[C#/.NET] C# 轻量级工业通信：基于 HslCommunication 实现配置驱动的 PLC 数据采集

在工业自动化领域，上位机软件常常需要对接多种品牌、多种协议的 PLC 设备。传统做法是为每台设备硬编码通信参数和数据解析逻辑，一旦设备增减或配置变更，就需要重新编译并发布程序，维护成本高且灵活性差。那么，是否存在一种方式，能让设备接入变得像“搭积木”一样简单呢？

本文将介绍一种基于成熟的 HslCommunication 通信库，通过 XML 配置文件来驱动设备连接与数据采集的方案，它能让 PLC 接入变得可配置、可扩展，甚至可视化。

项目介绍

这是一个开源的 C# 类库，专注于工业设备（尤其是 PLC）的配置管理与数据读取。其设计理念并非重复造轮子，而是深度整合 HslCommunication.dll 的强大通信能力，将设备类型、IP 地址、寄存器地址、数据解析规则等信息抽象为结构化的 XML 配置。

开发者只需维护一份配置文件，即可动态加载任意数量的设备节点，并自动启动数据轮询、解析与分发服务。

项目功能

1、支持多层级设备组织

通过 NodeClass 可以构建“工厂-车间-设备”的树形逻辑结构，便于管理复杂的现场设备层级。

2、灵活的设备配置

支持 Modbus TCP、西门子 S7、三菱 MC 等主流工业协议，并可配置 IP、端口、站号、字节序等关键参数。

3、自定义数据解析规则

通过 RegularNode 可以定义数据块中各字段的名称、偏移量、数据类型（如温度、转速、开关量），从而实现原始字节到具体业务对象的精确映射。

4、内置服务器能力

启动服务后，系统会自动按照预设的 CaptureInterval 间隔轮询设备，并将解析后的数据以 JSON 格式提供给客户端。

5、多后端集成示例

除基础的 SampleServer 外，项目还提供了将数据持久化到 Redis，以及将数据发布为 OPC UA 服务等高级集成场景的示例。

项目说明

这是一个设备及节点配置类库，基于 HslCommunication.dll 深度整合创建，用于实现对 PLC 配置信息的存储、加载和解析，同时支持可配置化的 PLC 数据读取与结果展示。

主要提供的服务器示例如下：

SampleServer

这是一个简单的控制台应用程序，演示了如何启动一个核心服务器。你可以基于此示例，轻松迁移到 WinForm 或 WPF 应用程序中。

RedisServer

此示例演示了如何创建一个服务器，并将读取到的所有数据存入 Redis 中。详细说明见下文。

OpcUaServer

由于 OPC UA 在工业控制领域应用广泛，此处也集成了该示例，采用了最新 1.4.354.0 版本的库实现。主要难点在于数据解析与节点创建，具体可参照下文说明。

可以通过 NuGet 安装核心库：

Install-Package SharpNodeSettings

如何使用

服务器和客户端的构建都围绕一个核心的 XML 配置文件展开。

一个典型的 XML 配置内容示例如下：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<Settings>
  <NodeClass Name="Devices" Description="所有的设备的集合对象">
    <NodeClass Name="分厂一" Description="">
      <NodeClass Name="车间一" Description="">
        <DeviceNode Name="测试空设备" Description="此设备安装在角落，编号0001" DeviceType="0" ConnectTimeOut="2000" CreateTime="2018/8/12 9:26:27" InstallationDate="2018/8/12 9:26:27">
          <DeviceRequest Name="数据请求" Description="一次完整的数据请求" Address="0" Length="10" CaptureInterval="1000" PraseRegularCode="B" />
        </DeviceNode>
      </NodeClass>
      <NodeClass Name="车间二" Description="">
        <DeviceNode Name="ModbusTcp客户端" Description="这是描述" DeviceType="10" ConnectTimeOut="1000" CreateTime="2018/8/9 19:58:49" InstallationDate="2018/8/9 19:58:49" IpAddress="127.0.0.1" Port="502" Station="1" IsAddressStartWithZero="true" IsWordReverse="false" IsStringReverse="false">
          <DeviceRequest Name="数据请求" Description="一次完整的数据请求" Address="0" Length="30" CaptureInterval="1000" PraseRegularCode="ABCD" />
        </DeviceNode>
      </NodeClass>
    </NodeClass>
    <NodeClass Name="分厂二" Description="位于西南方">
      <NodeClass Name="车间三" Description="">
        <DeviceNode Name="测试设备二" Description="这是测试设备二的描述" DeviceType="10" ConnectTimeOut="1000" CreateTime="2018/8/10 23:01:28" InstallationDate="2018/8/10 23:01:28" IpAddress="127.0.0.1" Port="502" Station="1" IsAddressStartWithZero="true" IsWordReverse="false" IsStringReverse="false">
          <DeviceRequest Name="数据请求" Description="一次完整的数据请求" Address="100" Length="10" CaptureInterval="500" PraseRegularCode="B" />
        </DeviceNode>
      </NodeClass>
    </NodeClass>
  </NodeClass>
  <NodeClass Name="Server" Description="所有挂载的服务器">
    <ServerNode Name="异形服务器" Description="这是一个异形服务器" CreateTime="2018/8/8 13:29:30" Port="1234" ServerType="2" Password="" />
  </NodeClass>
  <NodeClass Name="Regular" Description="所有的解析规则的信息">
    <RegularNode Name="ABCD" Description="">
      <RegularItemNode Name="温度" Description="" Index="0" TypeCode="3" TypeLength="1" />
      <RegularItemNode Name="风俗" Description="" Index="2" TypeCode="9" TypeLength="1" />
      <RegularItemNode Name="转速" Description="" Index="14" TypeCode="9" TypeLength="1" />
      <RegularItemNode Name="机器人关节" Description="" Index="18" TypeCode="9" TypeLength="6" />
      <RegularItemNode Name="cvsdf" Description="" Index="42" TypeCode="9" TypeLength="1" />
      <RegularItemNode Name="条码" Description="条码信息" Index="6" TypeCode="11" TypeLength="8" />
      <RegularItemNode Name="开关量" Description="设备的开关量信息" Index="368" TypeCode="1" TypeLength="8" />
    </RegularNode>
    <RegularNode Name="B" Description="">
      <RegularItemNode Name="温度" Description="" Index="0" TypeCode="3" TypeLength="1" />
      <RegularItemNode Name="压力" Description="" Index="2" TypeCode="3" TypeLength="1" />
    </RegularNode>
  </NodeClass>
</Settings>

只要创建好这个 XML 配置文件，就可以通过调用 SharpNodeServer 来创建服务器应用。它会自动解析配置、生成节点信息，并根据配置内容自动请求设备数据并更新。

创建服务器的核心代码非常简单：

SharpNodeServer sharpNodeServer = new SharpNodeServer();
sharpNodeServer.LoadByXmlFile("settings.xml");
sharpNodeServer.ServerStart(12345);

整个过程主要包含三个步骤：实例化服务器对象、加载 XML 配置文件、启动服务器。请注意：加载配置的操作必须在启动服务器之前完成。

如何查看服务器的数据？

项目内置了一个默认的 SimplifyNet 服务器。更多底层细节可参考相关技术博客。

同时，基于 NetSimplifyClient 实现了一个通用的数据节点查看器，只需指定服务器的 IP 地址和端口即可连接：

SharpNodeSettings.View.FormNodeView form = new SharpNodeSettings.View.FormNodeView("127.0.0.1", 12345);
form.ShowDialog();

如果想访问单个数据点，也可以使用 NetSimplifyClient 的 Demo 工具进行测试。注意：此处请求返回的数据均为序列化后的 JSON 字符串。

手动编写如此复杂的 XML 结构显然是低效且容易出错的。因此，本库贴心地提供了一个可视化的配置工具，可以通过以下代码打开配置窗口：

Form nodeSettings = new SharpNodeSettings.View.FormNodeSetting("settings.xml");
nodeSettings.ShowDialog();

上述代码将打开配置窗口，并加载当前目录下的 settings.xml 文件。

你还可以使用另一种方式，以获取用户配置完成后的 XML 数据，这非常适用于远程配置等场景：

using (SharpNodeSettings.View.FormNodeSetting form = new SharpNodeSettings.View.FormNodeSetting(XElement.Load("settings.xml")))
{
    if (form.ShowDialog() == DialogResult.OK)
    {
        // 配置好的数据信息，在这种方式下可以实现远程配置操作
        XElement xElement = form.XmlSettings;
        MessageBox.Show("success");
    }
    else
    {
        MessageBox.Show("failed");
    }
}

在实际开发中，如果你不需要完整的树形结构配置功能，而只是想实现单个 PLC 设备信息的可配置化，也可以通过本组件轻松实现：

SharpNodeSettings.View.FormSelectDevice selectDevice = new View.FormSelectDevice();
if (selectDevice.ShowDialog() == DialogResult.OK)
{
    XElement xmlDevice = selectDevice.DeviceXml;
    // 设备配置对象可用于存储、网络传输等操作
    // 通过 XML 信息创建设备核心对象
    SharpNodeSettings.Device.DeviceCore deviceCore = SharpNodeSettings.Util.CreateFromXElement(xmlDevice);
    // 示例：读取数据（注意：同类型 PLC 使用方便，不同类型 PLC 地址模型差异较大）
    HslCommunication.OperateResult<short> read = deviceCore.ReadWriteDevice.ReadInt16("D100");
}

快速开始

按照以下步骤，你可以快速体验本项目的核心功能：

1. 准备真实或模拟设备

• 真实设备：准备一台西门子 PLC、三菱 PLC、欧姆龙 PLC 或标准的 Modbus TCP 设备。
• 模拟设备：如果没有真实设备，可以下载 Modbus 服务器模拟软件（如 ModbusTcpServer.zip），启动后即可模拟一个 Modbus TCP 从站。

2. 配置 XML 信息 进入项目目录下的 \SharpNodeSettings\XmlFile 文件夹，运行 SharpNodeSettings.Tools.exe 进行可视化配置。目录内已包含部分示例配置，如果仅想快速体验，也可暂时跳过此步骤。

3. 运行 SampleServer 重新生成并运行 SampleServer 项目。 如需查看实时数据，可以同时启动 SharpNodeSettings.NodeView 项目进行连接查看。

4. 运行 RedisServer

• 需要先安装 Redis 服务器（Windows 版下载地址）。
• 推荐搭配可视化工具 RedisDesktopManager 查看数据。
• 重新生成并运行 SharpNodeSettings.RedisServer 项目。SharpNodeSettings.NodeView 仍可用于查看实时数据。

5. 运行 OpcUaServer 重新生成并运行 SharpNodeSettings.OpcUaServer 项目。启动时若提示“是否增加信任证书”，请选择“是”。 随后，可启动 OPC UA Client 示例项目，连接到此服务器查看节点数据。

项目源码

项目已在 Gitee 上开源：

• Gitee：https://gitee.com/yuzhengshan/SharpNodeSettings

总结

本项目并非一个大而全的工业物联网平台，而是一个精准解决“PLC 配置管理”痛点的轻量级工具库。它将复杂的底层通信细节封装起来，同时将灵活的配置能力交还给开发者。对于中小型工控项目、快速原型开发或需要频繁变更设备接入的场景，它能显著提升开发效率和系统的可维护性。如果你正在使用 HslCommunication 进行上位机开发，不妨尝试用本库来管理你的设备列表——或许你会发现，接入十台不同协议的 PLC，真的只需要修改一个 XML 配置文件。当然，如果项目需要更复杂的服务治理和集成架构，也可以考虑将其作为数据采集层，与更上层的 微服务 或数据中台进行对接。