拒绝WinCC！基于WPF开发的SCADA

本文介绍

面对国外组态软件（如WinCC、Intouch）价格昂贵、封闭源代码、存在安全后门的“卡脖子”风险，我们作为一线开发者，能做的就是用自主可控的技术，手搓一套属于中国工程师自己的轻量级SCADA系统。
这不只是一个上位机，更是新质生产力在工业现场的具体实践——它下行连接物理设备，上行支撑数据决策，是“数字孪生”工厂的基石。

技术栈（全栈开源）

核心框架：WPF (.NET 8) —— 微软主流技术，生态稳定。
架构模式：Prism —— 模块化设计，符合“高内聚低耦合”的软件工程哲学。
通信协议：Modbus RTU (NModbus) —— 工业领域事实上的标准协议。
数据库：SQL Server + EF Core —— 国产化数据库的中坚力量（亦可适配达梦/人大金仓）。

核心架构

1. 架构升维：打造“自主可控”的边缘数字底座

为了响应国家对工业互联网安全的要求，系统必须具备“断网不瘫痪”的边缘计算能力。

我们采用“端-边-云”协同架构，利用Prism的模块化特性，构建高内聚的工业网关微内核：
南向连接：通过RS485/RS232串口，兼容国内外主流PLC与传感器，打破设备协议壁垒。
边缘智能：在本地完成数据清洗、阈值报警与指令下发，减少无效数据上传，践行“绿色低碳”的算力节约理念。
北向对接：标准化API接口，随时可扩展对接MES/ERP系统，助力企业数字化转型。

2. 核心攻坚：突破高频采集的性能瓶颈

工业现场环境复杂，电磁干扰强，对数据采集的实时性与稳定性要求极高。这不仅是技术问题，更是保障产业链供应链稳定的基础。

异步并发轮询策略（高性能I/O）：
多线程并行：拒绝低效的while死循环，采用System.Threading.Channels构建无锁队列，实现多从站（Slave ID）并发采集。
容错机制：针对现场干扰导致的CRC校验错误，内置指数退避重试算法，确保在极端工况下数据“丢不了、传得通”。

代码即文档：

csharp // 模拟工业现场的高并发采集 await Task.WhenAll(Enumerable.Range(1, 10).Select(async id => { try { // 读取寄存器，工程量转换 var data = await _modbusMaster.ReadHoldingRegistersAsync(id, 0, 2); // 发布事件，驱动UI响应 _eventAggregator.GetEvent<TelemetryEvent>().Publish(data); } catch (Exception ex) { // 关键：异常隔离，单点故障不影响全局 _logger.LogError($"设备{id}通信异常: {ex.Message}"); } }));

3. 数据存储：构建工业大数据资产

数据是数字经济时代的“石油”。我们利用EF Core优化SQL Server，不仅是存数据，更是在挖掘数据价值。

EF Core极致优化（降本增效）：
批量写入：引入Z.EntityFramework.Extensions，实现每秒万级数据吞吐，解决高频插入导致的数据库锁表问题。
冷热分离：近期热数据内存缓存，历史冷数据自动归档，优化存储资源配置。
安全审计：所有操作留痕，符合《数据安全法》与等保2.0要求，构建安全可信的工业环境。

4. 智能管控：闭环控制与安全生产

“安全生产”是红线，也是底线。系统不仅要“看”，更要能“控”。

远程控制：通过写线圈（05功能码）精准控制产线继电器/LED灯，实现“黑灯工厂”级的远程运维。
指令下发：支持下发ASCII文本指令（如“紧急停机”、“请检修”），确保指令必达。
双校验机制：写操作必须“写后回读”，防止误动作，体现精益求精的工匠精神。

5. 视觉呈现：中国特色的工业美学

拒绝枯燥的数字堆砌，打造符合“高质量发展”审美的可视化大屏。

实时曲线：采用LiveCharts2，结合LTTB降采样算法，在保证趋势精准的前提下，极大降低GPU渲染压力。
状态映射：利用WPF的DataTrigger，将设备状态（正常/故障/离线）映射为红黄绿三色，直观展示生产态势。
报警闪屏：超限时触发视觉强提醒，倒逼运维人员快速响应，体现生命至上的人文关怀。

场景案例

场景一：偏远地区水利泵站——践行“乡村振兴”与“双碳”战略

【痛点】：在西北某偏远水利灌溉项目中，4G网络信号极不稳定，且设备分散在几十公里外。原有系统一旦断网，数据全丢，无法实现“智慧水利”的远程集控。
【国家战略】：助力乡村振兴，利用数字技术赋能农业农村现代化。

【技术攻坚：边缘存储+断点续传】
我们在边缘网关植入SQLite本地缓存（轻量级 fallback）：
断网不丢数：网络中断时，数据自动写入本地SQLite，并在网络恢复后通过差分同步机制补传至中心SQL Server。
绿色低碳：利用边缘计算能力，在本地对泵机运行数据进行AI初步分析，只上传异常数据，流量消耗降低70%，响应“双碳”号召。

场景二：化工高危园区——坚守“安全生产”红线

【痛点】：某化工园区涉及易燃易爆气体监测，要求报警响应必须在200ms以内，且系统必须符合等保2.0三级要求，操作全程留痕。
【国家战略】：落实总体国家安全观，坚持生命至上。

【技术攻坚：内存级实时规则引擎】
极速报警：报警逻辑不走数据库，直接在内存中通过Reactive Extensions (Rx)流处理。一旦数值越限，直接触发硬件中断级声光报警，延迟<50ms。
安全审计：所有用户登录、控制操作均通过EF Core写入AuditLog表，并利用SQL Server TDE（透明数据加密）技术，确保数据防篡改、防泄露。