簡介

C# .NET工控上位機開發(fā)
在工控領域，C# .NET技術被廣泛用于構建上位機軟件，它以其強大的功能、易用性和高效的性能成為了開發(fā)者的重要工具。本文將詳細探討C# .NET在工控上位機開發(fā)中的應用，以及相關的核心知識點。

一、C#語言基礎
C#是一種面向對象的編程語言，由微軟公司開發(fā)，主要用于.NET Framework平臺。它的語法簡潔明了，支持類型安全和垃圾回收，是開發(fā)工業(yè)控制應用的理想選擇。學習C#時，需要掌握類、對象、接口、繼承、多態(tài)等面向對象概念，以及異常處理、委托和事件等特性。

二、.NET Framework與.NET Core
.NET Framework是微軟的開發(fā)框架，包含了大量的庫和服務，如Windows Forms、WPF、ASP.NET等，為C#應用程序提供運行環(huán)境。而.NET Core是跨平臺的開源版本，同樣支持C#開發(fā)，且具有更小的體積和更高的性能。在工控上位機開發(fā)中，根據(jù)項目需求和目標平臺可以選擇合適的.NET版本。

三、Windows Forms
Windows Forms是.NET Framework中的一個組件，用于創(chuàng)建桌面應用程序，特別適合開發(fā)工控上位機界面。通過Windows Forms，開發(fā)者可以利用各種**控件（如按鈕、文本框、圖表等）**設計用戶界面，并實現(xiàn)與硬件設備的交互。

四、數(shù)據(jù)通信與協(xié)議
工控上位機通常需要與PLC、傳感器、驅動器等硬件設備進行數(shù)據(jù)交換，這就涉及到了串口通信（RS-232、RS-485）、TCP/IP網絡通信、CAN總線等協(xié)議。C#提供了豐富的類庫，如System.IO.Ports命名空間下的SerialPort類用于串口通信，System.Net命名空間下的Socket類用于網絡通信，方便開發(fā)者實現(xiàn)不同協(xié)議的通信功能。

五、實時數(shù)據(jù)處理
在工控系統(tǒng)中，實時性是非常關鍵的。C# .NET允許開發(fā)者使用多線程和異步編程模型來處理實時數(shù)據(jù)，確保程序在處理大量數(shù)據(jù)時仍能保持響應。Task類和async/await關鍵字是實現(xiàn)異步操作的強大工具。

六、可視化和圖表展示
工控上位機往往需要實時顯示設備狀態(tài)和生產數(shù)據(jù)，這需要用到數(shù)據(jù)可視化技術。C# .NET的System.Windows.Forms.DataVisualization命名空間提供了豐富的圖表控件，如Chart，可以用于繪制折線圖、柱狀圖、餅圖等，便于監(jiān)控和分析工況。

七、數(shù)據(jù)庫集成
很多工控系統(tǒng)需要存儲和查詢歷史數(shù)據(jù)，這時可以利用C# .NET與SQL Server、MySQL、SQLite等數(shù)據(jù)庫進行交互。ADO.NET是.NET Framework提供的數(shù)據(jù)庫訪問框架，支持連接池，能有效提高數(shù)據(jù)庫操作的效率。

八、安全性與權限管理
工控軟件往往涉及重要生產數(shù)據(jù)，因此安全性是不容忽視的。C# .NET提供了加密解密、身份驗證、訪問控制等安全機制，確保數(shù)據(jù)的安全。

九、部署與維護
C# .NET應用程序可以通過ClickOnce技術實現(xiàn)快速部署，用戶只需點擊一次即可完成安裝。此外，Visual Studio提供了一整套的調試和測試工具，方便開發(fā)者進行程序的維護和優(yōu)化。

C# .NET為工控上位機開發(fā)提供了強大的支持，從界面設計、數(shù)據(jù)通信到數(shù)據(jù)庫集成和安全性管理，都有成熟的解決方案。開發(fā)者掌握這些核心知識點，就能高效地構建出功能完備、性能穩(wěn)定的工控上位機軟件。

第一章 上位機開發(fā)環(huán)境之 VS 使用和.NET 平臺基礎

一、安裝軟件

1. 編程語言軟件
   安裝VS2019、SQLServer 數(shù)據(jù)庫（ SQL Server 2008 R2 Expresswith Advanced Services 版）（“SQLEXPRADV_x64_CHS）
2. 上位機工具軟件
   串口助手、Modbus 系列等這些軟件非常多。

二、創(chuàng)建項目

打開 VS 開發(fā)工具，選擇“創(chuàng)建新項目”→控制臺程序，選“.NET Framework”。

三、第一個Hello world

Console：控制臺

四、解決方案與項目

• 從廣義的角度看，比如你說我正在開發(fā)一個項目，通常把這個開發(fā)的項目，在 VS 的環(huán)境中就認為是一個解決方案。
  從狹義的角度看，解決方案中的一個部分就是一個“項目”。一個解決方案可以包含多個項目。
  
  狹義上這些項目都是直接或間接有聯(lián)系的。最終通過“添加引用”讓這些項目關聯(lián)到一起（后續(xù)學習添加引用）。

五、Debug 和 Release 的區(qū)別

• 概念上的不同
  Debug 的意思是調試
  Release 的意思發(fā)布,正式作為生產環(huán)境的應用軟件。
• 斷點與調試
  Debug 在任何情況下，都可以打斷點觀察變量。可以打斷點后讓程序一行一行的執(zhí)行。從而觀察程序邏輯和變量的值。Release無法直接斷點，并且觀察數(shù)據(jù)可能存在不正確的情況。
• 生成與優(yōu)化
  Debug 所生成的文件，包含很多調試信息，生成的文件比較大。
  Release 不包含調試信息，生成的文件較小。項目結束最后使用 Release 發(fā)布。

六、代碼的生產過程

.NET 平臺在編譯開發(fā)者所寫的代碼的時候，是通過兩次編譯完成的，這點和
其他的編程語言是有差別的

第一次編譯是完成從源代碼到微軟中間語言 IL（Intermidiate Language）的編譯**。第二
次編譯**是從 IL 到機器碼的編譯。

1. 第一次編譯-代碼到 IL 編譯
   從圖中我們可以看到在.NET 平臺可以選擇不同的開發(fā)語言，每一種開發(fā)語言都對應一個編譯器，我們現(xiàn)在用的是 C#語言，當寫完代碼后，會通過 VS 中自帶的 csc.exe這個可執(zhí)行文件完成代碼的編譯，如果代碼沒有錯誤，就會生成對應的 exe 或 dll 文件。exe 文件我們稱為可執(zhí)行文件，也就是你雙擊可以直接運行的文件。dll 文件是動態(tài)鏈接庫文件，這種文件一般都是作為項目的模塊來使用，不能直接運行，否則會報錯。
2. 第二次編譯-IL 到機器碼的編譯
   當啟動編譯好的文件exe的時候項目即可運行起來，其實在運行之前.NET 平臺在操作系統(tǒng)上運行的JIT 的即時編譯器（Just-In-Time Compilier），會把運行的“IL 中間語言代碼”，再次根據(jù)當前所在的操作系統(tǒng)類型，編譯成對應的機器碼，最后才被計算機執(zhí)行。但是這個過程是非?？?#xff0c;通常是感覺不到的。這樣做的好處是針對不同的操作系統(tǒng)和計算硬件無需多次編譯，對程序的部署帶來很大方便。

七、CLR的其它功能

CLR（Common Language Runtime）也可以稱為公共語言運行庫。這個東西的作用在.NET 平臺太重要了。

1. 托管代碼和非托管代碼
   

• 非托管代碼：通俗理解，就是你的程序代碼直接運行到操作系統(tǒng)上，
  不用其他程序的干預。準確一點說，非托管代碼就是針對特定操作系統(tǒng)而生成的 CPU 機器指令。
• 托管代碼：在 CLR 管理之下運行的程序指令代碼（也就是 MSIL，微軟中間語言代碼）。

2. 公共語言運行時的兩個“管家”
   圖中沒有直接畫出來的兩個東西 CLS 和 CTS。

• CLS（Common Language Specification）公共語言規(guī)范。它在 CLR 中主要是解決不同開發(fā)語言之間的語法規(guī)范問題。在.NET 平臺上有 C#語言、VB.NET 等，這些不同開發(fā)語言開發(fā)的模塊是可以直接相互使用而不需要做任何處理。如何做到呢？其中一半功勞是CLS來完成的。
• CTS（Common Type System）通用類型系統(tǒng)。它在 CLR 中主要解決不同開發(fā)語言之間的數(shù)據(jù)類型差異。不同的開發(fā)語言在數(shù)據(jù)類型表示上是有差別的，比如在 C#中整形用 int 表示，在 VB.NET 中用Integer 來表示。