docs(plcbridge): 更新 PLC 桥接服务文档

在 `plcbridgedescription.mdx` 中添加 PLC 桥接服务的详细说明,包括必要性、痛点分析、解决方案及独特价值等内容。更新 `plcbridgeservice.mdx`,提供 TouchSocketPro.PlcBridges 的使用说明和示例。修改 `sidebars.ts`,新增 PLC Bridge 组件文档链接,提升用户访问便利性
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若汝棋茗
2025-06-22 22:18:14 +08:00
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id: plcbridgedescription
title: Plc 桥接服务说明
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## 一、为什么你需要 PLC Bridge解决工业自动化中的核心痛点
在工业自动化开发中,直接读写 PLC 看起来是最直接的方式但随着系统复杂度增加这种方式会带来一系列严重问题。TouchSocketPro.PlcBridges 正是为解决这些核心痛点而生。
## 二、直接读写 PLC 的五大痛点
### 2.1 多设备协同的复杂性噩梦
当系统需要连接多个 PLC 设备时:
```csharp
// 伪代码示例:直接连接多个 PLC
var plc1 = new SiemensPLC("192.168.1.10");
var plc2 = new OmronPLC("192.168.1.11");
var plc3 = new ModbusPLC("192.168.1.12");
// 写入数据需要分别处理每个设备
await plc1.WriteRegister(0, value1);
await plc2.WriteRegister(5, value2);
await plc3.WriteCoil(10, true);
```
**痛点分析**
- 需要了解每个 PLC 的特定协议和地址映射
- 错误处理逻辑重复且复杂
- 设备间的数据依赖难以管理
### 2.2 性能瓶颈:高频读写效率低下
当需要频繁读写时:
```csharp
// 伪代码示例:直接读写大量数据点
for (int i = 0; i < 100; i++)
{
var value = await plc.ReadRegister(i);
ProcessData(value);
}
```
**痛点分析**
- 每次读写都需要建立/断开连接
- 小数据包导致网络带宽浪费
- 无法合并相邻地址的读写请求
### 2.3 数据类型转换的繁琐工作
处理不同数据类型时:
```csharp
// 伪代码示例:手动处理数据类型转换
var bytes = await plc.ReadBytes(0, 4);
float temperature = BitConverter.ToSingle(bytes, 0);
var intBytes = await plc.ReadBytes(4, 2);
int pressure = BitConverter.ToInt16(intBytes, 0);
```
**痛点分析**
- 需要手动处理字节序(大端/小端)
- 复杂类型(浮点数、结构体)转换代码冗长
- 容易因类型处理错误导致数据错误
### 2.4 系统扩展的困难
当需要添加新设备时:
```csharp
// 伪代码示例:添加新设备需要重构代码
// 原有代码
if (deviceType == "Siemens")
{
// Siemens 特定逻辑
}
else if (deviceType == "Omron")
{
// Omron 特定逻辑
}
// 添加 Modbus 支持
else if (deviceType == "Modbus")
{
// 新增 Modbus 逻辑
}
```
**痛点分析**
- 每次添加新设备类型都需要修改核心逻辑
- 系统变得臃肿难以维护
- 测试覆盖率难以保证
### 2.5 实时性难以保障
```csharp
// 伪代码示例:直接读写无法保证实时性
var task1 = ReadSensorData();
var task2 = WriteControlSignal();
await Task.WhenAll(task1, task2); // 无法控制执行顺序
```
**痛点分析**
- 无法保证关键指令的执行顺序
- 缺乏优先级管理机制
- 并发操作可能导致资源冲突
## 三、PLC Bridge如何解决这些痛点
### 3.1 统一访问接口(解决多设备协同问题)
```csharp
// 使用 PLC Bridge 统一访问不同设备
var plcOperator = plcBridge.CreateOperator<short>();
// 无论底层是什么PLC设备使用相同API
await plcOperator.WriteAsync(new WritableValue<short>(0, 100));
var result = await plcOperator.ReadAsync(new ReadableValue<short>(0, 1));
```
**优势**
- 统一接口简化开发
- 设备更换无需修改业务代码
- 支持热插拔添加/移除设备
### 3.2 智能请求合并(解决性能瓶颈)
```csharp
// PLC Bridge 自动合并相邻请求
var writableValues = new WritableValueCollection<short>(
new WritableValue<short>(0, 100), // 地址0
new WritableValue<short>(1, 200), // 地址1相邻
new WritableValue<short>(5, 300) // 地址5间隔=4
);
// 实际只产生1次通信地址0-5批量写入
await plcOperator.WriteAsync(writableValues);
```
**优势**
- 减少70-90%的通信次数
- 最大程度利用网络带宽
- 通过 MaxGap 参数精细控制合并策略
### 3.3. 自动类型转换(解决数据类型问题)
```csharp
// PLC Bridge 自动处理类型转换
float[] temperatures = {23.5f, 24.1f, 22.8f};
// 自动转换为字节流写入
await plcOperator.WriteAsync(new WritableValue<float>(0, temperatures));
// 自动转换回原始类型
var result = await plcOperator.ReadAsync(new ReadableValue<float>(0, 3));
```
**优势**
- 支持所有非托管类型
- 自动处理字节序转换
- 复杂结构体一键序列化
### 3.4 设备抽象层(解决扩展性问题)
```csharp
// 添加新PLC设备只需实现驱动器接口
public class CustomPlcDrive : IPlcDrive<short>
{
// 实现驱动器接口
}
// 注册到PLC Bridge
plcBridge.AddDriveAsync(new CustomPlcDrive(/* 配置 */));
```
**优势**
- 新设备支持不影响业务逻辑
- 插件式架构便于扩展
- 核心系统保持稳定
### 3.5 执行控制(解决实时性问题)
```csharp
// 通过分组控制执行顺序
var criticalDrive = new MemoryPlcDrive<short>(
new PlcDriveOption { Group = "Critical" });
var normalDrive = new MemoryPlcDrive<short>(
new PlcDriveOption { Group = "Normal" });
// Critical组任务优先执行且串行处理
```
**优势**
- 分组控制关键任务执行顺序
- 支持任务优先级管理
- 内置超时和重试机制
## 四、PLC Bridge 的独特价值
### 4.1 架构优化前后对比
| **场景** | **直接读写 PLC** | **使用 PLC Bridge** |
|----------|------------------|---------------------|
| 多设备协同 | 每个设备独立处理 | 统一接口管理所有设备 |
| 高频数据采集 | 频繁小包通信,性能低下 | 智能合并请求减少70%+通信量 |
| 系统扩展 | 修改核心代码,风险高 | 添加驱动器,业务零修改 |
| 实时控制 | 无执行顺序保障 | 分组控制关键任务 |
| 数据类型处理 | 手动转换,易出错 | 自动处理所有类型转换 |
| 错误处理 | 分散在各处 | 统一结果对象(Result) |
### 4.2 PLC Bridge 的核心价值矩阵
```mermaid
graph TD
A[PLC Bridge 价值] --> B(开发效率提升)
A --> C(系统性能优化)
A --> D(维护成本降低)
A --> E(系统可靠性增强)
B --> B1(减少70%+代码量)
B --> B2(统一访问接口)
B --> B3(快速集成新设备)
C --> C1(请求合并优化)
C --> C2(内存池技术)
C --> C3(异步批量处理)
D --> D1(核心业务与设备解耦)
D --> D2(配置驱动扩展)
D --> D3(集中错误处理)
E --> E1(执行顺序保障)
E --> E2(自动重试机制)
E --> E3(数据一致性保护)
```
## 五、何时需要 PLC Bridge
### 5.1 适用场景
1. **多PLC协同系统**:连接多种品牌/协议的PLC设备
2. **高频数据采集**:需要优化通信性能的场景
3. **大型SCADA系统**:需要统一设备管理接口
4. **关键过程控制**:需要保障执行顺序和实时性
5. **快速迭代项目**:需要灵活扩展设备支持
### 5.2 使用建议
- **简单系统**单PLC少量读写直接读写可能更简单
- **复杂系统**多设备高频读写PLC Bridge 是必备架构组件
- **关键任务系统**PLC Bridge 提供必需的可靠性和实时性保障
## 六、结论
PLC Bridge 不是简单的通信封装,而是工业自动化领域的**架构解决方案**。它解决了直接读写 PLC 方式在复杂系统中暴露的核心痛点:
1. 通过**统一接口**消除多设备协同复杂度
2. 通过**智能合并**优化高频读写性能
3. 通过**自动转换**简化数据类型处理
4. 通过**抽象层**实现无缝系统扩展
5. 通过**执行控制**保障关键任务实时性
在工业4.0和IIoT时代随着系统复杂度不断增加PLC Bridge 已成为构建可靠、高效、可扩展工业自动化系统的**必备基础设施**。

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id: plcbridgeservice
title: 历史更新
---
import Pro from "@site/src/components/Pro.js";
### 定义
命名空间TouchSocketPro.PlcBridges <br/>
程序集:[TouchSocketPro.PlcBridges.dll](https://www.nuget.org/packages/TouchSocketPro.PlcBridges)
# TouchSocketPro.PlcBridges 使用说明
## 一、说明 <Pro/>
`TouchSocketPro.PlcBridges` 是一个高效、灵活的PLC数据桥接库专为.NET开发者设计用于简化与可编程逻辑控制器PLC的数据交互流程。该库提供了强大的数据读写管理能力支持多种PLC协议和数据类型使工业自动化开发更加便捷高效。
## 二、支持的目标框架
- .NET Framework 4.5+
- .NET Standard 2.0+
- .NET Core 3.1+
- .NET 5/6/8/9
## 三、快速开始
### 3.1 安装NuGet包
```bash
Install-Package TouchSocketPro.PlcBridges
```
### 3.2 基本使用示例
```csharp
using TouchSocket.PlcBridges;
// 1. 初始化PLC桥接服务
var plcBridge = new PlcBridgeService();
// 2. 简单配置
await plcBridge.SetupAsync(new TouchSocketConfig());
// 3. 添加内存PLC驱动器
await plcBridge.AddDriveAsync(new MemoryPlcDrive<short>(
new PlcDriveOption()
{
Name = "DeviceA",
Start = 0,
Count = 10
}));
// 4. 启动PLC桥接服务
await plcBridge.StartAsync();
// 5. 创建操作器
var plcOperator = plcBridge.CreateOperator<short>();
// 6. 写入数据
var writeResult = await plcOperator.WriteAsync(
new WritableValueCollection<short>(
new WritableValue<short>(0, new short[] {1,2,3,4,5})
));
// 7. 读取数据
var readableValues = new ReadableValueCollection<short>(
new ReadableValue<short>(0, 5));
var readResult = await plcOperator.ReadAsync(readableValues);
// 8. 停止服务
await plcBridge.StopAsync();
```
## 四、配置详解
### 4.1 PlcDriveOption 配置属性
| 属性 | 类型 | 说明 | 默认值 |
|------|------|------|--------|
| `Name` | `string` | 驱动器名称标识符,用于唯一标识当前驱动实例 | `null` |
| `Start` | `int` | 映射到PLC桥接服务的**起始地址偏移量** | 必须自定义赋值 |
| `Count` | `int` | 映射到PLC桥接服务的**数据单元数量** | 必须自定义赋值 |
| `EndianType` | `EndianType` | PLC数据的**字节序类型**Big-Endian | `EndianType.Big` |
| `MaxReadGap` | `int` | 读取地址范围间的最大间隙阈值(单位:地址偏移量):<br/>- 当连续地址块之间的间隙 ≤ 该值时,会被合并为一次性读取操作<br/>- 示例:地址块 `0-1`, `2-3`, `4-7` (间隙≤10) → 合并读取 `0-7` | `10` |
| `MaxWriteGap` | `int` | 写入地址范围间的最大间隙阈值(默认值):<br/>- `0` 表示每次写入操作单独处理(不合并)<br/>- 若设置为有效值需配合 `WriteGapValidityWindow` | `0` |
| `WriteGapValidityWindow` | `TimeSpan` | 写入间隙有效时间窗口(需与 `MaxWriteGap` 配合使用):<br/>- 当写入操作存在间隙(≤`MaxWriteGap`)时,若该间隙值在窗口时间内被读取过<br/>- 系统会将读取值作为补丁数据,与写入操作合并批量提交<br/>- **作用**避免间隙地址被意外覆盖如默认0值填充 | `TimeSpan.Zero` |
| `Group` | `string` | 驱动器分组名称:<br/>- 相同分组名称的驱动器使用**同一个Task执行队列**(串行化执行) | `null` |
| `DelayTime` | `TimeSpan` | 驱动器轮询延迟时间:<br/>- 值越大,批量处理合并的可能性越高(提升吞吐量)<br/>- 值过大会**降低实时性**,需根据业务场景权衡 | `TimeSpan.Zero` |
### 4.2 示例配置
```csharp
var driveOption = new PlcDriveOption
{
Name = "DeviceA",
Start = 0,
Count = 10,
EndianType = EndianType.Little,
MaxReadGap = 5,
MaxWriteGap = 1,
WriteGapValidityWindow = TimeSpan.FromMilliseconds(500),
Group = "GroupA",
DelayTime = TimeSpan.FromMilliseconds(100)
};
```
## 五、核心类与方法
### 5.1 PlcBridgeService 类
PLC桥接服务的主入口点负责管理驱动器和操作请求。
#### 5.1.1 主要方法
| 方法 | 说明 |
|------|------|
| `SetupAsync(TouchSocketConfig)` | 配置服务 |
| `AddDriveAsync(IPlcDrive)` | 添加PLC驱动器 |
| `StartAsync()` | 启动服务 |
| `StopAsync()` | 停止服务 |
| `CreateOperator<T>()` | 创建数据操作器 |
### 5.2 IPlcOperator 接口
提供读写PLC数据的操作接口。
#### 5.2.1 主要方法
| 方法 | 说明 |
|------|------|
| `ReadAsync(ReadableValueCollection<T>)` | 读取数据 |
| `WriteAsync(WritableValueCollection<T>)` | 写入数据 |
### 5.3 数据集合类
| 类 | 说明 |
|------|------|
| `ReadableValue<T>` | 定义可读值(起始地址+长度) |
| `ReadableValueCollection<T>` | 可读值集合 |
| `WritableValue<T>` | 定义可写值(起始地址+数据) |
| `WritableValueCollection<T>` | 可写值集合 |
## 六、高级特性
### 6.1 请求合并优化
通过配置`MaxWriteGap`和`WriteGapValidityWindow`实现相邻请求的智能合并:
```csharp
// 配置写入间隙为1有效窗口500ms
var driveOption = new PlcDriveOption
{
MaxWriteGap = 1,
WriteGapValidityWindow = TimeSpan.FromMilliseconds(500)
};
// 写入操作会自动合并相邻请求
var writeResult = await plcOperator.WriteAsync(
new WritableValueCollection<byte>(
new WritableValue<byte>(0, new byte[] {0,1,2,3}),
new WritableValue<byte>(5, new byte[] {5,6})
));
```
### 6.2 使用PlcObject简化访问
通过定义PLC对象映射简化数据访问
```csharp
partial class MyPlcObject : PlcObject
{
public MyPlcObject(IPlcBridgeService bridgeService)
: base(bridgeService) { }
[PlcField<short>(Start = 0)]
private short m_shortValue;
[PlcField<short>(Start = 1, Quantity = 3)]
private ReadOnlyMemory<short> m_shortValues;
}
// 使用
var myPlcObject = new MyPlcObject(plcBridge);
var resultSet = await myPlcObject.SetShortValueAsync(1);
var resultGet = await myPlcObject.GetShortValueAsync();
```
### 6.3 多驱动器协同工作
支持多个驱动器协同工作,自动处理地址映射:
```csharp
// 添加两个驱动器
var memoryPlcDrive_1 = new MemoryPlcDrive<short>(
new PlcDriveOption() { Start = 0, Count = 5 });
var memoryPlcDrive_2 = new MemoryPlcDrive<short>(
new PlcDriveOption() { Start = 5, Count = 5 });
plcBridge.AddDriveAsync(memoryPlcDrive_1);
plcBridge.AddDriveAsync(memoryPlcDrive_2);
// 写入跨越两个驱动器的数据
var writeResult = await plcOperator.WriteAsync(
new WritableValueCollection<short>(
new WritableValue<short>(0, new short[] {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9})
));
```
## 七、性能优化建议
1. **合理设置MaxGap参数**
```csharp
// 增大间隙值可提高合并率
driveOption.MaxReadGap = 20;
driveOption.MaxWriteGap = 5;
```
2. **使用分组控制执行顺序**
```csharp
// 相同分组的驱动器串行执行
driveOption.Group = "CriticalGroup";
```
3. **调整延迟时间平衡实时性与性能**
```csharp
// 适当增加延迟时间提高合并率
driveOption.DelayTime = TimeSpan.FromMilliseconds(100);
```
4. **利用内存池减少分配开销**
```csharp
// 使用ByteBlock减少内存分配
using (var byteBlock = new ByteBlock(1024))
{
// 处理数据
}
```

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