WPF边缘网关开发实战：低代码配置PLC数据采集与HTTP上报方案

在工业自动化领域，设备数据的可靠采集、处理与上报是构建智能监控系统的基石。面对不同品牌PLC、多样化的通信协议、较高的开发门槛以及复杂的部署环境，开发者常常感到无从下手。是否存在一种工具，能够通过图形化界面轻松配置设备连接，灵活定义数据处理逻辑，并将结果稳定地推送至远程服务器？

本文将详细介绍一个基于WPF的轻量级工业边缘网关项目。它是一个面向工业边缘场景、可配置化的数据采集与转发平台，旨在解决上述痛点。

项目简介

DCS是一个运行在Windows环境下的边缘网关软件，核心功能是连接本地PLC设备（如西门子S7系列）。它通过可视化界面配置设备、数据点位（Tag）和触发流程，并将按条件采集到的数据上报至指定的HTTP服务器。

系统采用模块化设计，核心逻辑与操作系统界面解耦，支持通过标准的JSON配置文件来管理整个项目结构。这种设计使其非常适合部署在局域网内的工控机或边缘服务器上，充当可靠的数据“中转站”。

核心功能

• 设备连接管理：支持基于HSL库的S7协议设备接入，Modbus和OPC UA协议支持正在开发中。
• Tag点位配置：以树形结构组织设备、组与节点，支持无限嵌套分组，节点为最终的数据采集点。
• 条件触发流程：定时轮询Tag数值，当满足预设条件（例如数值在10–20之间）时，自动触发HTTP请求。
• 数据上报机制：将任务上下文中所有相关节点的值打包成字典，通过HTTP POST请求发送给远程服务器。
• 多模式日志：支持文件日志和数据库日志两种模式，便于系统调试与运行审计。
• HTTP服务扩展：内置HTTP服务接口，允许外部程序远程读取或写入Tag值，实现双向通信与控制。
• 跨节点协同：通过“附加Tag”和“附加回写”机制，可以灵活引用其他分组的数据，增强了流程编排的灵活性。

项目特点

1. 配置驱动与低代码：最大特点是无需编写代码。用户只需在UI界面中创建设备、定义Tag、设置触发条件，即可完成一套完整的数据采集与上报逻辑。
2. 逻辑清晰，易于管理：“宿主节点”的概念清晰界定了任务的上下文范围。所有配置以JSON格式存储，便于进行版本管理和批量部署，这与其他后端 & 架构项目中的配置管理思想相通。
3. 轻量专注：不追求大而全的复杂平台，而是牢牢聚焦于“可靠采集 + 按需上报”这一工业边缘核心场景，确保解决方案的简洁与高效。

系统架构说明

软件整体分为四大模块：

• Core：核心运行引擎，包含设备通信、任务调度、条件判断等所有业务逻辑，与UI层完全解耦。
• UI：基于WPF实现的界面层，提供设备管理、Tag配置、任务编辑等可视化交互功能，是前端 & 移动技术在工业桌面应用上的体现。
• Device：设备驱动层，目前已集成HSL库的S7通信实现。
• Server：服务扩展层，当前提供了HTTP服务，未来计划加入OPC UA服务器。

项目底层依赖HSL（High-Speed Library）进行高性能S7通信，使用NLog组件记录日志，配置文件采用清晰易读的标准JSON格式。

界面与功能速览

程序主界面布局直观，主要分为四大功能区：

1. 设备连接：用于配置PLC等现场设备的通信参数。支持添加多个设备，并在设备下以树形结构无限嵌套组（Group）和节点（Tag）。
2. 日志：配置日志输出方式，支持文件日志和数据库日志，可设置日志级别、存储路径等。
3. 服务：扩展服务模块，当前已实现HTTP服务，可通过API远程读写Tag值，便于外部系统集成。
4. 定时任务：定义数据采集与处理流程的核心区域。可设置定时轮询指定Tag，并根据条件触发HTTP上报动作。

快速配置指南

1. 创建新项目

点击菜单栏【文件】→【创建】，系统会自动生成初始项目，包含默认的文件日志和HTTP读写服务。

2. 添加设备与Tag

展开“设备连接”节点，点击【添加设备】并选择类型（如test）。在设备下右键选择【新建组】创建分组，在目标组下通过右键【模板】→【创建开工】快速生成一组预设Tag。

3. 配置定时任务

在“定时任务”节点上右键，选择【模板】→【创建开工】，即可生成一个默认任务。该任务会定时轮询其“宿主节点”下的所有一级子节点，并根据每个节点设定的判断条件顺序触发逻辑。

4. 理解“宿主节点”概念

宿主节点是每个定时任务的上下文作用域。触发条件、回写操作默认只能引用该宿主节点下的Tag。如需跨组引用数据，需使用以下扩展机制：

• 附加 Tag：将其他组的Tag值加入HTTP请求参数。
• 附加触发条件：组合其他组的Tag值进行联合判断。
• 附加回写设置：支持从HTTP响应中提取值，或直接读取其他Tag的值回写到设备。
  

5. 测试HTTP上报

可以运行一个简易的HTTP测试服务器（项目中的test/WebTest目录提供了示例）。示例代码结构清晰，便于对接测试。

6. 启动与验证

保存配置文件后，点击【启动】按钮。打开【工具】→【节点监视器】，在PLC的对应标志位输入模拟值（如10），即可观察触发效果。

所有宿主节点下的一级子节点值会被封装进paramDic参数字典中。如果Tag设置了“参数名称”，该名称将作为键出现在请求体中。

核心代码片段

以下展示了项目中类型转换与值处理的部分核心逻辑：

static S7ValueConvert(){
    var basetype = typeof(BaseTypeDefine);
    TypeDic = basetype.Assembly.GetTypes().Where(g => basetype.IsAssignableFrom(g))
        .Where(g => !g.IsAbstract)
        .Select(g => (BaseTypeDefine)Activator.CreateInstance(g)!)
        .ToDictionary(g => g.ValueType);
}

public bool CanConvertType(SystemValueTypeEnum source, object param, BaseTagConfig systemConfig, out string err){
    err = null;
    var totype = ConvertDefaultType(param, null, systemConfig);
    if (totype != source)
        err = $"无法转换 [{param}]-->[{source}] 失败";
    return err == null;
}

public object Convert2Device(object source, NodeRelationship param, BaseTagConfig systemConfig){
    var deviceConfig = param.NodeInfo.Get<S7TagConfig>(NodeInfoDefine.CONNECT_OTHER_TAG_CONFIG);
    if (!TypeDic.TryGetValue(deviceConfig.DeviceValueType, out var typeHandler))
        throw new Exception($"[{deviceConfig.DeviceValueType}]未支持");
    return typeHandler.Convert2DeviceValue(source, systemConfig);
}

项目源码与总结

该项目采用C#与WPF开发，结构清晰，核心逻辑集中在Core层，便于理解和二次开发。其设计思路成熟，适用于需要快速部署的工业现场环境。

DCS并非一个通用的工业物联网云平台，而是一个专注、务实、可快速落地的边缘侧工具。它没有复杂的云原生架构，也不强调AI分析，而是踏踏实实地解决了“如何将PLC数据按预设规则可靠传出”这一高频刚需。

对于自动化项目集成、产线数字化改造或工业通信学习而言，它提供了一种低成本和高效的解决方案。如果你正在为设备协议适配或灵活的数据上报逻辑而困扰，这个基于WPF的轻量级边缘网关或许是一个值得尝试的选择。