.NET 8 开发的工业自动化上位机监控系统 

DotNet技术匠 6 天前 | 显示全部楼层 | 阅读模式

『7x24小时有问必答』

前言

这两年我们在自动化产线项目里用 WPF 做了一套上位机监控系统，通过 Modbus RTU 协议跟 PLC 通信，实时采集灌装设备的温度、液位、阀门状态、生产节拍这些关键参数。整个过程走下来感觉这个组合还挺顺手的，这里把设计和实现过程做个记录。

项目介绍

智能灌装生产监控系统是一套基于 WPF + .NET 8 开发的工业自动化上位机软件。它通过 Modbus RTU 协议与产线 PLC 保持实时通信，对灌装设备的运行状态、填充精度、温度液位、阀门动作等关键参数进行毫秒级采集与可视化展示。
项目采用 CommunityToolkit.Mvvm 作为 MVVM 框架，配合 FreeSql 做数据持久化，图表部分用 LiveCharts 呈现生产过程趋势。

项目功能

设备状态实时监控：通过 Modbus RTU 协议采集 PLC 寄存器数据，实时显示灌装设备的运行模式、启停状态、故障代码等信息
关键工艺参数展示：温度、液位、压力、填充精度等模拟量数据以数值和仪表盘形式呈现，更新频率可配置
生产节拍统计：实时计算并展示当前产线的生产速度、累计产量、批次完成进度
阀门与执行器动作监控：显示各灌装阀、清洗阀、进料阀的开关状态及动作次数
实时趋势曲线：基于 LiveCharts 绘制温度、液位、填充量等参数的变化曲线，支持多测点叠加对比
数据存储与回放：通过 FreeSql 将采集数据写入本地数据库，支持历史数据查询和曲线回放
异常告警机制：当参数超限或设备状态异常时，界面闪烁提示并记录告警日志

项目特点

基于 Modbus RTU 工业标准协议，兼容主流 PLC 品牌
毫秒级数据采集与刷新，满足产线实时监控需求
采用 MVVM 架构，界面与业务逻辑分离，后期维护和功能扩展成本低
深色主题 UI，适合工业现场长时间盯屏的操作环境
模块化设计，采集、存储、界面各层解耦，方便替换或升级局部组件
轻量化部署，一台工控机即可覆盖单条产线的监控需求
支持自定义采集周期和报警阈值，适应不同产线的工艺要求

项目技术

技术组件
用途说明
.NET 8
运行时框架
WPF
桌面 UI 框架，支持 XAML 样式定制和数据绑定
CommunityToolkit.Mvvm
MVVM 框架，负责 ViewModel 和命令绑定
FreeSql
ORM 工具，用于采集数据的本地持久化存储
Serilog
结构化日志记录，便于问题排查
Modbus RTU
与 PLC 通信的工业总线协议
LiveCharts
实时趋势曲线绘制

项目代码

主窗口采用上下和左右混合布局，顶部是标题栏和状态区，左侧是导航菜单，右侧 ContentControl 承载各功能页面视图。
<Window  x:Class="SmartFillMonitor.MainWindow"

             xmlns="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml/presentation"

             xmlns:x="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml"

             xmlns:UserControls="clr-namespace:SmartFillMonitor.UserControls"

             Title="智能灌装生产监控系统"

             Height="720"  Width="1280"

             Background="{StaticResource AppBgDark}"

             WindowStyle="None"

             AllowsTransparency="True">

       <Grid>

             <Grid.RowDefinitions>

                   <RowDefinition  Height="100"/>

                   <RowDefinition  Height="*"/>

             <!--Grid.RowDefinitions-->

             <Grid.ColumnDefinitions>

                   <ColumnDefinition  Width="220"/>

                   <ColumnDefinition  Width="*"/>

             <!--Grid.ColumnDefinitions-->

             <!-- 左侧导航菜单 -->

             <UserControls:NavigationMenu  Grid.Column="0"  Grid.RowSpan="2"/>

             <!-- 顶部标题栏 -->

             <Border  Grid.Column="1"  Grid.Row="0"  Background="{StaticResource AppBgHeader}">

                   <Grid  Margin="20,0">

                         <Grid.ColumnDefinitions>

                               <ColumnDefinition  Width="*"/>

                               <ColumnDefinition  Width="Auto"/>

                         <!--Grid.ColumnDefinitions-->

                         <!-- 当前批次信息 -->

                         <TextBlock  Grid.Column="0"  Foreground="{StaticResource AppTextMuted}"  VerticalAlignment="Center">

                               <Run  Text="当前生产批次："/>

                               <Run  Text="{Binding CurrentBatchNo}"  FontWeight="SemiBold"/>

                         <!--TextBlock-->

                         <!-- 状态指示器 -->

                         <StackPanel  Grid.Column="1"  Orientation="Horizontal"  VerticalAlignment="Center">

                               <UserControls:StatusIndicator  StatusText="PLC在线"  IsOnline="{Binding IsPlcConnected}"  Margin="0,0,20,0"/>

                               <TextBlock  Text="{Binding CurrentTime}"  Foreground="{StaticResource AppTextMuted}"  FontFamily="Consolas"  FontSize="14"  VerticalAlignment="Center"  Margin="0,0,20,0"/>

                               <UserControls:StatusLight  State="{Binding MainContent.IndicatorState, Mode=TwoWay}"  Margin="0,0,20,0"  VerticalAlignment="Center"/>

                         <!--StackPanel-->

                   <!--Grid-->

             <!--Border-->

             <!-- 主内容区 -->

             <ContentControl  Grid.Column="1"  Grid.Row="1"  Background="{StaticResource AppBgDark}"  Margin="20"  Content="{Binding MainContent}"/>

       <!--Grid-->

<!--Window-->

顶部状态栏包含了当前批次号、PLC 连接状态、运行时间以及一个自定义状态指示灯。
这里用了一个小技巧：MainContent.IndicatorState  这个绑定路径表示先在 MainWindowViewModel 中找 MainContent 属性，再在 MainContent 返回的对象里找 IndicatorState 属性。
MainContent 通过依赖注入初始化为 DashBoardViewModel 的实例，这样状态指示灯的颜色就能跟随仪表盘页面的采集质量动态变化。
Modbus RTU 通信部分封装在独立的服务类中，负责维护串口连接、读写寄存器和异常处理。
public  classModbusRtuService  :  IModbusService

{

       private  SerialPort _serialPort;

       private  ILogger _logger;

       public  bool  Connect(string  portName,  int  baudRate, Parity parity,  int  dataBits, StopBits stopBits)

      {

             try

            {

                  _serialPort =  new  SerialPort(portName, baudRate, parity, dataBits, stopBits);

                  _serialPort.Open();

                  _logger.Information($"Modbus RTU 连接成功：{portName}");

                   returntrue;

            }

             catch  (Exception ex)

            {

                  _logger.Error(ex,  $"Modbus RTU 连接失败：{portName}");

                   returnfalse;

            }

      }

       public  ushort[]  ReadHoldingRegisters(byte  slaveId,  ushort  startAddress,  ushort  length)

      {

             // 实际项目中通过 NModbus 库实现

             // ...

      }

}

项目效果

主界面采用深色主题，适合工业现场低照度环境。左侧导航菜单包含"仪表盘""设备监控""数据查询""报警记录"等入口，切换流畅。
仪表盘页面集中展示了灌装设备的核心参数：温度、液位、填充量等模拟量用仪表盘控件呈现，数值变化时指针平滑转动；设备状态区域用不同颜色的指示灯标识运行、待机、故障三种模式；底部是实时趋势曲线，温度、压力等参数随时间变化一目了然。

顶部状态栏的 PLC 在线指示灯和数据库写入状态让操作人员随时了解系统健康度，右侧的登录和退出按钮方便不同班次的人员切换操作权限。

项目源码

运行前需要在  appsettings.json  中配置 Modbus RTU 的串口参数（端口号、波特率、校验位等），以及数据库连接字符串。

总结

这套灌装监控系统从立项到上线大概用了两个月，最花时间的反而不是界面，而是 Modbus 通信的稳定性和数据解析的准确性——工业现场的各种干扰和异常情况比实验室里复杂得多。
好在 WPF 的数据绑定机制让界面和逻辑能拆得比较干净，后续设备增删测点或者调整采集逻辑的时候，不用大动干戈。如果大家也在做类似的上位机项目，可以试试这套技术组合。

关键词

最后
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作者：小码编匠
出处：gitee.com/smallcore/DotNetCore
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END

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