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早年間在濟南鋼廠焦爐四大機車自動化項目中，我們已通過 OPC 技術實現遠程數據交互，借助 RSLink 服務器軟件，基于 OPC DA 規范完成對羅克韋爾 Logix 5500 系列 PLC 的間接控制，這也是 OPC 技術在工業場景的典型早期應用。

回溯OPC的發展歷程，1995 年Rockwell Automation、Siemens、Honeywell 等工業巨頭聯合成立 OPC 基金會，同年完成首個 OPC 數據訪問規范（OPC DA）草案，該規范基于微軟 COM/DCOM 技術構建，為工業數據傳輸確立了統一標準。2001 年，規范家族進一步擴展，新增歷史數據訪問（HDA）、報警與事件（AE）及安全規范，OPC 技術迅速普及，成為工業自動化領域的事實標準，會員企業規模突破百家。不過，以 OPC DA 為核心的 OPC Classic 存在明顯局限，因依賴 Windows COM/DCOM 技術，無法適配 Linux 或嵌入式系統，限制了其應用場景的拓展。

為突破這一技術瓶頸，2003 年 11 月，OPC UA 工作組在德國啟動開發工作，核心目標是擺脫 COM/DCOM 依賴，采用面向服務架構（SOA）重塑技術體系。同年 8 月，OPC UA 1.0 規范正式發布，標志著 OPC 技術進入跨平臺時代。2008 年，OPC UA 被國際電工委員會（IEC）采納為 IEC 62541 標準，完成國際標準化認證；2010 年，首個嵌入式 OPC UA 設備問世，實現了無操作系統 “裸奔” 運行，徹底打破了傳統 OPC 的部署限制。2017 年 11 月，OPC UA 1.04 版本發布，引入發布 - 訂閱（PubSub）機制，大幅提升了數據傳輸效率與實時性，更好地滿足了大規模工業數據交互需求。

2022 年，OPC UA 技術進一步深化，新增現場交換（UAFX）功能，專為控制器間（C2C）通信設計，支持離線配置與高實時性傳輸，完美適配工業機器人、CNC 等高精度控制場景。如今，OPC UA 已成為工業 4.0 與工業物聯網（IIoT）的核心通信標準，全球 90% 以上的工業自動化廠商均提供支持，真正實現了跨平臺、跨設備、跨行業的無縫數據互聯。

睿擎派是睿賽德公司推出的一款工業開發板，以瑞芯微 RK3506/RK3563 為主控芯片，底層搭載 RT-Thread 操作系統，基于專為工業場景打造的睿擎工業平臺進行開發，該平臺是全棧自主可控的軟硬件一體化解決方案，整合了數據采集、通信、控制、工業協議、AI、顯示六大核心功能，精準適配工業應用需求。所以常見的工業總線通信協議，比如CAN Open、EtherCAT和OPC UA都是支持的。

另外國內工控領域，相對于AB的PLC，西門子的PLC反而應用更為廣泛，我們早期就采用S7-200/300/400系列進行工業自動化系統開發。當下西門子主推S7-200Smart，S7-1200和S7-1500。其中S7-1200 固件V4.4版本以上開始支持OPC Server UA。

由此為了深度評測睿擎派的OPC UA能力，我們選用了S7-1200與之對接，實現遠程操控PLC的目的。

一、S7-1200開發環境搭建、編碼和OPC配置

S7-1200是德國西門子公司的PLC產品，采用TIA博途軟件進行開發。從2009年推出以來，基本上每一兩年就推出一個新版本，當前最新版本是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版本進行安裝。

安裝成功以后，在配置OPC Server的時候發現，一旦開啟OPC Server功能，部署的時候就會異常，如下網頁有相關的描述。

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，安裝如下補丁，就可以解決相關問題。

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

為了便于測試，我們用梯形圖在PLC中編寫如下功能：

（1）開關量輸入I0.0和繼電器Q0.0聯動（為了便于中間可控制，通過上升沿和下降沿信號置位和復位的方式來操控繼電器）

（2）開啟一個定時器，以5秒為間隔，打開和關閉繼電器Q0.1

（3）實現計數器功能，便于OPC客戶端連續顯示一個不斷變化的數字

程序編寫完畢后，在PLC變量表里會顯示相關的變量，當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，我們就可以開始進行OPC UA相關的變量配置了。

右側窗口中的OPC UA元素可以拖動進入到中間的OPC UA服務器接口窗口，會自動添加一條變量。這個順序很重要，是后續OPC UA客戶端讀取數據的一個根據（不過如果中間有刪除，OPC中的索引順序并不連續）。

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站下載最新的固件，然后升級PLC即可。當前最新的版本為V4.6.1）

部署成功后，轉至在線狀態，然后讓PLC進入運行狀態（RUN）。

二、OPC UA客戶端軟件UaExpert對接測試

由于OPC UA客戶端是通過命名空間索引和變量索引獲取數據的，所以我們先用OPC UA客戶端工具定位相關變量的索引，順便也測試一下OPC Server是否可以正常工作。

RTT官方示例中有相關工具的下載和使用說明。

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，把右側的服務器接口_1（這個名字，其實是PLC中定義的）標簽可以拖動到中間的窗口，則所有的變量會呈現出來。其中如下紅框里面的部分，對后續的數據讀取格外重要。

三、睿擎派測試代碼開發

我們有睿擎派RK3506的開發板和一個4.3英寸的MIPI-DSV的LCD顯示觸摸屏，所以采lvgl和opc ua技術棧來實現對S7-1200遠程操控的功能。

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，但是動態顯示電機狀態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現。

有了以上的代碼參考，我們要實現的功能其實也蠻簡單，就是顯示一個S7-1200的PLC圖片，IO狀態燈和真實的PLC同步顯示出來。然后增加四個Q繼電器按鈕，可以遠程開關PLC的四個繼電器。另外就是有一個標簽，實時顯示PLC里面的計數值。

1、LVGL界面實現

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

關于圖片，網上可以搜索S7-1200的正面圖片，我實際搜索了一下，正面圖很少（和我當前型號契合的），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），所以圖片我們設定為450480。并保存為png格式。

打開LVGL官方圖片在線工具：

https://lvgl.io/tools/imageconverter

把圖片導入，會生成對應的C代碼文件。

同樣我們還需要顯示一些漢字內容，也需要用官方文字在線工具進行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現代碼如下：

//默認開啟字體 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);

四個按鈕實現的代碼如下：

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); ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?// 無內邊距? ? ? ? lv_obj_set_style_border_width(btn,?0, LV_PART_MAIN); ? ? ? ? ? ? ? // 無邊框? ? ? ? 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);?// 正確字體調用? ? ? ? lv_obj_center(btn_label[i]);?// 文字水平+垂直絕對居中? ? ? ? lv_obj_add_event_cb(btn, btn_click_event_cb, LV_EVENT_CLICKED,?NULL);? ? }}

19個指示燈實現的代碼如下：

voidlv_draw_state_led(void){ // ===================== 全局固定參數定義 ===================== 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 ===================== // 起始坐標：x=15+37 y=160+178 | 數量：3個 | 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。開關量輸入和輸出燈根據實際狀態進行變化。

2 OPC UA客戶端功能實現

睿擎派RK3506 V1.7.2 SDK集成的open62541為V1.2.2版本，2019年9月18日發布的，屬于早期經典版，基礎功能完善，封裝相對簡單。最新工業級穩定版本為V1.5.1，2024年11月12日發布。核心區別如下，V1.2.2沒有批量讀取變量的函數，無PubSub（發布-訂閱）功能，V1.5.1原生適配RT-Thread，內存優化，但是需要C99編譯支持。

OPC UA客戶端有三個關鍵功能函數，我們專門創建open62541_client.c文件來實現，由于我們本代碼示例是基于05_gui_lvgl_mipi_ruiching_4_3in_480_800創建的，所以需要雙擊“RunChing Setings”項，開啟OPC UA功能，如下圖所示：

注：開啟OPC UA功能后，\opc_ua_lvgl_s7_1200\rt-thread\components\net_apps\open62541的目錄并沒有加入到Includes目錄，記得要添加上，否則對應的頭文件編譯時會提示找不到。

（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，目前沒有開啟安全驗證，所以相對簡單。

（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 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:%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 變量遠程實時讀寫

opc讀寫函數中的參數 int ns,int i 就對應了OPC客戶端工具畫紅框的部分，比如“NS4|Numeric|8”，相應的ns=4，i=8；

LVGL不支持多線程操作，所以需要創建一個LVGL 定時器來定時刷新數據，另外由于定時器函數屬于UI線程回調，如果里面做長時間操作，會堵塞UI線程，界面操作會很卡。所以需要新創建一個線程來實現OPC UA變量的實時讀取。

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); }}

創建一個定時器，300毫秒執行一次，來進行界面刷新。

lv_timer_create(data_timer_cb,300,NULL);staticvoiddata_timer_cb(lv_timer_t*timer){ //PLC狀態 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; } //計數 lv_label_set_text_fmt(num_label,"NUM: %06d",num); //IO狀態 for(inti=0;i<10;i++){? ? ? ? if(i

四、操作演示視頻

（1）部署運行

部署成功后，程序會自動運行，連接成功后，會不斷讀取PLC的IO狀態及計數器的值。