WPF 实现PLC数据采集

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
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          |
          v
+-------------------+
|  数据采集服务      |  <-- 核心业务逻辑
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          |
          v
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|  PLC通信模块       |  <-- 支持多种PLC协议
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          |
          v
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|  数据库存储        |  <-- 数据持久化
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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)
            {