2. OPC UA 基础概念：地址空间、节点、对象、变量、方法、事件、引用

OPC UA 的核心设计哲学是“统一信息建模”。它不再像传统 OPC（如 DA、HDA、A&E）那样仅传输原始数值或报警，而是将工业现场的所有实体——从物理设备、传感器、控制器到软件功能、报警规则、历史趋势——都抽象为节点（Node），并通过引用（Reference）连接成一张巨大的、可浏览的地址空间（Address Space）。理解这七个基础概念，是掌握 OPC UA 数据解析的基石。

2.1 地址空间（Address Space）

地址空间是 OPC UA 服务器的“信息宇宙”。它是一个分层的、面向对象的网络结构，客户端通过浏览地址空间即可发现服务器提供的所有数据和能力，无需预先约定通信接口。

• 本质：由节点和引用构成的图（Graph），而非简单的树形目录。
• 入口：根节点（Root Node），通常 ID 为 i=84。
• 组织方式：通过 Organizes、HasComponent、HasProperty 等引用类型形成层次结构。
• 可扩展性：用户可自定义节点和引用，将私有设备模型映射到地址空间中。

2.2 节点（Node）与节点类

节点是地址空间的基本组成单元。每个节点都有一个唯一的 NodeId（由命名空间索引和标识符组成），并属于特定的 NodeClass（节点类）。OPC UA 定义了 8 种标准节点类，其中 5 种最为常用：

2.3 对象（Object）与变量（Variable）

对象和变量是地址空间中最常见的节点，它们共同构成了设备的数据模型。

• 对象（Object）：是“容器”或“实体”。它本身不存储数值，但可以包含变量、方法和其他对象。例如，一个“泵”对象可能包含“转速”变量、“启停”方法和“电机”子对象。
• 变量（Variable）：是“数据载体”。它拥有 Value（当前值）、DataType（数据类型，如 Float、Int32、String）、AccessLevel（读写权限）等属性。

变量又分为两种：

• 属性（Property）：描述对象的静态特征，如“序列号”、“量程上限”。通常用 HasProperty 引用连接。
• 数据变量（DataVariable）：代表动态过程值，如“当前温度”、“压力值”。通常用 HasComponent 引用连接。

// 示例：浏览地址空间时，客户端看到的节点结构（伪代码）
Object: "Motor_01" (NodeId: ns=2;i=100)
  ├── Property: "SerialNumber" (Value: "SN-2024-001", DataType: String)
  ├── Property: "RatedPower" (Value: 7.5, DataType: Float)
  ├── Variable: "CurrentSpeed" (Value: 1450, DataType: Int32, AccessLevel: Read/Write)
  ├── Variable: "Temperature" (Value: 68.5, DataType: Float, AccessLevel: Read)
  └── Method: "ResetAlarm" (InputArguments: [AckCode], OutputArguments: [Result])

2.4 方法（Method）

方法节点代表服务器端可被客户端远程调用的函数。与变量不同，方法调用是有状态的，通常用于触发动作或执行计算。

• 调用方式：客户端通过 Call 服务请求，传入输入参数，服务器执行后返回输出参数。
• 属性：Executable（是否可执行）、UserExecutable（当前用户是否有权限）。
• 典型场景：确认报警、切换操作模式、执行自诊断。

2.5 事件（Event）

事件是 OPC UA 实现主动通知的机制。当服务器内部发生特定情况（如报警触发、状态变化、数据越限）时，会生成一个事件对象，并通过订阅（Subscription）推送给客户端。

• 事件源：通常是 Object 节点。
• 事件类型：继承自 BaseEventType，常见子类型包括 AlarmConditionType（报警）、DeviceFailureEventType（设备故障）。
• 关键属性：Time（发生时间）、Severity（严重等级 1-1000）、Message（描述文本）、SourceNode（源节点）。

2.6 引用（Reference）

引用是连接节点的“有向边”，它定义了节点之间的语义关系。没有引用，地址空间只是一堆孤立的节点。

• 方向性：引用有源节点（Source）和目标节点（Target）。
• 类型：由 ReferenceType 节点定义。标准引用类型包括：
  • Organizes：用于组织层次结构（如文件夹包含对象）。
  • HasComponent：表示整体-部分关系（如对象包含变量）。
  • HasProperty：表示对象拥有属性。
  • HasTypeDefinition：指向节点的类型定义。
• 反向引用：客户端可以请求反向浏览（从子节点找父节点）。

// 引用在地址空间中的表示（简化）
Node: "Motor_01" (Object)
  --[HasComponent]--> Node: "CurrentSpeed" (Variable)
  --[HasProperty]--> Node: "SerialNumber" (Variable)
  --[HasTypeDefinition]--> Node: "MotorType" (ObjectType)

Node: "CurrentSpeed" (Variable)
  --[HasProperty]--> Node: "EngineeringUnits" (Variable)  // 单位属性

2.7 概念关系总览

下面这张 SVG 图展示了 OPC UA 地址空间中核心概念之间的逻辑关系，帮助你建立整体认知。

2.8 节点与引用的实际浏览示例

为了让你更直观地理解地址空间的浏览过程，下图展示了一个简化的 PLC 设备模型在 OPC UA 地址空间中的结构。客户端从根节点出发，沿着引用找到“设备”对象，再找到“温度传感器”变量。