工控上位机软件开发

全流程自研之上位机软件开发-工业级控制系统一、上位机软件开发底层设计二、上下位机通信的安全性三、上位机软件接收与存储研发四、数据清洗与图形展示研发五、上位机软件发送指令与回调六、上位机软件开发-应用行业

全流程自研之上位机软件开发-工业级控制系统

简介：大家都知道工业级控制系统（亦或物联网），简单可分为两部分组成，上位机和下位机。上位机由服务器和上位机软件组成，其功能是数据存储、复杂计算、图形显示、个人操控等。下位机由单片机（PLC）和嵌入式软件组成，其功能是数据采集、简单数据处理、数据上传、控制各类设备等。本人在暖通（供暖控制）、能源（煤层气开采控制）、医疗设备（医疗实验数据采集）、物联网数控（智能家居、家电）等行业，从事多年工控上位机软件开发，所以本文主要介绍上位机开发与部署的全流程。

一、上位机软件开发底层设计

任何一个工业级的实现，都不是凭空想象出来的，所以上位机软件开发也离不开底层设计。底层设计包括开发语言选取、开发框架设计、底层业务模块切割、存储数据模块建模，其核心是业务模块切割，依据是下上位机通讯协议。不论下位机是自研开发（画图、焊板子、烧程序），还是现成的组态软件、工控软件，都有其通信协议，即数据上传接口规范。自研的下位机，协议可以自定。上位机软件开发，其接收数据的标准，必须建立在这些数据接口规范之上（自研亦叫协议）。

二、上下位机通信的安全性

不论在任何行业，只要设计到生产活动，必然会涉及到安全，工控软件安全主要有两方面内容：

1、数据安全

2、控制安全

上传的数据错误，直接影响上位机管理人员的操控决策。下发的指令被人篡改，直接影响生产设备控制，甚至导致生产事故发生，可想安全是多么重要的一件事。

下上位机通信安全保障措施：服务器安全、公网专线、局域网加密、登录身份认证、双向传输数据加解密、双向传输数据校验、设备校准、现场屏蔽等。

属于上位机软件需要实现的有：服务器安全、公网专线、局域网加密、登录身份认证、双向传输数据加解密、双向传输数据校验。

三、上位机软件接收与存储研发

上位机软件其实质是一个数据处理服务器，所以上位机需要拥有独立的IP，并给下位机开放数据传输接口，以便下位机随时定位上位机且能上传数据。如果只是采集数据（即没有控制），上下位机采用动态链接比较省网络资源，只要拥有独立地址，下位机即可随时定位上位机。

下位机串口信息上传数据（字节流，一般采用16进制编码），上位机按照通信协议（一、中讲到的），利用动态适配算法，解析成自己语言所能处理的编码（如JAVA转换成utf8），解析码后，透传给上位机软件核心处理节点，进行数据存储、分析、清洗、展示。

由于下位机终端节点非常多，实时数据非常庞大（我处理的两年达到T级别），在存储和数据关联上，需要根据自己的业务要求，设计适合自己的数据库。我当时采用分库、分表、主键关联，以提高存储和查询的速度。现在的NoSql数据库，或者文件系统都挺适合存储工业数据的，存储、抽取、分析及后续大数据，在此基础上去做，都非常合适。

四、数据清洗与图形展示研发

待续……