早年間在濟(jì)南鋼廠焦?fàn)t四大機(jī)車自動(dòng)化項(xiàng)目中，我們已通過(guò) OPC 技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交互，借助 RSLink 服務(wù)器軟件，基于 OPC DA 規(guī)范完成對(duì)羅克韋爾 Logix 5500 系列 PLC 的間接控制，這也是 OPC 技術(shù)在工業(yè)場(chǎng)景的典型早期應(yīng)用。

回溯OPC的發(fā)展歷程，1995 年Rockwell Automation、Siemens、Honeywell 等工業(yè)巨頭聯(lián)合成立 OPC 基金會(huì)，同年完成首個(gè) OPC 數(shù)據(jù)訪問(wèn)規(guī)范（OPC DA）草案，該規(guī)范基于微軟 COM/DCOM 技術(shù)構(gòu)建，為工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸確立了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。2001 年，規(guī)范家族進(jìn)一步擴(kuò)展，新增歷史數(shù)據(jù)訪問(wèn)（HDA）、報(bào)警與事件（AE）及安全規(guī)范，OPC 技術(shù)迅速普及，成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)員企業(yè)規(guī)模突破百家。不過(guò)，以 OPC DA 為核心的 OPC Classic 存在明顯局限，因依賴 Windows COM/DCOM 技術(shù)，無(wú)法適配 Linux 或嵌入式系統(tǒng)，限制了其應(yīng)用場(chǎng)景的拓展。

為突破這一技術(shù)瓶頸，2003 年 11 月，OPC UA 工作組在德國(guó)啟動(dòng)開(kāi)發(fā)工作，核心目標(biāo)是擺脫 COM/DCOM 依賴，采用面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）重塑技術(shù)體系。同年 8 月，OPC UA 1.0 規(guī)范正式發(fā)布，標(biāo)志著 OPC 技術(shù)進(jìn)入跨平臺(tái)時(shí)代。2008 年，OPC UA 被國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）采納為 IEC 62541 標(biāo)準(zhǔn)，完成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化認(rèn)證；2010 年，首個(gè)嵌入式 OPC UA 設(shè)備問(wèn)世，實(shí)現(xiàn)了無(wú)操作系統(tǒng) “裸奔” 運(yùn)行，徹底打破了傳統(tǒng) OPC 的部署限制。2017 年 11 月，OPC UA 1.04 版本發(fā)布，引入發(fā)布 - 訂閱（PubSub）機(jī)制，大幅提升了數(shù)據(jù)傳輸效率與實(shí)時(shí)性，更好地滿足了大規(guī)模工業(yè)數(shù)據(jù)交互需求。

2022 年，OPC UA 技術(shù)進(jìn)一步深化，新增現(xiàn)場(chǎng)交換（UAFX）功能，專為控制器間（C2C）通信設(shè)計(jì)，支持離線配置與高實(shí)時(shí)性傳輸，完美適配工業(yè)機(jī)器人、CNC 等高精度控制場(chǎng)景。如今，OPC UA 已成為工業(yè) 4.0 與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）的核心通信標(biāo)準(zhǔn)，全球 90% 以上的工業(yè)自動(dòng)化廠商均提供支持，真正實(shí)現(xiàn)了跨平臺(tái)、跨設(shè)備、跨行業(yè)的無(wú)縫數(shù)據(jù)互聯(lián)。

睿擎派是睿賽德公司推出的一款工業(yè)開(kāi)發(fā)板，以瑞芯微 RK3506/RK3563 為主控芯片，底層搭載 RT-Thread 操作系統(tǒng)，基于專為工業(yè)場(chǎng)景打造的睿擎工業(yè)平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，該平臺(tái)是全棧自主可控的軟硬件一體化解決方案，整合了數(shù)據(jù)采集、通信、控制、工業(yè)協(xié)議、AI、顯示六大核心功能，精準(zhǔn)適配工業(yè)應(yīng)用需求。所以常見(jiàn)的工業(yè)總線通信協(xié)議，比如CAN Open、EtherCAT和OPC UA都是支持的。

另外國(guó)內(nèi)工控領(lǐng)域，相對(duì)于AB的PLC，西門子的PLC反而應(yīng)用更為廣泛，我們?cè)缙诰筒捎肧7-200/300/400系列進(jìn)行工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。當(dāng)下西門子主推S7-200Smart，S7-1200和S7-1500。其中S7-1200 固件V4.4版本以上開(kāi)始支持OPC Server UA。

由此為了深度評(píng)測(cè)睿擎派的OPC UA能力，我們選用了S7-1200與之對(duì)接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控PLC的目的。

一、S7-1200開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建、編碼和OPC配置

S7-1200是德國(guó)西門子公司的PLC產(chǎn)品，采用TIA博途軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)。從2009年推出以來(lái)，基本上每一兩年就推出一個(gè)新版本，當(dāng)前最新版本是V21，考慮到安裝包大小和常用功能，我選擇的是2022年推出的V18版本進(jìn)行安裝。

安裝成功以后，在配置OPC Server的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，一旦開(kāi)啟OPC Server功能，部署的時(shí)候就會(huì)異常，如下網(wǎng)頁(yè)有相關(guān)的描述。

https://support.industry.siemens.com/cs/document/109971630/tia-portal-crash-when-compiling-the-plc?dti=0&lc=en-WW

如果是V18版本，安裝如下補(bǔ)丁，就可以解決相關(guān)問(wèn)題。

https://pan.baidu.com/s/1NIjENUkc2GurhxkbKQQJDg提取碼:pfy6

為了便于測(cè)試，我們用梯形圖在PLC中編寫如下功能：

（1）開(kāi)關(guān)量輸入I0.0和繼電器Q0.0聯(lián)動(dòng)（為了便于中間可控制，通過(guò)上升沿和下降沿信號(hào)置位和復(fù)位的方式來(lái)操控繼電器）

（2）開(kāi)啟一個(gè)定時(shí)器，以5秒為間隔，打開(kāi)和關(guān)閉繼電器Q0.1

（3）實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器功能，便于OPC客戶端連續(xù)顯示一個(gè)不斷變化的數(shù)字

程序編寫完畢后，在PLC變量表里會(huì)顯示相關(guān)的變量，當(dāng)然我們也可以自行增加PLC變量，便于和OPC客戶端交互。

這些工作完成后，我們就可以開(kāi)始進(jìn)行OPC UA相關(guān)的變量配置了。

右側(cè)窗口中的OPC UA元素可以拖動(dòng)進(jìn)入到中間的OPC UA服務(wù)器接口窗口，會(huì)自動(dòng)添加一條變量。這個(gè)順序很重要，是后續(xù)OPC UA客戶端讀取數(shù)據(jù)的一個(gè)根據(jù)（不過(guò)如果中間有刪除，OPC中的索引順序并不連續(xù)）。

配置完畢后，連帶程序代碼就可以一起部署到PLC了。

（注意：S7-1200 V4.4以上才支持OPC Server UA。 我當(dāng)下S7-1200的版本是V4.2.3，所以不支持OPC Server。需要在西門子官方網(wǎng)站下載最新的固件，然后升級(jí)PLC即可。當(dāng)前最新的版本為V4.6.1）

部署成功后，轉(zhuǎn)至在線狀態(tài)，然后讓PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)（RUN）。

二、OPC UA客戶端軟件UaExpert對(duì)接測(cè)試

由于OPC UA客戶端是通過(guò)命名空間索引和變量索引獲取數(shù)據(jù)的，所以我們先用OPC UA客戶端工具定位相關(guān)變量的索引，順便也測(cè)試一下OPC Server是否可以正常工作。

RTT官方示例中有相關(guān)工具的下載和使用說(shuō)明。

https://www.rt-thread.com/ruiching/document/site/rc3506/qy1k2kok/#%E8%BF%90%E8%A1%8C-opc-ua-%E7%A4%BA%E4%BE%8B

OPC UA客戶端：

https://www.unified-automation.com/downloads/opc-ua-clients.html

我們PLC的OPC UA Server IP是192.168.1.200，端口是 4840，按上圖添加。

連接成功后，把右側(cè)的服務(wù)器接口_1（這個(gè)名字，其實(shí)是PLC中定義的）標(biāo)簽可以拖動(dòng)到中間的窗口，則所有的變量會(huì)呈現(xiàn)出來(lái)。其中如下紅框里面的部分，對(duì)后續(xù)的數(shù)據(jù)讀取格外重要。

三、睿擎派測(cè)試代碼開(kāi)發(fā)

我們有睿擎派RK3506的開(kāi)發(fā)板和一個(gè)4.3英寸的MIPI-DSV的LCD顯示觸摸屏，所以采lvgl和opc ua技術(shù)棧來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)S7-1200遠(yuǎn)程操控的功能。

所參考的官方示例分別為：

（1）03_network_opc_ua

示例有opc ua客戶端和服務(wù)端功能，我們只參考客戶端功能即可。

（2）05_gui_lvgl_ethercat_motor_control_7in_1024_600

雖然是7寸屏的功能示例，但是動(dòng)態(tài)顯示電機(jī)狀態(tài)的代碼我們可以參考。

（3）05_gui_lvgl_mipi_ruiching_4_3in_480_800。

LVGL圖形界面完整的示例，可以參考各種控件的功能實(shí)現(xiàn)。

有了以上的代碼參考，我們要實(shí)現(xiàn)的功能其實(shí)也蠻簡(jiǎn)單，就是顯示一個(gè)S7-1200的PLC圖片，IO狀態(tài)燈和真實(shí)的PLC同步顯示出來(lái)。然后增加四個(gè)Q繼電器按鈕，可以遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)PLC的四個(gè)繼電器。另外就是有一個(gè)標(biāo)簽，實(shí)時(shí)顯示PLC里面的計(jì)數(shù)值。

1、LVGL界面實(shí)現(xiàn)

睿擎派RK3506 V1.7.2SDK集成的LVGL為V9.1.0版本，為2024年3月20日發(fā)布的。當(dāng)前最新版本為V9.4.0于2025年10月16日發(fā)布。主要差異就是最新版本支持3D模型和GPU擴(kuò)展支持。

關(guān)于圖片，網(wǎng)上可以搜索S7-1200的正面圖片，我實(shí)際搜索了一下，正面圖很少（和我當(dāng)前型號(hào)契合的），并且分辨率不高和模糊，下載后，只好用PS工具加工了一下。圖片的尺寸需要和LCD顯示器適配（480800），所以圖片我們?cè)O(shè)定為450480。并保存為png格式。

打開(kāi)LVGL官方圖片在線工具：

https://lvgl.io/tools/imageconverter

把圖片導(dǎo)入，會(huì)生成對(duì)應(yīng)的C代碼文件。

同樣我們還需要顯示一些漢字內(nèi)容，也需要用官方文字在線工具進(jìn)行C代碼文件生成，LVGL官方文字在線生成工具：

https://lvgl.io/tools/fontconverter

以上的功能的主要實(shí)現(xiàn)代碼如下：

//默認(rèn)開(kāi)啟字體 14、18、22 font_large = &lv_font_montserrat_22; font_normal = &lv_font_montserrat_14; lv_obj_set_style_text_font(lv_screen_active(), font_normal,0); lv_obj_t*title_label =lv_label_create(lv_screen_active()); lv_obj_set_style_text_color(title_label,lv_color_hex(COLOR_DIALOG_TEXT), LV_PART_MAIN); lv_obj_set_style_text_font(title_label, &YF32HZ, LV_PART_MAIN); lv_label_set_text_fmt(title_label,"%s","睿擎派OPC-UA對(duì)接S7-1200演示"); lv_obj_set_pos(title_label,20,30); num_label =lv_label_create(lv_screen_active()); lv_obj_set_style_text_color(num_label,lv_color_hex(COLOR_BTN_PRESS), LV_PART_MAIN); lv_obj_set_style_text_font(num_label, font_large, LV_PART_MAIN); lv_label_set_text_fmt(num_label,"NUM: %06d",0); lv_obj_set_pos(num_label,160,100); lv_obj_t*plc_img =lv_img_create(lv_screen_active()); lv_img_set_src(plc_img, &S71200W ); lv_obj_set_pos(plc_img,15,160);

四個(gè)按鈕實(shí)現(xiàn)的代碼如下：

voidlv_create_do_button(void){ lv_color_tbtn_bg_color =lv_color_hex(COLOR_BTN_BG); lv_color_tbtn_press_color =lv_color_hex(COLOR_BTN_PRESS); for(uint8_ti =0; i < BTN_CNT; i++)? ? {? ? ? ? lv_obj_t?*btn =?lv_btn_create(lv_screen_active());? ? ? ? lv_obj_set_size(btn, BTN_WIDTH, BTN_HEIGHT);? ? ? ? lv_coord_t?curr_btn_x = BTN_START_X + i * (BTN_WIDTH + BTN_GAP);? ? ? ? lv_obj_set_pos(btn, curr_btn_x, BTN_START_Y);? ? ? ? lv_obj_set_style_bg_color(btn, btn_bg_color, LV_PART_MAIN); ? ? ? ?// 默認(rèn)背景色? ? ? ? lv_obj_set_style_bg_color(btn, btn_press_color, LV_STATE_PRESSED);?// 按下背景色? ? ? ? lv_obj_set_style_radius(btn,?4, LV_PART_MAIN); ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? // 圓角? ? ? ? lv_obj_set_style_pad_all(btn,?0, LV_PART_MAIN); ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?// 無(wú)內(nèi)邊距? ? ? ? lv_obj_set_style_border_width(btn,?0, LV_PART_MAIN); ? ? ? ? ? ? ? // 無(wú)邊框? ? ? ? lv_obj_set_style_bg_opa(btn, LV_OPA_COVER, LV_PART_MAIN); ? ? ? ? ?// 不透明? ? ? ? btn_label[i] =?lv_label_create(btn);? ? ? ? lv_label_set_text(btn_label[i], btn_text_arr[i]);? ? ? ? lv_obj_set_style_text_color(btn_label[i],?lv_color_hex(COLOR_BTN_TEXT), LV_PART_MAIN);? ? ? ? lv_obj_set_style_text_font(btn_label[i], font_large, LV_PART_MAIN);?// 正確字體調(diào)用? ? ? ? lv_obj_center(btn_label[i]);?// 文字水平+垂直絕對(duì)居中? ? ? ? lv_obj_add_event_cb(btn, btn_click_event_cb, LV_EVENT_CLICKED,?NULL);? ? }}

19個(gè)指示燈實(shí)現(xiàn)的代碼如下：

voidlv_draw_state_led(void){ // ===================== 全局固定參數(shù)定義 ===================== constlv_coord_trect_w_h =8; // 矩形尺寸：寬8px、高8px constlv_coord_trect_space =7; // 矩形之間的物理間隔：7像素（核心要求） // ===================== PLC 狀態(tài) ===================== // 起始坐標(biāo)：x=15+37 y=160+178 | 數(shù)量：3個(gè) | 間隔7px | 8*8 | 橙色 lv_coord_tplc_state_x_start =15+37; lv_coord_tplc_state_y_start =160+178; for(uint8_ti =0; i

初始的時(shí)候，LED燈都顯示黑色。OPC Server連接成功后，PLC RUN燈位綠色，否則為橙色。開(kāi)關(guān)量輸入和輸出燈根據(jù)實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行變化。

2 OPC UA客戶端功能實(shí)現(xiàn)

睿擎派RK3506 V1.7.2 SDK集成的open62541為V1.2.2版本，2019年9月18日發(fā)布的，屬于早期經(jīng)典版，基礎(chǔ)功能完善，封裝相對(duì)簡(jiǎn)單。最新工業(yè)級(jí)穩(wěn)定版本為V1.5.1，2024年11月12日發(fā)布。核心區(qū)別如下，V1.2.2沒(méi)有批量讀取變量的函數(shù)，無(wú)PubSub（發(fā)布-訂閱）功能，V1.5.1原生適配RT-Thread，內(nèi)存優(yōu)化，但是需要C99編譯支持。

OPC UA客戶端有三個(gè)關(guān)鍵功能函數(shù)，我們專門創(chuàng)建open62541_client.c文件來(lái)實(shí)現(xiàn)，由于我們本代碼示例是基于05_gui_lvgl_mipi_ruiching_4_3in_480_800創(chuàng)建的，所以需要雙擊“RunChing Setings”項(xiàng)，開(kāi)啟OPC UA功能，如下圖所示：

注：開(kāi)啟OPC UA功能后，\opc_ua_lvgl_s7_1200\rt-thread\components\net_apps\open62541的目錄并沒(méi)有加入到Includes目錄，記得要添加上，否則對(duì)應(yīng)的頭文件編譯時(shí)會(huì)提示找不到。

（1） opc ua server連接

intopen62541_connect(char*ip,intport){ charip_data[128] = {0}; rt_sprintf(ip_data,"opc.tcp://%s:%d", ip, port); if(client==NULL) { client =UA_Client_new(); UA_ClientConfig_setDefault(UA_Client_getConfig(client)); } UA_StatusCode retval =UA_Client_connect(client, ip_data); if(retval != UA_STATUSCODE_GOOD) { UA_Client_delete(client); client =NULL; return(int)retval; } return(int)retval;}

提供ip地址和端口即可，目前沒(méi)有開(kāi)啟安全驗(yàn)證，所以相對(duì)簡(jiǎn)單。

（2） 讀取變量

目前我們只讀取了兩種類型的變量，就是布爾型和整型，代碼如下：

intopen62541_get_value(intns,inti,int*value){ if(client==NULL)return-1; UA_Variant read_value; UA_Variant_init(&read_value); UA_StatusCode retval = UA_Client_readValueAttribute(client,UA_NODEID_NUMERIC(ns,i), &read_value); if(retval == UA_STATUSCODE_GOOD) { UA_UInt32 type_num = -1; //提取類型編號(hào) if(read_value.type != NULL) { type_num = read_value.type->typeIndex; } //Boolean if(type_num==0) { UA_Boolean *p = (UA_Boolean *)read_value.data; *value = (int)*p; } //UInt32 elseif(type_num==4) { UA_UInt32 *p = (UA_UInt32 *)read_value.data; *value = (int)*p; } else{ rt_kprintf("[err]type_num=%d\n", type_num); } //rt_kprintf(" - 類型:%s(編號(hào):%u) arrayLength =%d\n", ua_typeid_to_name(type_num), type_num,read_value.arrayLength); } else { rt_kprintf("get [%d.%d] failed, code:%d\n", ns,i, retval); } UA_Variant_clear(&read_value); returnretval;}

（3）寫變量

我們目前是操作繼電器Q變量，該變量是布爾型，所以代碼僅支持該類型的寫操作。

intopen62541_set_value(intns,inti,UA_Boolean value){ if(client==NULL)return-1; UA_Variant write_value; UA_Variant_setScalar(&write_value, &value, &UA_TYPES[UA_TYPES_BOOLEAN]); UA_StatusCode retval = UA_Client_writeValueAttribute(client, UA_NODEID_NUMERIC(ns,i), &write_value); if(retval != UA_STATUSCODE_GOOD) { rt_kprintf("set [%d.%d] failed retval =%d\n",ns,i,retval); } return(int)retval;}

3 變量遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)讀寫

opc讀寫函數(shù)中的參數(shù) int ns,int i 就對(duì)應(yīng)了OPC客戶端工具畫(huà)紅框的部分，比如“NS4|Numeric|8”， 相應(yīng)的ns=4，i=8；

LVGL不支持多線程操作，所以需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)LVGL 定時(shí)器來(lái)定時(shí)刷新數(shù)據(jù)，另外由于定時(shí)器函數(shù)屬于UI線程回調(diào)，如果里面做長(zhǎng)時(shí)間操作，會(huì)堵塞UI線程，界面操作會(huì)很卡。所以需要新創(chuàng)建一個(gè)線程來(lái)實(shí)現(xiàn)OPC UA變量的實(shí)時(shí)讀取。

static void opc_thread_entry(void *parameter){ intstate[10]; interr_count =0; intidx[10]={4,5,6,7,8,10,11,12,13,14}; while(1) { if(plc_connect_state!=0) { if(open62541_connect("192.168.1.200",4840)==0) { plc_connect_state =0; } } else { for(inti=0;i<10;i++){? ? ? ? ? ? ? ? ?if(open62541_get_value(4,idx[i],&state[i])==0){? ? ? ? ? ? ? ? ? ? io_state[i] =?state[i];? ? ? ? ? ? ? ? ? ? err_count =?0;? ? ? ? ? ? ? ? ?}? ? ? ? ? ? ? ? ?else?{? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?rt_kprintf("open62541_get_value?%d?err!!\n",i);? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?if(err_count++>10) { plc_connect_state = -1; } } } rt_kprintf("I%d%d%d%d%d%d\n",io_state[4],io_state[5],io_state[6],io_state[7],io_state[8],io_state[9]); rt_kprintf("Q%d%d%d%d\n\n",io_state[0],io_state[1],io_state[2],io_state[3]); inttemp_num =0; if(open62541_get_value(4,15,&temp_num)==0){ num = temp_num; } } rt_thread_mdelay(100); }}

創(chuàng)建一個(gè)定時(shí)器，300毫秒執(zhí)行一次，來(lái)進(jìn)行界面刷新。

lv_timer_create(data_timer_cb,300,NULL);staticvoiddata_timer_cb(lv_timer_t*timer){ //PLC狀態(tài) if(plc_connect_state!=old_connect_state) { lv_obj_set_style_bg_color(plc_state[0],lv_color_hex(plc_connect_state==0?COLOR_GREEN:COLOR_ORANGE), LV_PART_MAIN); old_connect_state = plc_connect_state; } //計(jì)數(shù) lv_label_set_text_fmt(num_label,"NUM: %06d",num); //IO狀態(tài) for(inti=0;i<10;i++){? ? ? ? if(i

四、操作演示視頻

（1）部署運(yùn)行

部署成功后，程序會(huì)自動(dòng)運(yùn)行，連接成功后，會(huì)不斷讀取PLC的IO狀態(tài)及計(jì)數(shù)器的值。

（2）操作演示

視頻鏈接：

https://www.bilibili.com/video/BV1dQqMBgEKY/?spm_id_from=333.1387.homepage.video_card.click&vd_source=9d246b49a8f4b0a5dce8f3f5eba833cb

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