C# 工业设备数据采集与监控系统开发

前言

随着工业自动化的不断推进，设备数据采集与监控系统在生产管理、设备维护和生产效率提升方面扮演着越来越重要的角色。本文将介绍如何使用C#开发一个工业设备数据采集与监控系统，通过实现设备状态监控、实时数据采集和报警管理等功能，为企业提供数据化管理支持。

一、系统架构

开发工业设备数据采集与监控系统时，我们通常会采用分层架构，确保系统的可扩展性、可维护性和稳定性。系统的主要模块包括：

1、数据采集模块：负责从工业设备中获取实时数据。

2、数据存储模块：将采集的数据存储到数据库中，支持历史数据查询。

3、数据处理模块：对采集的数据进行处理与分析，提供实时监控和报警。

4、用户界面模块：通过图形化界面展示设备状态和报警信息，便于操作员查看。

我们将使用C#作为开发语言，结合常见的数据库（如SQL Server）和通讯协议（如Modbus、OPC等），实现一个完整的工业设备数据采集与监控系统。

二、数据采集模块

在工业环境中，设备通过不同的通讯协议（如Modbus RTU、Modbus TCP、OPC等）与计算机进行数据交换。

C#支持通过多种方法与设备进行通讯。对于大多数工业设备，Modbus协议是一种常见的选择。

1、使用Modbus协议进行数据采集

通过Modbus协议，C#可以实现与设备的通讯。常见的操作包括读取设备的寄存器数据和写入控制命令。我们可以使用开源库，如NModbus，来简化Modbus协议的实现。

安装NModbus库

通过NuGet包管理器安装NModbus：

Install-Package NModbus

示例代码：读取Modbus数据

using System;
using System.Net.Sockets;
using Modbus.Device;

class ModbusClient
{
    private ModbusTcpClient modbusTcpClient;
    private TcpClient tcpClient;

    public ModbusClient(string ip, int port)
    {
        tcpClient = new TcpClient(ip, port);
        modbusTcpClient = ModbusTcpClient.CreateTcpClient(tcpClient);
    }

    public void ReadData(ushort startAddress, ushort numOfPoints)
    {
        try
        {
            // 从设备读取寄存器数据
            ushort[] data = modbusTcpClient.ReadHoldingRegisters(startAddress, numOfPoints);
            foreach (var item in data)
            {
                Console.WriteLine("Data: " + item);
            }
        }
        catch (Exception ex)
        {
            Console.WriteLine("Error: " + ex.Message);
        }
    }

    public void Close()
    {
        tcpClient.Close();
    }
}

上述代码示例展示了如何通过Modbus TCP协议与设备通讯并读取数据。你可以根据实际设备的寄存器配置调整地址和点数。

2、采集其他设备数据

对于一些支持OPC的设备，你可以使用OPC标准来进行数据采集。C#也有多个OPC客户端库可以选择，如OPC Foundation提供的OPC客户端库。不同设备的协议可能有所不同，开发时需根据具体设备的通讯协议来实现数据采集。

三、数据存储模块

采集到的设备数据需要存储到数据库中，以便后续查询和分析。常见的数据库有SQL Server、MySQL等。在此，我们以SQL Server为例，展示如何使用C#进行数据库操作。

1、数据库设计

首先，我们需要设计数据库表格来存储采集的数据。以设备的温度和湿度数据为例，可以创建如下表格：

CREATE TABLE DeviceData
(
    Id INT PRIMARY KEY IDENTITY,
    DeviceId INT,
    Timestamp DATETIME,
    Temperature FLOAT,
    Humidity FLOAT
)

2、数据存储操作

C#中使用ADO.NET进行数据库连接和操作。

以下是一个将采集到的数据插入数据库的示例：

using System;
using System.Data.SqlClient;

class DatabaseHandler
{
    private string connectionString;

    public DatabaseHandler(string connectionString)
    {
        this.connectionString = connectionString;
    }

    public void InsertDeviceData(int deviceId, DateTime timestamp, float temperature, float humidity)
    {
        using (SqlConnection connection = new SqlConnection(connectionString))
        {
            connection.Open();

            string query = "INSERT INTO DeviceData (DeviceId, Timestamp, Temperature, Humidity) VALUES (@DeviceId, @Timestamp, @Temperature, @Humidity)";

            using (SqlCommand command = new SqlCommand(query, connection))
            {
                command.Parameters.AddWithValue("@DeviceId", deviceId);
                command.Parameters.AddWithValue("@Timestamp", timestamp);
                command.Parameters.AddWithValue("@Temperature", temperature);
                command.Parameters.AddWithValue("@Humidity", humidity);

                command.ExecuteNonQuery();
            }
        }
    }
}

通过InsertDeviceData方法，可以将设备数据插入到数据库中的DeviceData表。

四、数据处理与报警模块

数据处理模块主要用于监控设备状态、分析数据并触发报警。

例如，可以设置设备的温度阈值，超过该阈值时发出报警信号。

1、实时数据监控与报警

实时监控数据可以通过定时任务（如Timer）来实现。通过不断轮询设备数据，检查是否满足报警条件。

using System;
using System.Timers;

class Monitor
{
    private Timer timer;
    private DatabaseHandler dbHandler;
    private ModbusClient modbusClient;

    public Monitor(string dbConnectionString, string modbusIp)
    {
        dbHandler = new DatabaseHandler(dbConnectionString);
        modbusClient = new ModbusClient(modbusIp, 502);

        timer = new Timer(5000); // 每5秒钟读取一次数据
        timer.Elapsed += OnTimedEvent;
        timer.Start();
    }

    private void OnTimedEvent(object source, ElapsedEventArgs e)
    {
        // 模拟读取设备数据
        modbusClient.ReadData(0, 2);  // 读取设备寄存器数据

        // 获取实时温度与湿度数据
        float temperature = 30.5f; // 示例数据
        float humidity = 60.0f;    // 示例数据

        // 判断是否超过阈值，触发报警
        if (temperature > 35.0f)
        {
            Console.WriteLine("报警：设备温度过高！");
        }

        // 将数据存储到数据库
        dbHandler.InsertDeviceData(1, DateTime.Now, temperature, humidity);
    }

    public void Stop()
    {
        timer.Stop();
        modbusClient.Close();
    }
}

上述代码通过定时任务每5秒钟读取设备数据，如果数据超过预设阈值（如温度超过35℃），则触发报警。

五、用户界面模块

C#常用的图形界面开发工具是WinForm 或 WPF。在这个模块中，我们将展示如何使用WinForm实现一个简单的设备监控界面，显示设备的实时数据和报警信息。

1、创建Windows Forms应用

在Visual Studio中创建一个Windows Forms应用，并添加以下控件：

• 一个DataGridView用于显示设备数据。

• 一个Button用于开始监控。

• 一个Label用于显示报警信息。

2、示例代码：显示设备数据

using System;
using System.Windows.Forms;

public partial class MainForm : Form
{
    private Monitor monitor;

    public MainForm()
    {
        InitializeComponent();
        monitor = new Monitor("your-connection-string", "192.168.1.100");
    }

    private void btnStartMonitoring_Click(object sender, EventArgs e)
    {
        monitor.Start();
    }

    private void btnStopMonitoring_Click(object sender, EventArgs e)
    {
        monitor.Stop();
    }
}

通过StartMonitoring按钮开始实时数据监控，通过StopMonitoring按钮停止监控。

六、总结

本文介绍了如何使用C#开发一个工业设备数据采集与监控系统，涵盖了数据采集、存储、处理与报警等核心功能。通过结合Modbus协议、SQL Server数据库以及WinForm界面，开发人员可以实现一个完整的设备监控解决方案。希望本文对大家在开发类似项目时提供一些参考与帮助。

关键词

C#、工业设备、数据采集、监控系统、Modbus、通讯协议、WinForm

最后

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作者：小码编匠

出处：blog.csdn.net/m0_38141444/article/details/145533468

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