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WPF 数据采集网关系统设计与实现
一、系统概述
本系统是一个基于 WPF 的数据采集网关，支持主流 PLC（可编程逻辑控制器）的数据采集，并将采集到的数据汇总存储到数据库中。系统采用模块化设计，具有良好的扩展性和可维护性。
二、系统架构
1. 整体架构
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| WPF客户端 | <-- 用户界面
+-------------------+|v
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| 数据采集服务 | <-- 核心业务逻辑
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| PLC通信模块 | <-- 支持多种PLC协议
+-------------------+|v
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| 数据库存储 | <-- 数据持久化
+-------------------+2. 技术选型
- 前端界面：WPF（Windows Presentation Foundation）
- PLC通信：OPC UA/DA、Modbus TCP/RTU、S7协议等
- 数据库：SQL Server/MySQL/PostgreSQL（根据需求选择）
- 通信框架：.NET Core/.NET Framework + 第三方PLC库（如libnodave、NModbus等）
三、核心模块设计
1. PLC通信模块
1.1 支持的PLC类型及协议
| PLC品牌 | 支持协议 | 实现方式 |
|---|---|---|
| Siemens | S7(S7Comm) | 使用libnodave或S7.Net |
| Siemens | OPC UA/DA | 使用OPC基金会库 |
| Mitsubishi | MELSEC | 使用MelsecNet |
| Omron | SYSMAC | 使用OmronPlc |
| Allen-Bradley | ControlLogix | 使用RSLinx |
| Modbus设备 | Modbus TCP/RTU | 使用NModbus |
1.2 接口设计
// IPlcCommunication.cs
public interface IPlcCommunication
{bool Connect(string connectionString);void Disconnect();bool IsConnected { get; }// 读取数据Task<T> ReadAsync<T>(string address);Task<IEnumerable<T>> ReadMultipleAsync<T>(IEnumerable<string> addresses);// 写入数据Task<bool> WriteAsync<T>(string address, T value);
}1.3 具体实现示例（Siemens S7）
// SiemensS7Plc.cs
using Snap7;
using System;
using System.Threading.Tasks;public class SiemensS7Plc : IPlcCommunication
{private S7Client _client;public bool Connect(string connectionString){// 解析连接字符串，格式如："IP=192.168.0.1;Rack=0;Slot=1"var parameters = ParseConnectionString(connectionString);_client = new S7Client();int result = _client.ConnectTo(parameters["IP"], Convert.ToInt32(parameters["Rack"]), Convert.ToInt32(parameters["Slot"]));return result == 0; // 0表示成功}public async Task<bool> ReadBoolAsync(string address){int dbNumber;int byteOffset;int bitOffset;ParseAddress(address, out dbNumber, out byteOffset, out bitOffset);int result = await Task.Run(() => _client.DBRead(dbNumber, byteOffset, 1, out byte[] buffer));if (result != 0) return false;return (buffer[0] & (1 << bitOffset)) != 0;}// 其他读写方法实现...
}2. 数据采集服务
2.1 核心功能
- 定时采集PLC数据
- 数据缓存与处理
- 异常处理与重试机制
- 数据格式转换
2.2 实现示例
// PlcDataCollector.cs
using System;
using System.Collections.Concurrent;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;public class PlcDataCollector : IDisposable
{private readonly List<IPlcCommunication> _plcs = new List<IPlcCommunication>();private readonly ConcurrentDictionary<string, object> _dataCache = new ConcurrentDictionary<string, object>();private readonly Timer _timer;private readonly int _collectionIntervalMs = 1000; // 默认1秒public event EventHandler<DataChangedEventArgs> DataChanged;public PlcDataCollector(IEnumerable<IPlcCommunication> plcs, int collectionIntervalMs = 1000){_plcs.AddRange(plcs);_collectionIntervalMs = collectionIntervalMs;_timer = new Timer(CollectData, null, 0, _collectionIntervalMs);}private void CollectData(object state){try{var newData = new Dictionary<string, object>();foreach (var plc in _plcs){if (!plc.IsConnected) continue;// 示例：读取多个地址的数据var tags = new[] { "DB1.DBX0.0", "DB1.DBW2", "DB1.DBD4" };foreach (var tag in tags){try{// 根据数据类型调用不同的读取方法if (tag.EndsWith("X")) // BOOL{var value = plc.ReadAsync<bool>(tag).Result;newData[tag] = value;}else if (tag.EndsWith("W")) // INT{var value = plc.ReadAsync<int>(tag).Result;newData[tag] = value;}else if (tag.EndsWith("D")) // REAL{var value = plc.ReadAsync<double>(tag).Result;newData[tag] = value;}}catch (Exception ex){// 记录错误日志LogError($"读取PLC数据失败: {tag}, 错误: {ex.Message}");}}}// 更新缓存并触发事件foreach (var kvp in newData){