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1，重新梳理了代码，将使用多线程，并实现了批量读取变量

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2，添加OpcUa更新方式的修改对话框
3，修复了一些已知的Bug
4，删除了不必要的函数
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David P.G
2025-07-13 16:22:07 +08:00
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477
Services/S7BackgroundService.cs
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@@ -10,6 +10,8 @@ using S7.Net;
using PMSWPF.Models;
using PMSWPF.Enums;
using PMSWPF.Helper;
using S7.Net.Types;
using DateTime = System.DateTime;
namespace PMSWPF.Services
{
@@ -21,46 +23,31 @@ namespace PMSWPF.Services
// 数据服务实例，用于访问和操作应用程序数据，如设备配置。
private readonly DataServices _dataServices;
// 存储 S7设备，键为设备Id，值为会话对象。
private readonly Dictionary<int, Device> _deviceDic;
// 储存所有要轮询更新的变量，键是Device.Id,值是这个设备所有要轮询的变量
private readonly Dictionary<int, List<VariableData>> _pollVariableDic; // Key: VariableData.Id
// 存储S7 PLC客户端实例的字典，键为设备ID，值为Plc对象。
private readonly Dictionary<int, Plc> _s7PlcClients = new Dictionary<int, Plc>();
private readonly Dictionary<string, Plc> _s7PlcClientDic;
// 储存所有变量的字典，方便通过id获取变量对象
private readonly Dictionary<int, VariableData> _variableDic;
// S7轮询一次读取的变量数，不得大于15
private readonly int S7PollOnceReadMultipleVars = 9;
// S7轮询一遍后的等待时间
private readonly int S7PollOnceSleepTimeMs = 100;
// 轮询数据的线程。
private Thread _pollingThread;
// 用于取消轮询操作的CancellationTokenSource。
private CancellationTokenSource _cancellationTokenSource;
private ManualResetEvent _reloadEvent = new ManualResetEvent(false);
private ManualResetEvent _stopEvent = new ManualResetEvent(false);
// 读取变量计数器。
private int readCount = 0;
// 跳过变量计数器（未到轮询时间）。
private int TGCount = 0;
// 定义不同轮询级别的间隔时间。
private readonly Dictionary<PollLevelType, TimeSpan> _pollingIntervals = new Dictionary<PollLevelType, TimeSpan>
{
{ PollLevelType.TenMilliseconds, TimeSpan.FromMilliseconds((int)PollLevelType.TenMilliseconds) },
{
PollLevelType.HundredMilliseconds, TimeSpan.FromMilliseconds((int)PollLevelType.HundredMilliseconds)
},
{
PollLevelType.FiveHundredMilliseconds,
TimeSpan.FromMilliseconds((int)PollLevelType.FiveHundredMilliseconds)
},
{ PollLevelType.OneSecond, TimeSpan.FromMilliseconds((int)PollLevelType.OneSecond) },
{ PollLevelType.FiveSeconds, TimeSpan.FromMilliseconds((int)PollLevelType.FiveSeconds) },
{ PollLevelType.TenSeconds, TimeSpan.FromMilliseconds((int)PollLevelType.TenSeconds) },
{ PollLevelType.TwentySeconds, TimeSpan.FromMilliseconds((int)PollLevelType.TwentySeconds) },
{ PollLevelType.ThirtySeconds, TimeSpan.FromMilliseconds((int)PollLevelType.ThirtySeconds) },
{ PollLevelType.OneMinute, TimeSpan.FromMilliseconds((int)PollLevelType.OneMinute) },
{ PollLevelType.ThreeMinutes, TimeSpan.FromMilliseconds((int)PollLevelType.ThreeMinutes) },
{ PollLevelType.FiveMinutes, TimeSpan.FromMilliseconds((int)PollLevelType.FiveMinutes) },
{ PollLevelType.TenMinutes, TimeSpan.FromMilliseconds((int)PollLevelType.TenMinutes) },
{ PollLevelType.ThirtyMinutes, TimeSpan.FromMilliseconds((int)PollLevelType.ThirtyMinutes) }
};
// 存储S7设备列表。
private List<Device>? _s7Devices;
private Thread _serviceMainThread;
/// <summary>
/// 构造函数，注入ILogger和DataServices。
@@ -70,6 +57,10 @@ namespace PMSWPF.Services
public S7BackgroundService(DataServices dataServices)
{
_dataServices = dataServices;
_deviceDic = new();
_pollVariableDic = new();
_s7PlcClientDic = new();
_variableDic = new();
// 订阅设备列表变更事件，以便在设备配置更新时重新加载。
_dataServices.OnDeviceListChanged += HandleDeviceListChanged;
}
@@ -79,15 +70,10 @@ namespace PMSWPF.Services
/// </summary>
/// <param name="sender">事件发送者。</param>
/// <param name="devices">更新后的设备列表。</param>
private void HandleDeviceListChanged(object sender, List<Device> devices)
private void HandleDeviceListChanged(List<Device> devices)
{
// 过滤出S7协议且激活的设备。
_s7Devices = devices.Where(d => d.ProtocolType == ProtocolType.S7 && d.IsActive)
.ToList();
// 当设备列表变化时，更新PLC客户端
// 这里需要更复杂的逻辑来处理连接的关闭和新连接的建立
// 简单起见，这里只做日志记录
NlogHelper.Info("设备列表已更改。S7客户端可能需要重新初始化。");
_reloadEvent.Set();
}
/// <summary>
@@ -96,237 +82,272 @@ namespace PMSWPF.Services
public void StartService()
{
NlogHelper.Info("S7后台服务正在启动。");
// 创建一个CancellationTokenSource，用于控制轮询线程的取消。
_cancellationTokenSource = new CancellationTokenSource();
// 创建并启动轮询线程。
_pollingThread = new Thread(() => PollingLoop(_cancellationTokenSource.Token))
{
IsBackground = true // 设置为后台线程，随主程序退出而退出
};
_pollingThread.Start();
_reloadEvent.Set();
_serviceMainThread = new Thread(Execute);
_serviceMainThread.IsBackground = true;
_serviceMainThread.Name = "S7ServiceMainThread";
_serviceMainThread.Start();
}
/// <summary>
/// 轮询循环方法，在新线程中执行，周期性地读取S7设备数据。
/// </summary>
/// <param name="stoppingToken">用于取消轮询的CancellationToken。</param>
private void PollingLoop(CancellationToken stoppingToken)
private void Execute()
{
NlogHelper.Info("S7轮询线程已启动。");
// 注册取消回调，当服务停止时记录日志。
stoppingToken.Register(() => NlogHelper.Info("S7后台服务正在停止。"));
// 初始加载S7设备列表。
_s7Devices = _dataServices.Devices?.Where(d => d.ProtocolType == ProtocolType.S7 && d.IsActive)
.ToList();
// 轮询循环，直到收到取消请求。
while (!stoppingToken.IsCancellationRequested)
{
// _logger.LogDebug("S7后台服务正在执行后台工作。");
// _logger.LogDebug($"开始轮询变量,当前时间：{DateTime.Now}");
readCount = 0;
TGCount = 0;
Stopwatch stopwatch = Stopwatch.StartNew(); // 启动计时器，测量轮询耗时
PollS7Devices(stoppingToken); // 执行S7设备轮询
stopwatch.Stop(); // 停止计时器
// _logger.LogDebug($"结束轮询变量,当前时间：{DateTime.Now}");
NlogHelper.Info($"读取变量数：{readCount}个，跳过变量数：{TGCount}",throttle:true);
// 短暂休眠以防止CPU占用过高，并控制轮询频率。
Thread.Sleep(100);
}
NlogHelper.Info("S7轮询线程已停止。");
}
/// <summary>
/// 初始化或重新连接PLC客户端。
/// </summary>
/// <param name="device">S7设备。</param>
/// <returns>连接成功的Plc客户端实例，如果连接失败则返回null。</returns>
private Plc? InitializePlcClient(Device device)
{
// 检查字典中是否已存在该设备的PLC客户端。
if (!_s7PlcClients.TryGetValue(device.Id, out var plcClient))
{
// 如果不存在，则创建新的Plc客户端。
try
{
plcClient = new Plc(device.CpuType, device.Ip, (short)device.Prot, device.Rack, device.Slot);
plcClient.Open(); // 尝试打开连接。
_s7PlcClients[device.Id] = plcClient; // 将新创建的客户端添加到字典。
NlogHelper.Info($"已连接到S7 PLC: {device.Name} ({device.Ip})");
}
catch (Exception ex)
{
NotificationHelper.ShowError($"连接S7 PLC失败: {device.Name} ({device.Ip})", ex);
return null; // 连接失败，返回null。
}
}
else if (!plcClient.IsConnected)
{
// 如果存在但未连接，则尝试重新连接。
try
{
plcClient.Open(); // 尝试重新打开连接。
NlogHelper.Info($"已重新连接到S7 PLC: {device.Name} ({device.Ip})");
}
catch (Exception ex)
{
NotificationHelper.ShowError($"重新连接S7 PLC失败: {device.Name} ({device.Ip})", ex);
return null; // 重新连接失败，返回null。
}
}
return plcClient; // 返回连接成功的Plc客户端。
}
/// <summary>
/// 轮询S7设备数据。
/// </summary>
/// <param name="stoppingToken">取消令牌。</param>
private void PollS7Devices(CancellationToken stoppingToken)
{
// 如果没有活跃的S7设备，则等待一段时间后重试。
if (_s7Devices == null || !_s7Devices.Any())
{
NlogHelper.Info(
"未找到活跃的S7设备进行轮询。等待5秒后重试。",throttle:true);
try
{
// 使用CancellationToken来使等待可取消。
Task.Delay(TimeSpan.FromSeconds(5), stoppingToken)
.Wait(stoppingToken);
}
catch (OperationCanceledException)
{
// 如果在等待期间取消，则退出。
return;
}
return;
}
// 遍历所有S7设备。
foreach (var device in _s7Devices)
{
if (stoppingToken.IsCancellationRequested) return; // 如果收到取消请求，则停止。
// 尝试获取或初始化PLC客户端连接。
var plcClient = InitializePlcClient(device);
if (plcClient == null)
{
continue; // 如果连接失败，则跳过当前设备。
}
// 读取设备变量。
ReadDeviceVariables(plcClient, device, stoppingToken);
}
}
/// <summary>
/// 读取设备的S7变量并更新其值。
/// </summary>
/// <param name="plcClient">已连接的Plc客户端实例。</param>
/// <param name="device">S7设备。</param>
/// <param name="stoppingToken">取消令牌。</param>
private void ReadDeviceVariables(Plc plcClient, Device device, CancellationToken stoppingToken)
{
// 过滤出当前设备和S7协议相关的变量。
var s7Variables = device.VariableTables
.Where(vt => vt.ProtocolType == ProtocolType.S7 && vt.IsActive)
.SelectMany(vt => vt.DataVariables)
.ToList();
if (!s7Variables.Any())
{
NlogHelper.Info($"设备 {device.Name} 没有找到活跃的S7变量。");
return;
}
try
{
// 遍历并读取每个S7变量。
foreach (var variable in s7Variables)
while (!_stopEvent.WaitOne(0))
{
// Stopwatch stopwatch = Stopwatch.StartNew();
if (stoppingToken.IsCancellationRequested) return; // 如果取消令牌被请求，则停止读取。
// 获取变量的轮询间隔。
if (!_pollingIntervals.TryGetValue(variable.PollLevelType, out var interval))
_reloadEvent.WaitOne();
if (_dataServices.Devices == null || _dataServices.Devices.Count == 0)
{
NlogHelper.Info($"未知轮询级别 {variable.PollLevelType}，跳过变量 {variable.Name}。");
_reloadEvent.Reset();
continue;
}
// 检查是否达到轮询时间。
if ((DateTime.Now - variable.LastPollTime) < interval)
LoadVariables();
ConnectS7Service();
if (_pollingThread == null)
{
TGCount++;
continue; // 未到轮询时间，跳过。
_pollingThread = new Thread(PollS7Variable);
_pollingThread.IsBackground = true;
_pollingThread.Name = "S7ServicePollingThread";
_pollingThread.Start();
}
_reloadEvent.Reset();
}
}
catch (Exception e)
{
NlogHelper.Error($"S7后台服务主线程运行中发生了错误:{e.Message}",e);
DisconnectAllPlc();
}
}
private void PollS7Variable()
{
try
{
NlogHelper.Info("S7后台服务开始轮询变量....");
while (!_stopEvent.WaitOne(0))
{
Thread.Sleep(S7PollOnceSleepTimeMs);
try
{
// 从PLC读取变量值。
var value = plcClient.Read(variable.S7Address);
if (value != null)
// Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();
int varCount = 0;
// 遍历并读取每个S7变量。
foreach (var deviceId in _pollVariableDic.Keys.ToList())
{
// 更新变量的原始数据值和显示值。
variable.DataValue = value.ToString();
variable.DisplayValue
= SiemensHelper.ConvertS7Value(value, variable.DataType, variable.Converstion);
variable.UpdateTime = DateTime.Now;
if (!_deviceDic.TryGetValue(deviceId, out var device))
{
NlogHelper.Warn($"S7服务轮询时在deviceDic中没有找到Id为：{deviceId}的设备");
continue;
}
variable.LastPollTime = DateTime.Now; // 更新最后轮询时间。
readCount++;
// _logger.LogDebug($"线程ID：{Environment.CurrentManagedThreadId},已读取变量 {variable.Name}: {variable.DataValue}");
if (!_s7PlcClientDic.TryGetValue(device.Ip, out var plcClient))
{
NlogHelper.Warn($"S7服务轮询时没有找到设备I：{deviceId}的初始化好的Plc客户端对象！");
continue;
}
if (!plcClient.IsConnected)
{
NlogHelper.Warn($"S7服务轮询时设备：{device.Name},没有连接，正在重新连接...");
ConnectS7Service();
continue;
}
if (!_pollVariableDic.TryGetValue(deviceId, out var variableList))
{
NlogHelper.Warn($"S7服务轮询时没有找到设备I：{deviceId},要轮询的变量列表！");
continue;
}
Dictionary<int, DataItem> readVarDic = new Dictionary<int, DataItem>();
foreach (var variable in variableList)
{
// 获取变量的轮询间隔。
if (!ServiceHelper.PollingIntervals.TryGetValue(variable.PollLevelType, out var interval))
{
NlogHelper.Info($"未知轮询级别 {variable.PollLevelType}，跳过变量 {variable.Name}。");
continue;
}
// 检查是否达到轮询时间。
if ((DateTime.Now - variable.UpdateTime) < interval)
continue; // 未到轮询时间，跳过。
try
{
readVarDic.Add(variable.Id, DataItem.FromAddress(variable.S7Address));
varCount++;
if (readVarDic.Count == S7PollOnceReadMultipleVars)
{
// 批量读取
plcClient.ReadMultipleVars(readVarDic.Values.ToList());
// 批量读取后还原结果
foreach (var varId in readVarDic.Keys.ToList())
{
DataItem dataItem = readVarDic[varId];
if (!_variableDic.TryGetValue(varId, out var variableData))
{
NlogHelper.Warn($"S7后台服务批量读取变量后，还原值，在_variableDic中找不到ID为{varId}的变量");
continue;
}
// 更新变量的原始数据值和显示值。
variableData.DataValue = dataItem.Value.ToString();
variableData.UpdateTime = DateTime.Now;
Console.WriteLine($"S7轮询变量:{variableData.Name},值：{variableData.DataValue}");
}
readVarDic.Clear();
}
}
catch (Exception ex)
{
NlogHelper.Warn($"从设备 {device.Name} 读取变量 {variable.Name} 失败:{ex.Message}");
}
}
}
// sw.Stop();
// Console.WriteLine(
// $"S7轮询设备数：{_pollVariableDic.Count},共轮询变量数：{varCount},总耗时：{sw.ElapsedMilliseconds}ms");
}
catch (Exception ex)
{
NotificationHelper.ShowError( $"从设备 {device.Name} 读取变量 {variable.Name} 失败。",ex);
NotificationHelper.ShowError($"S7后台服务在轮询变量过程中发生错误：{ex.Message}", ex);
}
// stopwatch.Stop();
// NlogHelper.Info($"读取变量耗时:{stopwatch.ElapsedMilliseconds}ms ");
}
NlogHelper.Info("S7后台服务轮询变量结束。");
}
catch (Exception ex)
catch (Exception e)
{
NotificationHelper.ShowError($"设备 {device.Name} 批量读取过程中发生错误。",ex);
NlogHelper.Error($"S7后台服务轮询变量线程运行中发生了错误:{e.Message}",e);
DisconnectAllPlc();
}
}
private void ConnectS7Service()
{
try
{
// 检查字典中是否已存在该设备的PLC客户端。
foreach (var device in _deviceDic.Values.ToList())
{
if (_s7PlcClientDic.TryGetValue(device.Ip, out var plc))
{
NlogHelper.Info($"已连接到 OPC UA 服务器: {device.Ip}:{device.Prot}");
continue;
}
// 如果不存在或者没有连接，则创建新的Plc客户端。
var plcClient = new Plc(device.CpuType, device.Ip, (short)device.Prot, device.Rack, device.Slot);
plcClient.Open(); // 尝试打开连接。
// 将新创建的客户端添加到字典。
if (_s7PlcClientDic.ContainsKey(device.Ip))
{
_s7PlcClientDic[device.Ip] = plcClient;
}
else
{
_s7PlcClientDic.Add(device.Ip, plcClient);
}
NotificationHelper.ShowSuccess($"已连接到S7 PLC: {device.Name} ({device.Ip})");
}
}
catch (Exception e)
{
NotificationHelper.ShowError($"S7服务连接PLC的过程中发生错误：{e}");
}
}
private void LoadVariables()
{
try
{
_deviceDic.Clear();
_pollVariableDic.Clear();
NlogHelper.Info("开始加载S7变量....");
var _s7Devices = _dataServices
.Devices.Where(d => d.IsActive == true && d.ProtocolType == ProtocolType.S7)
.ToList();
int varCount = 0;
foreach (var device in _s7Devices)
{
_deviceDic.Add(device.Id, device);
// 过滤出当前设备和S7协议相关的变量。
var s7Variables = device.VariableTables
.Where(vt => vt.ProtocolType == ProtocolType.S7 && vt.IsActive)
.SelectMany(vt => vt.DataVariables)
.Where(vd => vd.IsActive == true)
.ToList();
// 将变量存储到字典中，方便以后通过ID快速查找
foreach (var s7Variable in s7Variables)
{
if (_variableDic.ContainsKey(s7Variable.Id))
{
_variableDic[s7Variable.Id] = s7Variable;
}
else
{
_variableDic.Add(s7Variable.Id, s7Variable);
}
}
varCount += s7Variables.Count();
_pollVariableDic.Add(device.Id, s7Variables);
}
NlogHelper.Info($"S7变量加载成功，共加载S7设备：{_s7Devices.Count}个，变量数：{varCount}");
}
catch (Exception e)
{
NotificationHelper.ShowError($"S7后台服务加载变量时发生了错误：{e.Message}", e);
}
}
/// <summary>
/// 停止S7后台服务。
/// </summary>
public void StopService()
{
NlogHelper.Info("S7 Background Service is stopping.");
NlogHelper.Info("S7后台服务正在关闭....");
_stopEvent.Set();
_pollingThread.Interrupt();
_serviceMainThread.Interrupt();
DisconnectAllPlc();
// 发出信号，请求轮询线程停止。
_cancellationTokenSource?.Cancel();
// 等待轮询线程完成。
_pollingThread?.Join();
_reloadEvent.Close();
_stopEvent.Reset();
_stopEvent.Close();
// 清空所有字典。
_deviceDic.Clear();
_s7PlcClientDic.Clear();
_pollVariableDic.Clear();
NlogHelper.Info("S7后台服务已关闭");
}
private void DisconnectAllPlc()
{
if (_s7PlcClientDic==null || _s7PlcClientDic.Count == 0)
return;
// 关闭所有活跃的PLC连接。
foreach (var plcClient in _s7PlcClients.Values)
foreach (var plcClient in _s7PlcClientDic.Values.ToList())
{
if (plcClient.IsConnected)
{
plcClient.Close();
NlogHelper.Info($"Closed S7 PLC connection: {plcClient.IP}");
NlogHelper.Info($"关闭S7连接: {plcClient.IP}");
}
}
_s7PlcClients.Clear(); // 清空PLC客户端字典。
}
}
}