CODESYS Control（Runtime）の変数をPythonで取得１　OPC UA

2024.03.25

同一デバイス（Zynq ultrascale＋ Petalinxボード）内でPythonのopcuaライブラリを使ってCODESYS Control（Runtime）のPLCプログラムの変数を取得する。

PetalinuxにインストールしたCODESYS ControlのデモバージョンでもOPC-UAサーバーはCODESYS Controlを起動した2時間は動作するので今回はそのOPC-UAサーバーを使用しています。

概要

  1. ボードにインストールしたCODESYS ControlにOPC UA Serverを設定します。
  2. 次にWindows PCにUA Expertを使って、アクセスしたいNodeIdを取得します。
  3. ボードに記述するPythonプログラムのopcuaライブラリの関数に取得したNodeIdを張り付けてCODESYS ControlのOPC UAサーバーと通信します。

OPC-UAサーバー設定

まず、ボード側のCODESYS Control側のOPC-UAサーバーを設定します。

  • Application上で右クリックして『オブジェクトの追加』
  • 『シンボル構成』を選択して追加（Symbol Configuration）

以下のダイアログボックスが表示されるので『OPC UA機能をサポートする』にチェックをいれたまま『追加』をクリックします。

『Device』タブ～『デバイス』タブ～『ランタイムセキュリティポリシーを変更』を選択

『匿名ログインを許可』（Anonymous）にチェックを入れて『OK』をクリック。

再度『デバイス』～『セキュリティ設定』を選択します。

そこでCmpOPCUAServerの左の『+』をクリックして展開し、『CommunicationMode』で『All: Add all available mode ….』を選択します。

  • 次にOPC-UAで送受信許可する変数を選択します。
  • 変数を選択する前にプログラムを一旦ビルドします。　ビルドをしていないと作成した変数が反映されず選択できません。
  • 左のナビゲーターから『シンボル構成』をダブルクリックすると、『シンボル構成』タブが開きます。（シンボル構成タブが既にあればそのタブをクリック）
  • そして送受信許可する変数にチェックを入れます。

UA ExpertでNodeIdを確認

Pythonのopcuaライブラリではアクセスする変数のNodeIdを指定しなければなりません。　Read/Writeしたい変数のNodeIdを取得するために、UA Expertを使用します。

  • Windows PCにUA Expertをインストールします。
  • UA Expertを立ち上げて
  • Project Viewのしたの『Servers』を右クリックして『Add』を選択
  • Add Serverのダイアログボックスが表示されるので、Custom Discoveryの下の『Double click to Add Server …』をクリックして
  • Enter URLでOPC-UA ServerのURLを入力してOK
    • URLは、CODESYS Controlを立上て、『$ cat /var/opt/codesys/codesyscontrol.log』を見ると表示されています。　私の場合Device User Nameをpetaとしたのでpetaと表示されています。　ポート番号はCODESYS Controlではデフォルトで4840と決まっているようです。

OPCUAServer@petaが現れるのでダブルクリックすると接続する。

【注意】ダブルクリックで接続できない時は、以下のNoneをダブルクリックして接続する。

  • 接続すると、Address SpaceにObjectsが表示されるので、『Objects』～『DeviceSet』～『CODESYS Control for Linux ARM64 SL』～『Resources』～『Application』と階層を開いていく。
  • 『GlobalVars』と『Programs』の中に選択できる変数があるのでそれを見る
  • 例えば『MyCount』をクリックするとその属性（Attribute）が表示される。
  • Pythonプログラムのopcua関数に、ここで表示されるNodeIdを入れて、どの変数にアクセスするかを指定するのでNodeIdは重要です。
  • NodeId上で右クリックしてNodeIdをコピーして、Pythonプログラムで変数を読む場合に簡単に張り付けれます。

Pythonプログラム

  • Pythonプログラムで使用するopcuaライブラリに入力するMyCountのnodeIdをUA Expertで取得したら、client.get_node()の引数に””を付けて入れる。
  • 『pip install opcua』でopcuaライブラリをインストールしておきます。
  • Pythonプログラム
    • urlを設定する。　CODESYS Controlと同じボード内で実行する時は『127.0.0.1』を使います。　localhostは非推奨なので使いません。　127.0.01の代わりに『peta』を使うと、socket.pyが『127.0.1.1』に置き換えてしまうので通信できませんでした。
    • Windows PC等、異なるデバイスからの通信の場合は、IPアドレスを使用します。
    • 上でコピーしたnodeIdを使う。
opc.py
from opcua import Client

# Establish connection to the OPC UA server
url = "opc.tcp://127.0.0.1:4840"  # URL of your CODESYS OPC UA server
client = Client(url)

try:
    client.connect()
    print("Connected to OPC UA server")

    # Browse the objects and print their node ids
    print("Browsing Objects node ...")
    objects = client.get_objects_node()
    print("Children of Objects node:")
    for node in objects.get_children():
        print(node)

    # Read a specific node (replace 'ns=2;s=YourNode' with your actual node)
    node_to_read = client.get_node("ns=4;s=|var|CODESYS Control for Linux ARM64 SL.Application.GVL.MyCount")
    value = node_to_read.get_value()
    print("Value of YourNode:", value)

finally:
    client.disconnect()

複数の値の読込方法

  • 配列にua.NodeID.from_string()を入れて、その引数にnodeIdを入れていく。
  • ５つの値の獲得はClinent.uaclient.get.attribute　１回の実行ですが、内部でどのようになっているかは解かりません。
  • 値を取り出すのは、forで回さなければなりません。
opc.py
from opcua import Client,ua
import time

# Establish connection to the OPC UA server
url = "opc.tcp://127.0.0.1:4840"  # URL of your CODESYS OPC UA server
client = Client(url)

try:
    client.connect()
    print("Connected to OPC UA server")

    # Browse the objects and print their node ids
    print("Browsing Objects node ...")
    objects = client.get_objects_node()
    print(objects)
    print("Children of Objects node:")
    for node in objects.get_children():
        print(node)

    nodeids = [ua.NodeId.from_string("ns=4;s=|var|CODESYS Control for Linux ARM64 SL.Application.PLC_PRG.VarTimeCur0"),
               ua.NodeId.from_string("ns=4;s=|var|CODESYS Control for Linux ARM64 SL.Application.PLC_PRG.VarTimeCur1"),
               ua.NodeId.from_string("ns=4;s=|var|CODESYS Control for Linux ARM64 SL.Application.GVL.MyVariable"),
               ua.NodeId.from_string("ns=4;s=|var|CODESYS Control for Linux ARM64 SL.Application.GVL.MyString"),
               ua.NodeId.from_string("ns=4;s=|var|CODESYS Control for Linux ARM64 SL.Application.GVL.MyCount")]
    # nodeids = [ua.NodeId.from_string("ns=2;i=5001"), ua.NodeId.from_string("ns=2;i=6078")]
    # The below is to measure the time of 1000 reads. 
    start=time.time()
    for i in range(1000):
        results = client.uaclient.get_attributes(nodeids, ua.AttributeIds.Value)
        for item in results:
            print("No.",i,":",item.Value._value)

    end=time.time()
    print((end-start),"sec")
    print(end)

finally:
    client.disconnect()
    print("Disconnected from OPC UA server")

Zynq Ultrascale+ Petalinuxボードにインストール

  • インストールする際、メモリが足りなくなるので、Codesys Runtimeを止める。
  • 更にVSCodeを使うとメモリを食うので、VSCodeは使用せず、ターミナルでSSH接続しpip installで各ライブラリをインストールする。
  • ターミナルからSSH接続でPythonプログラムを起動する。
  • ある日突然『crypto』も必要になった。

$ pip install opcua
$ pip install cryptography
$ pip install crypto

PythonでConnection refused

これはCODESYS Controlが起動していない時に発生します。CODESYS Controlが起動していないので、CODESYS Control内のOPC UA Serverも起動していないのでOPC UA ClientであるPythonからconnect()しようとしても出来ないのです。　最初びびったので備忘録として残しておきます。

Manage Certificate

CODESYS Developmentで

『Device』タブ～『通信設定』～『デバイス』タブ～『セキュリティ設定』で『+』をクリックでOPCUAのセキュリティ設定が見れる

  • 『表示』～『セキュリティ画面』
  • 『Devices』タブ～～『Device』をクリック
  • 『OPC UA Server』をクリック
  • Informationの左のアイコンをクリック
  • Keyを2048に変更すると
  • ThumbprintがIssue（発行）されるので
  • ｘマークのしたのアイコンをクリックして証明書をデバイスからUploadしてPCに.cerファイルとして保存する。

cat /var/opt/codesys/codesyscontrol.logを見ても

となっているのでOPC-UAサーバーは動作していると思う。

2024-02-21T07:02:46Z, 0x00000124, 1, 0, 0, No certificate for the OPC UA server available.
2024-02-21T07:02:46Z, 0x00000124, 1, 0, 0, Security policy allows plain text communication. Secure communication is deactivated.
2024-02-21T07:02:46Z, 0x00000124, 1, 0, 0, **************************************************************
2024-02-21T07:02:46Z, 0x00000124, 1, 0, 0,     OPC UA Server Started:
2024-02-21T07:02:46Z, 0x00000124, 1, 0, 0,     Hostname: peta, Port: 4840
2024-02-21T07:02:46Z, 0x00000124, 1, 0, 0,     URL: opc.tcp://peta:4840
2024-02-21T07:02:46Z, 0x00000124, 1, 0, 0,     Loopbackadapter activated.
2024-02-21T07:02:46Z, 0x00000124, 1, 0, 0,     All available networkadapters are used.
2024-02-21T07:02:46Z, 0x00000124, 1, 0, 0, **************************************************************
2024-02-21T07:02:46Z, 0x00000124, 1, 0, 0, Provider 'CODESYS_DefaultProvider' (version 0x305131e) registered at the OPC UA server.
2024-02-21T07:02:46Z, 0x000000a6, 1, 0, 0, Not able to read file of Run/Stop switch. Functionality of component disabled
2024-02-21T07:02:46Z, 0x00000001, 1, 0, 0, =========================================================================



Traceback (most recent call last):
  File "/home/petalinux/opc.py", line 8, in <module>
    client.connect()
  File "/usr/lib/python3.10/site-packages/opcua/client/client.py", line 272, in connect
    self.connect_socket()
  File "/usr/lib/python3.10/site-packages/opcua/client/client.py", line 307, in connect_socket
    self.uaclient.connect_socket(self.server_url.hostname, self.server_url.port)
  File "/usr/lib/python3.10/site-packages/opcua/client/ua_client.py", line 266, in connect_socket
    return self._uasocket.connect_socket(host, port)
  File "/usr/lib/python3.10/site-packages/opcua/client/ua_client.py", line 155, in connect_socket
    sock = socket.create_connection((host, port), timeout=self.timeout)
  File "/usr/lib/python3.10/socket.py", line 845, in create_connection
    raise err
  File "/usr/lib/python3.10/socket.py", line 833, in create_connection
    sock.connect(sa)
ConnectionRefusedError: [Errno 111] Connection refused

During handling of the above exception, another exception occurred:

Traceback (most recent call last):
  File "/usr/lib/python3.10/site-packages/opcua/client/client.py", line 299, in disconnect
    self.close_secure_channel()
  File "/usr/lib/python3.10/site-packages/opcua/client/client.py", line 343, in close_secure_channel
    return self.uaclient.close_secure_channel()
  File "/usr/lib/python3.10/site-packages/opcua/client/ua_client.py", line 282, in close_secure_channel
    return self._uasocket.close_secure_channel()
  File "/usr/lib/python3.10/site-packages/opcua/client/ua_client.py", line 223, in close_secure_channel
    future = self._send_request(request, message_type=ua.MessageType.SecureClose)
  File "/usr/lib/python3.10/site-packages/opcua/client/ua_client.py", line 72, in _send_request
    self._socket.write(msg)
AttributeError: 'NoneType' object has no attribute 'write'

During handling of the above exception, another exception occurred:

Traceback (most recent call last):
  File "/home/petalinux/opc.py", line 24, in <module>
    client.disconnect()
  File "/usr/lib/python3.10/site-packages/opcua/client/client.py", line 301, in disconnect
    self.disconnect_socket()
  File "/usr/lib/python3.10/site-packages/opcua/client/client.py", line 310, in disconnect_socket
    self.uaclient.disconnect_socket()
  File "/usr/lib/python3.10/site-packages/opcua/client/ua_client.py", line 269, in disconnect_socket
    return self._uasocket.disconnect_socket()
  File "/usr/lib/python3.10/site-packages/opcua/client/ua_client.py", line 167, in disconnect_socket
    self._socket.socket.shutdown(socket.SHUT_RDWR)
AttributeError: 'NoneType' object has no attribute 'socket'

私の備忘録１（UA Expert証明書）

証明書をLoadしてする方法のはずですが、Adress Spaceに変数等も取り込まれずうまくいきませんでした。　しかし将来の私の備忘録として残しています。

  • OPCUAServer@petaで右クリックして『Properties』を選択
  • Server InformationのEndpoint URLが正しいか確認して、『Reverse Connect』にチェックを入れる。　（Reverse Connectにチェックを入れないと、Load fileを選択できない。
  • するとServer Certificateが表示されるので、『Load file』でCODESYS Developmentで保存した.cerファイルを選択する
  • Authentication settingsは『Anonynous』のままで『OK』で接続される
  • 次回この画面に来たときは、同じ設定でもOKがグレーアウトされているが、Anonynmousと違う設定を選択して、再度Anonymousを選択したらOKを押せるようになる。

まだTrustされていないので、LoadしたCertificateをTrustにします。

私の備忘録２　HTTPClient.libraryを追加する方法（動作させれなかった。将来再挑戦。）

  • 再挑戦用のメモ
  • ライブラリのリポジトリからインストールでファイルを選択すると追加される。（なのでHTTP Clientはデモモードでも使えそう）

するとHTTPClientに『ソースコードを含むライブラリ』と表示された

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