

WinForm 下基于策略与工厂模式的 PLC 数据采集与监控系统

跨境电商创业日记

2025-10-22

导读：推荐一个PLC数据采集与监控系统。

前言

工业自动化领域，PLC（可编程逻辑控制器）作为核心控制设备，其运行数据的实时采集与监控对生产效率、设备维护和能源管理至关重要。传统PLC数据采集系统常面临扩展性差、维护成本高、代码耦合度高等问题。

今天推荐一个PLC数据采集与监控系统，通过重构架构，采用策略模式与工厂模式，结合开闭原则（OCP），实现了高扩展性、低耦合的模块化设计，支持动态添加轴位置、动作流、水电用量等多样化数据类型，并支持自定义消息与异常处理。

项目介绍

1、功能目标

轴位置数据：机械臂或传动设备的实时位置与运动状态。

动作流数据：设备执行动作的序列与时间戳。

水电用量数据：生产过程中的能源消耗统计。

自定义消息：支持用户定义报警、日志等非标准数据类型。

2、架构重构目标

原系统采用硬编码方式实现数据采集，新增数据类型需修改核心代码，违反开闭原则。

重构后的架构需满足：

扩展性：新增数据类型无需修改现有代码。
可维护性：模块化设计降低耦合度，便于独立测试与调试。
性能优化：异步采集、并发控制与内存管理。

项目架构

策略模式与工厂模式的融合

1、核心组件

系统通过四层核心组件实现数据采集与管理的解耦：

组件	职责
IDataCollector	定义数据采集器的标准接口，包括数据读取、模型转换等方法。
BaseDataCollector	抽象基类，封装通用逻辑（如地址解析、错误处理），提供模板方法供子类实现。
DataCollectorFactory	工厂类，根据数据类型动态创建采集器实例。
DataCollectionManager	管理器，协调采集器生命周期、状态监控与并发控制。

2、类图与继承关系

IDataCollector
    ↑
BaseDataCollector<TData, TAddress, TDataModel>
    ↑
├── AxisPositionDataCollector  // 轴位置采集器
├── IODataCollector             // 输入输出信号采集器
├── AlarmDataCollector          // 报警信息采集器
└── EnergyDataCollector         // 能源数据采集器（示例扩展）

3、关键设计模式

策略模式：通过BaseDataCollector的抽象方法（如ReadDataFromDeviceAsync）定义采集策略，子类实现具体逻辑。

工厂模式：DataCollectorFactory根据数据类型名称（如"Temperature"）创建对应采集器，隐藏复杂初始化过程。

开闭原则：新增数据类型时，仅需扩展子类与注册工厂，无需修改现有代码。

项目说明

新增数据类型的实现步骤

以温度数据采集器为例，演示如何扩展系统功能：

1、创建数据模型

[SplitTable(SplitType.Day)]
[SugarTable("{year}{month}{day}_温度数据")]
internal class TemperatureDataModel : BasePlcDataModel
{
    public string TemperatureName { get => Name; set => Name = value; }
    public float TemperatureValue 
    { 
        get => BitConverter.ToSingle(BitConverter.GetBytes(Value), 0); 
        set => Value = BitConverter.ToInt32(BitConverter.GetBytes(value), 0); 
    }
}

注解说明：

SplitTable：按天分表存储数据。

SugarTable：定义数据库表名格式。

2、创建地址模型（可选）

[SqlSugar.SugarTable("Temperature")]
internal class TemperatureAddressModel : BaseAddressModel
{
    // 定义温度传感器的PLC地址映射
}

3、实现数据采集器

public classTemperatureDataCollector : BaseDataCollector<float, TemperatureAddressModel, TemperatureDataModel>
{
    publicoverridestring DataTypeName => "温度数据";

    protected override ObservableArray<float> CreateDataArray(int size)
    {
        returnnew ObservableArray<float>(size);
    }

    protectedoverrideasync Task<DataReadResult<float[]>> ReadDataFromDeviceAsync()
    {
        // 调用PLC SDK读取浮点数数组
        var result = await _device.ReadFloatAsync(_addressList[0].Address, (ushort)_addressList.Count);
        // 返回结果处理（如异常捕获、数据校验）
    }

    protected override TemperatureDataModel CreateDataModel(int index, float value)
    {
        returnnew TemperatureDataModel
        {
            SamplingTime = DateTime.Now,
            TemperatureValue = value,
            Address = _addressList[index].Address,
            TemperatureName = _addressList[index].Name
        };
    }
}

4、注册采集器

// 静态注册（应用启动时）
DataCollectorFactory.RegisterCollector("Temperature", () => new TemperatureDataCollector());
 
// 动态注册（运行时）
await PLCDataExchange.AddDataCollectorAsync("Temperature");

项目效果

系统稳定性也提升了，各个采集器之间互不影响，某个采集器出错不会导致整个系统崩溃。

PLC数据采集与监控系统

设置PLC

报警查询

获取连接地址

项目源码

Gitee：https://gitee.com/WoShangZaoBa1314/universal-version-log-pc

总结

本文介绍的PLC数据采集与监控系统通过策略模式与工厂模式的重构，实现了高扩展性、低耦合的模块化架构。开发仅需遵循四步流程（定义模型、实现采集器、注册工厂、动态管理），即可快速扩展系统支持的数据类型。该设计不仅符合SOLID原则，还通过异步编程、并发控制等手段优化了性能，为工业互联网场景提供了可靠、灵活的数据采集解决方案。