工业设备数据记录程序技术方案

技术架构设计

核心架构

采用分层架构 与事件驱动模式结合：

1. 数据采集层：负责实时数据采集

2. 数据处理层：数据清洗、缓存、持久化

3. 业务逻辑层：报警规则、数据分析

4. UI表示层：数据可视化

   graph TD
   A[设备接口] --> B(数据采集层)
   B --> C[数据处理层]
   C --> D[业务逻辑层]
   D --> E[UI表示层]

软件分层设计

1. 数据采集层

• 依赖框架：OPC UA .NET Standard / Modbus RTU
• 核心组件 ：

  • IDataCollector接口

  • DeviceDriverFactory驱动工厂

  • DataSampler定时采样器

    public interface IDataCollector
    {
    Task<DeviceData> ReadAsync(string deviceId);
    }

    public class OpcUaCollector : IDataCollector
    {
    public async Task<DeviceData> ReadAsync(string deviceId)
    {
    // OPC UA读取实现
    }
    }

2. 数据处理层

• 数据管道 ：

  public class DataPipeline
  {
      private readonly BlockingCollection<DeviceData> _buffer = new(1000);
      
      public void Enqueue(DeviceData data) => _buffer.Add(data);
      
      public void StartProcessing()
      {
          Task.Run(() => 
          {
              foreach (var data in _buffer.GetConsumingEnumerable())
              {
                  // 数据清洗
                  // 持久化存储
              }
          });
      }
  }

3. 业务逻辑层

• 报警引擎 ：

  public class AlarmEngine
  {
      private readonly List<IAlarmRule> _rules = new();
      
      public void AddRule(IAlarmRule rule) => _rules.Add(rule);
      
      public IEnumerable<AlarmEvent> CheckAlarms(DeviceData data)
      {
          return _rules.Where(r => r.Triggered(data))
                       .Select(r => new AlarmEvent(r, data));
      }
  }

4. UI表示层（WPF）

• MVVM架构 ：

  public class MainViewModel : INotifyPropertyChanged
  {
      private ObservableCollection<DeviceData> _realTimeData;
      public ObservableCollection<DeviceData> RealTimeData
      {
          get => _realTimeData;
          set => SetField(ref _realTimeData, value);
      }
      
      // 绑定命令
      public ICommand RefreshCommand { get; }
  }

通信驱动设计

通信协议支持

协议类型	适用场景	.NET库
OPC UA	现代PLC设备	OPCFoundation.NetStandard.Opc.Ua
Modbus TCP	通用设备	NModbus
RS232/485	传统设备	System.IO.Ports

驱动配置示例

<DeviceConfig>
    <Device Id="Press001" Protocol="OPCUA" Endpoint="opc.tcp://192.168.1.10"/>
    <Device Id="TempSensor01" Protocol="ModbusTCP" IP="192.168.1.20" Port="502"/>
</DeviceConfig>

UI界面设计

核心界面组件

1. 实时监控仪表盘 ：

   • 使用LiveCharts库实现动态曲线
   • 自定义控件显示设备状态灯

2. 历史数据查询 ：

   • 时间范围选择器
   • 多维度数据筛选

3. 报警管理面板 ：

   • 报警级别过滤（紧急/警告/提示）
   • 确认/清除操作
   <Grid> <lvc:CartesianChart Series="{Binding SeriesCollection}"> <lvc:CartesianChart.AxisX> <lvc:Axis LabelFormatter="{Binding DateTimeFormatter}"/> </lvc:CartesianChart.AxisX> </lvc:CartesianChart> </Grid>

性能优化策略

关键技术点

1. 数据采样优化 ：
   • 动态采样率调整：$$ T_s = \frac{T_{base}}{log_2(N+1)} $$
2. 内存管理 ：
   • 使用环形缓冲区：CircularBuffer<DeviceData>
3. 数据库优化 ：
   • 分表存储：按设备ID哈希分表
   • 批量写入：每500ms批量提交

学习曲线评估

技术栈掌握路径

graph LR
    A[WPF基础] --> B[MVVM模式]
    B --> C[数据绑定进阶]
    C --> D[异步编程]
    D --> E[OPC UA协议]
    E --> F[性能优化]

推荐学习资源

1. WPF进阶 ：
   • 《WPF企业级应用开发实战》
   • MSDN线程模型文档
2. 工业通信 ：
   • OPC UA规范文档
   • Modbus协议白皮书

示例代码结构

IndustrialRecorder/
├── Core/
│   ├── DataModels/        # 数据模型
│   ├── Services/          # 核心服务
│   └── Utilities/         # 工具类
├── Drivers/
│   ├── OpcUa/             # OPC驱动
│   └── Modbus/            # Modbus驱动
├── UI/
│   ├── Views/             # 视图组件
│   ├── ViewModels/        # 视图模型
│   └── Converters/        # 值转换器
└── Database/
    ├── Migrations/        # 数据库迁移
    └── Repositories/      # 仓储实现

此方案通过分层解耦实现高扩展性，采用异步管道保证数据处理性能，建议使用SQLite作为本地存储，SQL Server用于集中式部署。对于超高频数据采集（>1000点/秒），可考虑增加Apache Kafka作为消息中间件。