C#单例模式在工控行业的应用

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于 2025-12-21 16:56:59 发布 · 582 阅读

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#c# #单例模式 #C#上位机

  **工控系统对资源管理、状态一致性和稳定性要求极高，单例模式在这里能解决很多核心问题。
  一、先理解核心概念**

单例模式：保证一个类在整个应用程序生命周期中只有一个实例，并提供一个全局访问点。工控场景特点：需要和硬件（PLC、传感器、串口设备）通信、管理唯一的硬件连接、维护全局设备状态、避免资源冲突。
二、工控场景下单例模式的典型应用
1. 硬件通信管理（最核心应用）
工控系统中，一个硬件设备（如 PLC、串口仪表、扫码枪）通常只能有一个通信连接，多线程 / 多模块重复创建连接会导致通信异常、数据错乱甚至硬件锁死。
示例：PLC 通信单例类

using System;
using System.Threading;

// 模拟西门子PLC通信的单例类（线程安全版）
public sealed class PlcCommunication
{
   
   
    // 1. 私有静态实例（懒加载+线程安全）
    private static readonly Lazy<PlcCommunication> _instance = new Lazy<PlcCommunication>(() => new PlcCommunication(), LazyThreadSafetyMode.ExecutionAndPublication);
    
    // 2. 模拟PLC连接状态
    public bool IsConnected {
   
    get; private set; }
    
    // 3. 私有构造函数（禁止外部new）
    private PlcCommunication()
    {
   
   
        // 构造时初始化连接（模拟）
        ConnectToPlc();
    }
    
    // 4. 全局访问点
    public static PlcCommunication Instance => _instance.Value;
    
    // 模拟PLC连接方法
    public void ConnectToPlc()
    {
   
   
        if (!IsConnected)
        {
   
   
            // 实际工控中：调用PLC SDK（如S7.Net、OPC UA客户端）建立连接
            Console.WriteLine("PLC连接成功");
            IsConnected = true;
        }
    }
    
    // 模拟读取PLC寄存器数据
    public int ReadPlcRegister(string registerAddress)
    {
   
   
        if (!IsConnected)
        {
   
   
            throw new InvalidOperationException("PLC未连接，无法读取数据");
        }
        // 实际工控中：调用SDK读取指定地址的数据
        Console.WriteLine($"读取PLC寄存器 {
     
     registerAddress} 数据");
        return new Random().Next(0, 1000); // 模拟返回数据
    }
    
    // 模拟写入PLC寄存器数据
    public void WritePlcRegister(string registerAddress, int value)
    {
   
   
        if (!IsConnected)
        {
   
   
            throw new InvalidOperationException("PLC未连接，无法写入数据");
        }
        // 实际工控中：调用SDK写入数据到指定地址
        Console.WriteLine($"向PLC寄存器 {
     
     registerAddress} 写入数据：{
     
     value}");
    }
    
    // 断开PLC连接
    public void DisconnectPlc()
    {
   
   
        if (IsConnected)
        {
   
   
            Console.WriteLine("PLC连接已断开");
            IsConnected = false;
        }
    }
}

// 调用示例
public class IndustrialControlSystem
{
   
   
    public static void Main()
    {
   
   
        // 无论在哪个模块调用，都是同一个PLC连接实例
        var plc1 = PlcCommunication.Instance;
        plc1.ReadPlcRegister("DB1.DBW0"); // 读取数据
        
        var plc2 = PlcCommunication.Instance;
        plc2.WritePlcRegister("DB1.DBW2", 500); // 写入数据