開源純C#工控網關+組態軟件(五)從網關到人機界面

1、   引子

以前都在講網關，很多網友關注如何實現界面。想了解下位機變量變化，是怎樣一步步觸發人機界面動畫的。

 

這個步步觸發，實質上是變量組（Group）的批量數據變化（DataChange）事件，引起了變量（Tag）的值更新（ValueChanged）事件，最終觸發了圖元的動畫腳本（Action）。這是一個連鎖反應。

簡言之，界面是一批叫Tag乘客，從網關坐TLV協議的列車，到了上位機車站下車，在ClientService這個舞臺上，用各自的樂器（ITagReader）演奏了一出交響樂。

2、   承上啓下的核心對象：Tag

Tag（標籤或者叫變量）是整個項目的核心對象。所謂核心對象，就是它無所不在，是動態的，流動的，就像血液融匯貫通。

實質上，Tag對下位機，就是一個個傳感器的數據、一個個開關信號；對上位機，就是一個個按鈕、儀表盤、電機。

Tag在變量管理器（TagConfig）產生，在系統初始化時分配，存在於人機界面程序和網關服務的各個角落，它們的值和時間戳在不斷的變化。

對上位機設計者，用到的是Tag的名字、Tag的數據類型；對下位機設計者，看到的是Tag的地址、Tag的長度。對變量報警和數據歸檔，須要知道Tag的時間戳。

全部的Tag繼承於ITag接口。Tag的類型就是數據的類型，有FloatTag（浮點型）、BoolTag（邏輯型）、還有整型、字符型。不一樣類型Tag的讀寫對應IReaderWriter接口的ReadXXX/WriteXXX方法。

Tag能夠主動去讀（Read）寫（Write)，也能夠被動的刷新（Update），強制刷新（Refresh）。

Tag的Read方法是調用所屬Group、最終是調用所屬IDriver的ReadXXX方法從下位機讀入數據。但Tag的主要應用場景是被動刷新觸發ValueChanged事件，以驅動人機界面。

3、   上下位機鏈接的紐帶：TLV協議

前文已經闡述了網關如何經過輪詢下位機、推送批量數據給上位機。上位機須要將推送來的數據流解析爲一堆變化的Tag，以驅動整我的機界面和控制邏輯。

網關和上位機之間通信，我這裏使用了一個自定義的簡單的TLV協議（Tag-Length-Value），承載於Socket。

這個協議包括兩部分：

•  數據推送：將網關一端變化的Tag打包封裝，傳輸給客戶端；客戶端拆包，還原爲一堆Tag。具體流程爲：

1. 網關的DataChange事件調用SendData方法，將變化的Tag打包爲HistoryData數組（包含變量ID、值、時間戳）；
2. Socket將HistoryData數組轉換爲字節流推送給客戶端；
3. 客戶端的ClientDriver 包含ReciveData方法，將字節流還原爲HistoryData數組並觸發客戶端DataChange事件；
4. 客戶端的DataChange事件將HistoryData數組轉換爲Tag數組，並調用Tag的Update,觸發ValueChanging和ValueChanged事件。

•  指令：客戶端主動向網關發送指令，通常用來讀、寫特定變量或一批變量，還能夠查詢歷史歸檔、查詢報警等。指令格式以下：

      指令碼FCTCOMMAND：包含各類命令；

      參數：如讀入時間段內全部歸檔數據，則須要起始時間、結束時間；讀入變量，則須要變量ID。

      返回值：網關接收指令並返回數據，也是字節流。  

    public class FCTCOMMAND
    {
        public const byte fctHead = 0xAB;//報頭可加密，如報頭不符，則不進行任何操做；客戶端Socket發送報警請求，封裝於Server
        public const byte fctHdaIdRequest = 30;//按變量ID讀入歷史數據
        public const byte fctHdaRequest = 31;//讀時間段內全部歷史數據
        public const byte fctAlarmRequest = 32;//讀報警數據
        public const byte fctOrderChange = 33;//讀訂單
        public const byte fctReset = 34;//重置指令，通常用來釋放網關套接字
        public const byte fctXMLHead = 0xEE;//xml協議
        public const byte fctReadSingle = 1;//讀單一變量
        public const byte fctReadMultiple = 2;//讀多個變量
        public const byte fctWriteSingle = 5;//寫單一變量
        public const byte fctWriteMultiple = 15;//寫多個變量
    }

4、   人機界面的驅動引擎：ClientService

人機界面客戶端的 ClientService與網關的DAService一模一樣：都具備相相似的結構，繼承了IDataServer, IAlarmServer，都從同一個數據庫加載驅動、組、變量、報警：

客戶端的：

public sealed class DAServer : IDataServer, IAlarmServer, IHDAServer

網關的：

public class DAService : IDataExchangeService, IDataServer, IAlarmServer

只是多了一個IHDAServer，具備查詢歷史數據的功能，而歷史數據歸檔是網關的功能。

所以，ClientService也帶有本身的驅動ClientDriver，ClientDriver也帶有本身的組ClientGroup。

注意的是，ClientDriver是上位機惟一的Driver，ClientGroup也是ClientDriver惟一的Group。這是由於上位機無需和各種型下位機打交道，與它打交道的惟一對象就是網關自己。

所以，人機界面的各種操做指令，如按按鈕、讀歸檔數據、查詢報警等，最終都反映成TLV協議指令發送給網關，並獲得反饋。

而人機界面圖元的動畫，都是來自網關推送的Tag，觸發ValueChanged事件；事件的訂閱者，就是圖元對應的ITagReader，圖元動畫的幕後指揮。

5、   圖元動畫的幕後指揮：ITagReader

ITagReader接口爲全部圖元組件繼承，它的功能就是將Tag與動畫綁定。先看下結構：

    public interface ITagReader : ITagLink
    {
        string TagReadText { get; set; }
        string[] GetActions();
        Action SetTagReader(string key, Delegate tagChanged);
        IList<ITagLink> Children { get; }
    }

TagReadText屬性，就是與圖元動畫關聯的變量表達式：形如Tag1*2+Tag2*5>10。我實現了一個自定義表達式編譯器Eval,能夠解析表達式語法，分離出Tag1和Tag2。這段代碼在Example-WindowHelper-BindingControl。

接着，圖元組件訂閱Tag1和Tag2的ValueChanged事件。

若是值發生變化，這個事件內部會執行SetTagReader，計算表達式的結果，如知足條件，將向界面發送指令。

例如變量表達式爲Tag1*2+Tag2*5>10，此時若Tag1=1,Tag2=2，知足條件，最終會觸發一個動畫腳本：Action。這個Action能夠是讓電機報警，顏色變爲閃爍的紅色；也能夠是點亮一盞燈，或打開一座閥門。下文會詳細闡述。

從網關到人機界面流程：

 

6、   下面的計劃

寫一系列帖子，把架構、原理講清楚。大體以下：

• 網關層接口概述
• 上下位機通信原理
• 如何實現一個設備驅動
• 從網關到人機界面
• 如何設計圖元
• VS插件模塊及原理
• 歸檔模塊及文件格式
• 如何進行功能擴展
• 組態變量表達式實現

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