开源纯C#工控网关+组态软件(五)从网关到人机界面

一、   引子

之前都在讲网关，不少网友关注如何实现界面。想了解下位机变量变化，是怎样一步步触发人机界面动画的。

这个步步触发，实质上是变量组（Group）的批量数据变化（DataChange）事件，引发了变量（Tag）的值更新（ValueChanged）事件，最终触发了图元的动画脚本（Action）。这是一个连锁反应。

简言之，界面是一批叫Tag乘客，从网关坐TLV协议的列车，到了上位机车站下车，在ClientService这个舞台上，用各自的乐器（ITagReader）演奏了一出交响乐。

二、   承上启下的核心对象：Tag

Tag（标签或者叫变量）是整个项目的核心对象。所谓核心对象，就是它无所不在，是动态的，流动的，就像血液融汇贯通。

实质上，Tag对下位机，就是一个个传感器的数据、一个个开关信号；对上位机，就是一个个按钮、仪表盘、电机。

Tag在变量管理器（TagConfig）产生，在系统初始化时分配，存在于人机界面程序和网关服务的各个角落，它们的值和时间戳在不断的变化。

对上位机设计者，用到的是Tag的名字、Tag的数据类型；对下位机设计者，看到的是Tag的地址、Tag的长度。对变量报警和数据归档，需要知道Tag的时间戳。

所有的Tag继承于ITag接口。Tag的类型就是数据的类型，有FloatTag（浮点型）、BoolTag（逻辑型）、还有整型、字符型。不同类型Tag的读写对应IReaderWriter接口的ReadXXX/WriteXXX方法。

Tag可以主动去读（Read）写（Write)，也可以被动的刷新（Update），强制刷新（Refresh）。

Tag的Read方法是调用所属Group、最终是调用所属IDriver的ReadXXX方法从下位机读入数据。但Tag的主要应用场景是被动刷新触发ValueChanged事件，以驱动人机界面。

三、   上下位机连接的纽带：TLV协议

前文已经阐述了网关如何通过轮询下位机、推送批量数据给上位机。上位机需要将推送来的数据流解析为一堆变化的Tag，以驱动整个人机界面和控制逻辑。

网关和上位机之间通讯，我这里使用了一个自定义的简单的TLV协议（Tag-Length-Value），承载于Socket。

这个协议包括两部分：

• 数据推送：将网关一端变化的Tag打包封装，传输给客户端；客户端拆包，还原为一堆Tag。具体流程为：

1. 网关的DataChange事件调用SendData方法，将变化的Tag打包为HistoryData数组（包含变量ID、值、时间戳）；
2. Socket将HistoryData数组转换为字节流推送给客户端；
3. 客户端的ClientDriver 包含ReciveData方法，将字节流还原为HistoryData数组并触发客户端DataChange事件；
4. 客户端的DataChange事件将HistoryData数组转换为Tag数组，并调用Tag的Update,触发ValueChanging和ValueChanged事件。

• 指令：客户端主动向网关发送指令，一般用来读、写特定变量或一批变量，还可以查询历史归档、查询报警等。指令格式如下：

指令码FCTCOMMAND：包含各种命令；

参数：如读入时间段内所有归档数据，则需要起始时间、结束时间；读入变量，则需要变量ID。

返回值：网关接收指令并返回数据，也是字节流。

    public class FCTCOMMAND
    {
        public const byte fctHead = 0xAB;//报头可加密，如报头不符，则不进行任何操作；客户端Socket发送报警请求，封装于Server
        public const byte fctHdaIdRequest = ;//按变量ID读入历史数据
        public const byte fctHdaRequest = ;//读时间段内所有历史数据
        public const byte fctAlarmRequest = ;//读报警数据
        public const byte fctOrderChange = ;//读订单
        public const byte fctReset = ;//重置指令，一般用来释放网关套接字
        public const byte fctXMLHead = 0xEE;//xml协议
        public const byte fctReadSingle = ;//读单一变量
        public const byte fctReadMultiple = ;//读多个变量
        public const byte fctWriteSingle = ;//写单一变量
        public const byte fctWriteMultiple = ;//写多个变量
    }

四、   人机界面的驱动引擎：ClientService

人机界面客户端的 ClientService与网关的DAService如出一辙：都具有相类似的结构，继承了IDataServer, IAlarmServer，都从同一个数据库加载驱动、组、变量、报警：

客户端的：

public sealed class DAServer : IDataServer, IAlarmServer, IHDAServer

网关的：

public class DAService : IDataExchangeService, IDataServer, IAlarmServer

只是多了一个IHDAServer，具有查询历史数据的功能，而历史数据归档是网关的功能。

因此，ClientService也带有自己的驱动ClientDriver，ClientDriver也带有自己的组ClientGroup。

注意的是，ClientDriver是上位机唯一的Driver，ClientGroup也是ClientDriver唯一的Group。这是因为上位机无需和各类型下位机打交道，与它打交道的唯一对象就是网关本身。

因此，人机界面的各类操作指令，如按按钮、读归档数据、查询报警等，最终都反映成TLV协议指令发送给网关，并得到反馈。

而人机界面图元的动画，都是来自网关推送的Tag，触发ValueChanged事件；事件的订阅者，就是图元对应的ITagReader，图元动画的幕后指挥。

五、   图元动画的幕后指挥：ITagReader

ITagReader接口为所有图元组件继承，它的功能就是将Tag与动画绑定。先看下结构：

    public interface ITagReader : ITagLink
    {
        string TagReadText { get; set; }
        string[] GetActions();
        Action SetTagReader(string key, Delegate tagChanged);
        IList<ITagLink> Children { get; }
    }

TagReadText属性，就是与图元动画关联的变量表达式：形如Tag1*2+Tag2*5>10。我实现了一个自定义表达式编译器Eval,可以解析表达式语法，分离出Tag1和Tag2。这段代码在Example-WindowHelper-BindingControl。

接着，图元组件订阅Tag1和Tag2的ValueChanged事件。

如果值发生变化，这个事件内部会执行SetTagReader，计算表达式的结果，如满足条件，将向界面发送指令。

例如变量表达式为Tag1*2+Tag2*5>10，此时若Tag1=1,Tag2=2，满足条件，最终会触发一个动画脚本：Action。这个Action可以是让电机报警，颜色变为闪烁的红色；也可以是点亮一盏灯，或打开一座阀门。下文会详细阐述。

从网关到人机界面流程：

六、   下面的计划

写一系列帖子，把架构、原理讲清楚。大致如下：

• 网关层接口概述
• 上下位机通讯原理
• 如何实现一个设备驱动
• 从网关到人机界面
• 如何设计图元
• VS插件模块及原理
• 归档模块及文件格式
• 如何进行功能扩展
• 组态变量表达式实现

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