開源純C#工控網關+組態軟體(五)從網關到人機介面

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一、   引子

之前都在講網關，不少網友關注如何?介面。想瞭解下位機變數變化，是怎樣一步步觸發人機介面動畫的。

 

這個步步觸發，實質上是變數組（Group）的批量資料變化（DataChange）事件，引發了變數（Tag）的值更新（ValueChange）事件，最終觸發了圖元的動畫指令碼（Action）。這是一個連鎖反應。

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

二、   承上啟下的核心對象：Tag

Tag（標籤或者叫變數）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，流動的，就像血液融匯貫通。

實質上，Tag對下位機，就是一個個感應器的資料、一個個開關訊號；對上位機，就是一個個按鈕、儀錶盤、電機。

Tag在變數管理器（TagConfig）產生，在系統初始化時分配，存在於人機介面程式和網關服務的各個角落，它們的值和時間戳記在不斷的變化。

對上位機設計者，用到的是Tag的名字、Tag的資料類型；對下位機設計者，看到的是Tag的地址、Tag的長度。對變數警示和資料歸檔，需要知道Tag的時間戳記。

所有的Tag繼承於ITag介面。Tag的類型就是資料的類型，有FloatTag（浮點型）、BoolTag（邏輯型）、還有整型、字元型。不同類型對應IReaderWriter介面的ReadXXX方法。

Tag可以主動去讀（Read）寫（Write)，也可以被動的重新整理（Update），強制重新整理（Refresh）。

Tag的Read方法是調用所屬Group、最終是調用所屬IDriver的ReadXXX方法從下位機讀入資料。但Tag的主要應用情境是被動重新整理觸發ValueChanged事件，以驅動人機介面。

三、   上下位機串連的紐帶：TLV協議

前文已經闡述了網關如何通過輪詢下位機、推送批量資料給上位機。上位機需要將推送來的資料流解析為一堆變化的Tag，以驅動整個人機介面和控制邏輯。

網關和上位機之間通訊，我這裡使用了一個自訂的簡單的TLV協議（Tag-Length-Value），承載於Socket。

這個協議包括兩部分：

•  資料推送：將網關一端變化的Tag打包封裝，傳輸給用戶端；用戶端拆包，還原為一堆Tag。具體流程為：

1. 網關的DataChange事件調用SendData方法，將變化的Tag打包為HistoryData數組（包含變數ID、值、時間戳記）；
2. Socket將HistoryData數群組轉換為位元組流推送給用戶端；
3. 用戶端的ClientDriver 包含ReciveData方法，將位元組流還原為HistoryData數組並觸發用戶端DataChange事件；
4. 用戶端的DataChange事件將HistoryData數群組轉換為Tag數組，並調用Tag的Update,觸發ValueChanging和ValueChanged事件。

•  指令：用戶端主動向網關發送指令，一般用來讀、寫特定變數或一批變數，還可以查詢曆史歸檔、查詢警示等。指令格式如下：

指令碼FCTCOMMAND：包含各種命令；參數：如讀入時間段內所有歸檔資料，則需要起始時間、結束時間；讀入變數，則需要變數ID。傳回值：網關接收指令並返回資料，也是位元組流。  

    public class FCTCOMMAND    {        public const byte fctHead = 0xAB;//前序可加密，如前序不符，則不進行任何操作；用戶端Socket發送警示請求，封裝於Server        public const byte fctHdaIdRequest = 30;//按變數ID讀入曆史資料        public const byte fctHdaRequest = 31;//讀時間段內所有曆史資料        public const byte fctAlarmRequest = 32;//讀警示資料        public const byte fctOrderChange = 33;//讀訂單        public const byte fctReset = 34;//重設指令，一般用來釋放網關通訊端        public const byte fctXMLHead = 0xEE;//xml協議        public const byte fctReadSingle = 1;//讀單一變數        public const byte fctReadMultiple = 2;//讀多個變數        public const byte fctWriteSingle = 5;//寫單一變數        public const byte fctWriteMultiple = 15;//寫多個變數    }

四、   人機介面的驅動引擎：ClientService

用戶端的 ClientService與網關的DAService如出一轍：都具有相類似的結構，繼承了IDataServer, IAlarmServer，都從同一個資料庫載入驅動、組、變數、警示：

用戶端的：

public sealed class DAServer : IDataServer, IAlarmServer, IHDAServer

網關的：

public class DAService : IDataExchangeService, IDataServer, IAlarmServer

只是多了一個IHDAServer，具有查詢曆史資料的功能，而曆史資料歸檔是網關的功能。

因此，ClientService也帶有自己的驅動ClientDriver，ClientDriver也帶有自己的組ClientGroup。

注意的是，ClientDriver是上位機唯一的Driver，ClientGroup也是ClientDriver唯一的Group。這是因為上位機無需和各類型下位機打交道，與它打交道的唯一對象就是網關本身。

因此，人機介面的各類操作指令，如按按鈕、讀歸檔資料、查詢警示等，最終都反映成TLV協議指令發送給網關，並得到反饋。

而人機介面圖元的動畫，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。

五、   圖元動畫的幕後指揮：ITagReader

ITagReader介面為所有圖元組件繼承，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Variant 運算式：形如Tag1*2+Tag2*5>10。我實現了一個自訂運算式編譯器Eval,可以解析運算式文法，分離出Tag1和Tag2。這段代碼在Example-WindowHelper-BindingControl。

接著，圖元組件訂閱Tag1和Tag2的ValueChanged事件。

如果值發生變化，這個事件內部會執行SetTagReader，計算運算式的結果，並向介面發送指令。

如果Tag1*2+Tag2*5>10，此時Tag1=1,Tag2=2，滿足條件，最終會產生一個動畫指令碼：Action。這個Action可以是讓電機警示，顏色變為閃爍的紅色；也可以是點亮一盞燈，或開啟一座閥門。下文會詳細闡述。

       從網關到人機介面流程：

 

六、   下面的計劃

寫一系列文章，把架構、原理講清楚。大致如下：

• 網關層介面概述
• 上下位機通訊原理
• 如何?一個裝置驅動
• 從網關到人機介面
• 如何設計圖元
• VS外掛程式模組及原理
• 歸檔模組及檔案格式
• 如何進行功能擴充
• 組態Variant 運算式實現

github地址：https://github.com/GavinYellow/SharpSCADA。QQ群：102486275

開源純C#工控網關+組態軟體(五)從網關到人機介面