開源純C#工控網關+組態軟件(二)工控網關的實現

1、   工控網關是什麼

        網關是物聯網和工控系統的核心組件。網關起的是承上啓下的做用。上即上位機，電腦/觸屏監控系統、MES這些；下即下位機，包括PLC、傳感器、嵌入式芯片等。

不一樣廠家的下位機，每每講的是不一樣的語言，西門子的語言叫ProfiBus,施耐德的語言叫Modbus，AB的語言叫Ethernet IP。在樓宇自控領域，又有BACnet 。。

網關要擔當溝通上、下位機的重任，它的基本功能就是翻譯，即協議轉換。管你說哪一種方言，最後轉給上位機的都是普通話。

2、   如何實現軟網關：啓下

•  網關是對下位機的抽象

程序就是對客觀事物的抽象。網關若是要完整無誤的轉述各類下位機的「方言」，那必定是它可以提取出下位機的共性。

共性的部分，抽象成接口。特性的部分，在各自的類裏實現。

分析以後，我認爲下位機最重要的兩個共性是：可讀寫性。可鏈接性。

這樣就有了兩個基本接口（在Dataservice項目中）：IReaderWriter,描述讀寫性。IDriver，描述鏈接性。

• 接口類圖及繼承關係

 

IReaderWriter接口的方法，都是和讀寫有關的：讀入/寫入一個位，讀入/寫入一字節、一個整數、一個浮點數、一個字符串。

這些方法都有一個共同的參數，DeviceAddress。表明一個下位機地址。

DeviceAddresss 是一個結構體。包含區域號Area,區塊號DBNumber，起始位置Start,位號Bit。

區域包含區塊，區塊有起始地址，邏輯變量有位號。加上VarType描述數據類型（布爾型、整型、浮點型、字符型等等）,DataSize描述數據長度。

這樣的四級地址加上數據描述，足夠映射到任何一個下位機變量地址了。

IDriver 接口的方法，都是和鏈接有關的。Connect方法負責鏈接、IsClosed判斷鏈接是否斷開、TimeOut設置超時、OnClose事件在鏈接斷開時觸發。

ServerName屬性表示下位機的IP或者主機名。由這樣一些屬性、方法，就能夠定義一個下位機的鏈接了。

也許你們會問，爲何不把兩個接口合併爲一個？

由於必定有某種只具有鏈接性，不具有可讀寫性，或者只有可讀寫性，並無可鏈接性的對象存在。

好比內存數據庫對象。由於全部下位機的地址，都是各有各的表述方式，我在A小區X棟X號，我在B小區住獨棟。

下位機的地址小區不一樣，門牌號不一樣，並且極可能是不連續的，散亂的。

要對這些亂七八糟的地址進行統一管理，就像這些來自五湖四海的客人，住到同一家大酒店。每一個人今後只有一個標準化的地址：房號。

內存數據庫ICache就是對下位機地址變量的映射。映射到一個連續的內存地址空間，便於統一編號，統一管理。

對內存數據庫而言，它具備可讀寫性，但不須要可鏈接性。也就是隻要繼承IReaderWriter。

 

在這個繼承圖裏，有一個抽象類專門描述PLC類型下位機的，就是IPLCDriver。

首先全部的PLC都具備可鏈接性，可讀寫性。所以兩個接口都繼承。

同時，PLC的地址每每表示爲格式化的字符串。好比西門子地址可寫爲DB3,D122.1，Modubs爲30001.1。

 GetDeviceAddress\GetAddress兩個方法就是對DeviceAddress 與字符串之間編碼、解碼。

PDU 是PLC的一個特殊屬性。也就是報文的數據單元。

全部的PLC如西門子、三菱、AB、Modbus都繼承於IPLCDriver 。

IFileDriver表明另外一類下位機，好比來自數據庫、文件流等。它們的共性是具備文件名FileName。

在類圖裏看到一個孤零零的IMultiReadWrite ，它是作什麼的？

由於部分下位機支持批量讀寫，尤爲在注重效率的場合，批量讀寫十分重要。一次讀入幾百個變量，和幾百次讀入單個變量，效率天壤之別。

所以IMultiReadWrite 要實現兩個方法，ReadMultiple（批量讀），WriteMultiple（批量寫），參數都是一個DeviceAddress 數組。

若是你的下位機支持批量讀寫，直接繼承這個接口並實現就能夠了。若是讀寫時發現繼承了這個接口，系統就會自動調用更高效的方式。

 

3、   如何實現軟網關：承上

•  網關是對上位機變量的映射

一個能鏈接、能讀寫的下位機若是實現了，要想在界面顯示，必須作一件事，

就是讓下位機數據的變化，反映爲上位機圖形的變化。

好比這幅界面裏的電機，啓動後變綠；電流溫度數據會顯示並刷新。

要作到這一點，就必須有一個上下位機的中介：Tag。

Tag 這個對象，必須有一個上位機設計者理解的名字，好比1號馬達運行信號，就叫作Motor1_Running。

這個名字，在下位機是不存在的。下位機只有呆板的地址，好比DB3,D122.1。

這些上位機設計者不必知道。但他們必定知道這是一個布爾量，名字叫Motor1_Running。

所以網關還有一個必要的功能，下位機數據變化了，Tag值會相應變化，反過來也同樣。

• Tag的結構 

由於上位機設計員只知道Tag的數據類型是整型、仍是浮點數、仍是布爾量，所以Tag也分IntTag、FloatTag、BoolTag等類型。

無論哪一種類型的Tag,必定繼承ITag抽象類。 ITag有Address屬性，就是映射到DeviceAddress 。同時還有TimeStamp(時間戳)，Value(值），Quailty(數據質量）。

一樣的，Tag自己也具備讀寫功能（Read,Write方法），也就是上位機對Tag的讀寫，最終反映爲下位機對地址的讀寫。

而不一樣類型的Tag,天然就對應到上面所提到的IReaderWriter 接口，正好有匹配的讀/寫布爾量，讀/寫整型，讀/寫浮點型等等的方法。

這樣，就把下位機設備和Tag變量的讀寫對應起來 了。

4、   下面的計劃

• 完善功能。

請繼續關注個人帖子，並提出寶貴意見和建議。

• 寫一系列帖子，把架構、原理講清楚。

       提綱和目錄也擬好了。大體以下：

1. 網關層接口概述
2. 上下位機通信原理
3. 如何實現一個設備驅動
4. 如何設計圖元
5. VS插件模塊及原理
6. 歸檔模塊及文件格式
7. 如何進行功能擴展

github地址：https://github.com/GavinYellow/SharpSCADA。