 "OPC 写入" 算子在传输数据时，会自动填充上述字段，其中消息长度由数据体大小动态计算。

2.2 应用层消息结构

应用层消息采用二进制编码（Binary Encoding），核心结构为TypeID + 消息体，以客户端常用的ReadRequest消息为例：

TypeID: 0x0000000000000102（标识ReadRequest类型）

消息体：

- MaxAge: 0x00000000（数据最大缓存时间，0表示实时）

- TimestampsToReturn: 0x00（返回源时间戳）

- NodesToRead: （数组，每个元素为待读节点）

- NodeID: ns=2;s=Temperature（命名空间2，标识符Temperature）

- AttributeID: 0x0000000D（读取值属性）

- IndexRange: （空，读取整个值）

Granistudio 的 "OPC 读取" 算子中，用户只需填写 "节点 ID" 和 "属性"（如 "值"、"时间戳"），系统会自动生成上述二进制消息体，无需手动编码。

三、OPC UA 客户端的通信格式与内容

OPC UA 客户端的通信内容围绕节点操作展开，每个节点通过NodeID唯一标识，通信格式需严格遵循节点的数据类型定义：

3.1 节点 ID 的编码格式

NodeID是 OPC UA 信息模型的核心标识，格式为ns=<命名空间索引>;s=<字符串标识符>或ns=<索引>;i=<整数标识符>，在通信中采用二进制编码：

• 字符串标识符（如ns=2;s=Pressure）编码：

0x02 （命名空间索引：2）

0x01 （标识符类型：字符串）

0x08 （字符串长度：8字节）

0x5072657373757265 （"Pressure"的ASCII码）

• 整数标识符（如ns=1;i=1001）编码：

0x01 （命名空间索引：1）

0x00 （标识符类型：整数）

0x000003E9 （整数1001的十六进制）

3.2 数据类型与编码规则

客户端读写的数据需与节点定义的数据类型匹配，常见类型的编码规则如下：

• 布尔值（Boolean）：1 字节，0x00=false，0x01=true

• 浮点数（Float）：4 字节，遵循 IEEE 754 标准，如25.5编码为0x41C80000

• 字符串（String）：前缀 2 字节长度 + 字符 ASCII 码，如 "RUN" 编码为0x000352554E

在 Granistudio 中，用户输入的 "12.3"（浮点数）或 "START"（字符串）会被自动转换为对应编码，若输入类型与节点定义冲突（如向整数节点写入字符串），算子会立即返回Bad_TypeMismatch错误。

四、Granistudio 软件对 OPC UA 协议的支持

Granistudio 软件为用户提供了完善的 OPC 连接、读取、写入以及关闭算子。在平台资源管理器的通用工具模块内，有一个名为 OPC 初始化的算子，通过这个算子，用户可轻松配置 OPC UA 协议，从而实现 OPC 连接。配置完成并执行后，该算子会输出标准化的 OPC 资源，这些资源可供主任务设计器中的 OPC 读取、写入以及关闭算子使用，以达成 OPC 数据交互。这一整套流程使得用户能够便捷地利用 OPC UA 协议，在 Granistudio 软件中实现不同设备间的数据传输与交互。

例如，在工业生产线上，存在多种不同品牌和类型的设备，如西门子、三菱、松下等主流 PLC 设备。以往，要实现这些设备间的数据统一采集与交互是个难题，但借助 Granistudio 软件对 OPC UA 协议的支持，问题迎刃而解。通过 OPC 初始化算子配置好 OPC UA 协议，连接上各个设备，再利用相应的读取和写入算子，就能轻松实现多品牌设备数据的统一采集与交互，极大提升了生产效率与管理的便捷性。

五、OPC UA 协议在 Granistudio 软件中的应用场景

（一）工业自动化生产线监控与管理

在工业自动化生产线中，存在大量的传感器、执行器以及各类控制器。利用 Granistudio 软件中的 OPC UA 协议，可将这些设备连接起来，实现对生产线的实时监控与管理。通过 OPC UA 的客户端 / 服务器模式，操作人员能够实时读取设备的运行数据，如设备的温度、压力、转速等参数，一旦发现异常，可及时通过写入操作下达控制指令，调整设备运行状态，保障生产线的稳定运行。同时，发布 / 订阅模式可让相关人员实时获取设备的报警信息等重要数据，及时做出响应。

（二）能源管理系统

在能源管理领域，企业通常需要对分布在不同区域的能源生产设备、能源消耗设备进行集中管理。Granistudio 软件结合 OPC UA 协议，可实现对各类能源设备的数据采集与监控。例如，通过 OPC UA 连接智能电表、智能水表、能源控制器等设备，实时采集能源消耗数据，并将这些数据传输至能源管理系统中进行分析处理。基于分析结果，企业可优化能源分配，实现节能减排的目标。

（三）远程设备维护与诊断

对于一些分布广泛的工业设备，远程维护与诊断至关重要。借助 Granistudio 软件支持的 OPC UA 协议，维护人员可远程连接到设备，读取设备的运行数据、故障日志等信息，对设备进行远程诊断。在确定故障原因后，还能通过 OPC UA 协议远程写入控制指令，对设备进行修复操作，大大减少了设备停机时间和维护成本。

六、Granistudio软件OPCUA介绍

精细化的数据读取控制

Granistudio 的 “OPC 读取” 算子支持三种读取模式，满足不同场景的数据采集需求：

• 单点读取：通过节点 ID（如 “ns=3;s=Press.Pressure”）精准读取单个参数，返回值包含数据值（如 125.6bar）、时间戳（精确到毫秒）、质量码（如 “Good” 表示数据有效）；

• 批量读取：一次性读取多个节点（最多 500 个），算子自动优化请求报文结构，将多次网络交互压缩为单次传输，数据采集效率提升 40%；

• 条件读取：设置数据过滤条件（如 “温度> 80℃时读取”），仅返回符合条件的结果，减少无效数据传输。

例如在化工反应釜监控中，客户端通过批量读取算子每 200ms 采集 “温度、压力、液位” 三个节点数据，异常情况下通过条件读取聚焦超阈值参数，网络带宽占用降低 60%。

安全可靠的写入与方法调用

“OPC 写入” 算子具备双重校验机制，确保控制指令的精准执行：

• 预校验：写入前自动检查数据类型（如向整数节点写入字符串时拒绝操作）、量程范围（如向 0-200℃的设定点写入 250℃时触发告警）；

• 结果反馈：写入后接收服务器返回的状态码（如 “Good” 表示成功，“Bad_NotWritable” 表示节点只读），并记录操作日志以备追溯。

对于需要复杂逻辑的控制（如机械臂运动轨迹规划），客户端可通过 “OPC 方法调用” 算子触发服务器端的预设方法（如 “ns=2;s=Robot.MoveTo (x,y,z)”），并传递参数列表，实现高阶控制。某电子组装厂通过该功能，将机械臂的动作指令下发响应时间从 200ms 缩短至 50ms。

（一）OPCUA客户端初始化

• OPC UA 初始化模块

• 概述：在 GraniStudio 平台中，OPC UA 初始化模块位于资源管理器通用工具模块内，名为 OPC 初始化，可用于配置 OPC UA 协议等相关参数，实现与 OPC UA 服务器的连接。

• 作用：该模块是实现数据交互的前提，通过配置服务器地址、端口号，使用匿名的方式起 GraniStudio 软件与 OPC UA 服务器之间的连接，为后续的数据读取和写入操作提供基础。配置完成后会输出标准化的 OPC 资源，供主任务设计器中的 OPC 读取、写入以及关闭算子使用。

选择OPC服务器类型，手动输入服务器地址点击连接按钮，进行连接。

（二）OPC读取

• OPC UA 读取模块

• 概述：是 GraniStudio 平台主任务设计器中的算子，基于初始化模块建立的连接，从 OPC UA 服务器读取数据。

• 作用：用于获取 OPC UA 服务器地址空间中的数据，如设备的状态参数、传感器测量值等。可根据用户设定的节点地址，从服务器中读取相应的变量值，将工业设备中的实时数据获取到 GraniStudio 软件中，以便进行后续的数据处理、分析、可视化展示等操作，实现对工业现场设备运行状态的监控。

使用OPC读取算子对设备温度、湿度、结果数量进行读取。

配置界面：

选择导入csv文件，默认自动导入软件根目录模板文件，可手动点击选择按钮选择需要读取的OCP文件数据。

（三）OPC写入模块

• OPC UA 写入模块

• 概述：同样是主任务设计器中的算子，在初始化连接的基础上，向 OPC UA 服务器发送数据写入请求。

• 作用：主要用于向 OPC UA 服务器写入数据，可将用户设定的数值或指令写入到服务器的指定节点，进而控制连接到服务器的工业设备，如修改设备的运行参数、启动或停止设备等，实现对工业设备的远程控制和参数调整。

通过OPC写入算子对节点数据进行改写。

OPC UA 协议凭借其跨平台、安全、可扩展等特性，为工业通信带来了新的变革。Granistudio 软件对 OPC UA 协议的支持，更是为工业用户提供了一个便捷、高效的数据交互平台，在工业自动化生产线监控、能源管理、远程设备维护等众多领域有着广泛的应用前景。随着工业 4.0 和物联网的深入发展， Granistudio 软件与 OPC UA 协议的结合将不断优化与创新，为工业领域带来更多的价值。