在工業自動化領域,上位機系統作為連接操作人員與底層設備的橋梁,其穩定性、實時性與可維護性至關重要。本文介紹一套基于MVVM Light框架,采用C#和WPF技術開發的上位機系統。該系統核心功能是實現與西門子PLC的穩定通訊,并在此基礎上,構建了一個集實時報警顯示、趨勢圖可視化、生產數據自動存儲、伺服控制以及手動I/O操作于一體的綜合監控平臺,其數據處理和存儲由專門的后臺服務支持。
本系統采用經典的MVVM(Model-View-ViewModel)設計模式,并借助MVVM Light工具包進行高效開發。該框架的優勢在本項目中體現得淋漓盡致:
Messenger組件簡化了ViewModel之間、以及與服務層之間的松耦合通信,例如,當通訊服務接收到新報警時,可以通過消息通知報警顯示模塊。系統整體分為多層:
通訊是系統的基石。我們采用西門子提供的S7.Net等開源庫或西門子官方驅動,通過工業以太網(如Profinet)或 MPI/DP 與PLC建立連接。在服務層封裝一個PlcCommunicationService,該服務負責:
- 周期性地從PLC的DB塊、M區、I/O區讀取數據(如傳感器數值、設備狀態)。
- 將上位機的控制指令(如伺服目標位置、手動I/O信號)寫入PLC。
- 保持連接的心跳檢測與斷線重連機制,確保通訊可靠性。
該服務作為單例運行,并通過MVVM Light的IoC容器或依賴注入提供給需要的ViewModel使用。
報警管理模塊持續監控從PLC讀取的關鍵狀態字和變量值。
AlarmService中定義報警規則(如上限、下限、跳變),當PLC數據滿足條件時,觸發報警。Messenger發送到報警顯示的ViewModel。該ViewModel將報警信息添加到ObservableCollection<Alarm>集合中,并綁定到WPF界面的DataGrid或列表控件,實現自動更新。利用WPF強大的圖形功能或第三方圖表控件(如LiveCharts、OxyPlot)。
PlcCommunicationService獲取的實時數據流,或從歷史數據庫查詢的數據。為確保數據不丟失并支持后續分析,系統設有獨立的數據存儲服務DataStorageService。
這是系統與控制系統的交互接口。
PlcCommunicationService將設定值安全寫入PLC對應的控制地址,由PLC完成閉環控制。這是一個貫穿所有模塊的后臺支撐服務。它可能包括:
- 統一數據總線:對來自PLC的原始數據進行解析、校準和格式轉換,供其他模塊消費。
- 緩存管理:對高頻實時數據進行緩存,平衡數據庫讀寫壓力。
- 歷史數據管理:定期歸檔和清理歷史數據,提供高效的歷史查詢API。
- 日志服務:記錄系統運行日志、用戶操作日志,便于故障排查與審計。
該服務通常以Windows服務或后臺線程的形式運行,確保系統主要功能的流暢性不受數據存取影響。
本系統通過MVVM Light框架,構建了一個結構清晰、易于擴展和維護的WPF上位機應用。它成功整合了與西門子PLC的實時通訊、多維度數據可視化(報警、趨勢)、可靠的數據持久化以及直接的控制干預能力。這種架構不僅提升了開發效率,其松耦合的特性也使得未來添加新功能(如連接其他品牌PLC、增加報表模塊)或修改現有模塊變得更為簡便,具有良好的工業應用價值。
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更新時間:2026-01-07 08:19:42
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