工業通信網關的實現
一、 工控網關是什麽
網關是物聯網和工控系統的核心組件。網關起的是承上啟下的作用。上即上位機，電腦/觸屏監控系統、MES這些；下即下位機，包括PLC、傳感器、嵌入式芯片等。
不同廠家的下位機，往往講的是不同的語言，西門子的語言叫ProfiBus,施耐德的語言叫Modbus，AB的語言叫Ethernet IP。在樓宇自控領域，又有BACnet 。。
網關要擔當溝通上、下位機的重任，它的基本功能就是翻譯，即協議轉換。管你說哪種方言，最後轉給上位機的都是普通話。
二、 如何實現軟網關：啟下
- 網關是對下位機的抽象
程序就是對客觀事物的抽象。網關如果要完整無誤的轉述各種下位機的“方言”，那一定是它能夠提取出下位機的共性。
共性的部分，抽象成接口。特性的部分，在各自的類裏實現。
最終，我認為下位機最重要的兩個共性是：可讀寫性。可連接性。
這樣就有了兩個基本接口（在Dataservice項目中）：IReaderWriter,描述讀寫性。IDriver，描述連接性。
- 接口類圖及繼承關系
IReaderWriter接口的方法，都是和讀寫有關的：讀入/寫入一個位，讀入/寫入一字節、一個整數、一個浮點數、一個字符串。
這些方法都有一個共同的參數，DeviceAddress。代表一個下位機地址。
DeviceAddresss 是一個結構體。包含區域號Area,區塊號DBNumber，起始位置Start,位號Bit。
區域包含區塊，區塊有起始地址，邏輯變量有位號。加上VarType描述數據類型（布爾型、整型、浮點型、字符型等等）,DataSize描述數據長度。
這樣的四級地址加上數據描述，足夠映射到任何一個下位機變量地址了。
IDriver 接口的方法，都是和連接有關的。Connect方法負責連接、IsClosed判斷連接是否斷開、TimeOut設置超時、OnClose事件在連接斷開時觸發。
ServerName屬性表示下位機的IP或者主機名。由這樣一些屬性、方法，就可以定義一個下位機的連接了。
也許大家會問，為什麽不把兩個接口合並為一個？
因為一定有某種只具備連接性，不具備可讀寫性，或者只有可讀寫性，並沒有可連接性的對象存在。
比如內存數據對象。因為所有下位機的地址，都是各有各的表述方式，我在A小區X棟X號，我在B小區住獨棟。
下位機的地址小區不同，門牌號不同，而且很可能是不連續的，散亂的。
要對這些亂七八糟的地址進行統一管理，就像這些來自五湖四海的客人，住到同一家大酒店。每個人從此只有一個標準化的地址：房號。
內存數據庫ICache就是對下位機地址變量的映射。映射到一個連續的內存地址空間，便於統一編號，統一管理。
對內存數據庫而言，它具有可讀寫性，但不需要可連接性。也就是只要繼承IReaderWriter。
在這個繼承圖裏，有一個抽象類專門描述PLC類型下位機的，就是IPLCDriver。
首先所有的PLC都具有可連接性，可讀寫性。因此兩個接口都繼承。
同時，PLC的地址往往表示為格式化的字符串。比如西門子地址可寫為DB3,D122.1，Modubs為30001.1。
GetDeviceAddress\GetAddress兩個方法就是對DeviceAddress 與字符串之間編碼、解碼。
PDU 是PLC的一個特殊屬性。也就是報文的數據單元。
所有的PLC如西門子、三菱、AB、Modbus都繼承於IPLCDriver 。
IFileDriver代表另一類下位機，比如來自數據庫、文件流等。它們的共性是具有文件名FileName。
在類圖裏看到一個孤零零的IMultiReadWrite ，它是做什麽的？
因為部分下位機支持批量讀寫，尤其在註重效率的場合，批量讀寫十分重要。一次讀入幾百個變量，和幾百次讀入單個變量，效率天壤之別。
因此IMultiReadWrite 要實現兩個方法，ReadMultiple（批量讀），WriteMultiple（批量寫），參數都是一個DeviceAddress 數組。
如果你的下位機支持批量讀寫，直接繼承這個接口並實現就可以了。如果讀寫時發現繼承了這個接口，系統就會自動調用更高效的方式。
三、 如何實現軟網關：承上
- 網關是對上位機變量的映射
一個能連接、能讀寫的下位機如果實現了，要想在界面顯示，必須做一件事，
就是讓下位機數據的變化，反映為上位機圖形的變化。
比如這幅界面裏的電機，啟動後變綠；電流溫度數據會顯示並刷新。
要做到這一點，就必須有一個上下位機的中介：Tag。
Tag 這個對象，必須有一個上位機設計者理解的名字，比如1號馬達運行信號，就叫做Motor1_Running。
這個名字，在下位機是不存在的。下位機只有呆板的地址，比如DB3,D122.1。
這些上位機設計者沒必要知道。但他們一定知道這是一個布爾量，名字叫Motor1_Running。
因此網關還有一個必要的功能，就是將數據的變化轉換為Tag的變化。
- Tag的結構
因為上位機設計員只知道Tag的數據類型是整型、還是浮點數、還是布爾量，因此Tag也分IntTag、FloatTag、BoolTag等類型。
不管哪種類型的Tag,一定繼承ITag抽象類。 ITag有Address屬性，就是映射到DeviceAddress 。同時還有TimeStamp(時間戳)，Value(值），Quailty(數據質量）。
同樣的，Tag本身也具有讀寫功能（Read,Write方法），也就是上位機對Tag的讀寫，最終反映為下位機對地址的讀寫。
而不同類型的Tag,自然就對應到上面所提到的IReaderWriter 接口，正好有匹配的讀/寫布爾量，讀/寫整型，讀/寫浮點型等等的方法。
這樣，就把下位機設備和Tag變量的讀寫對應起來 了。
四、 下面的計劃
- 完善功能。
請繼續關註我的帖子，並提出寶貴意見和建議。
- 寫一系列帖子，把架構、原理講清楚。
提綱和目錄也擬好了。大致如下：
- 網關層接口概述
- 上下位機通訊原理
- 如何實現一個設備驅動
- 如何設計圖元
- VS插件模塊及原理
- 歸檔模塊及文件格式
- 如何進行功能擴展
github地址：https://github.com/GavinYellow/SharpSCADA。
工業通信網關的實現