SpringBoot+Vue通过ModbusTCP协议实现PLC 设备连接、重连实时控制

SpringBoot+Vue通过ModbusTCP协议实现PLC 设备连接、重连实时控制

一、核心概念

1.1 Modbus TCP 基础

1.2 寄存器与 bit 位映射（对接表约定）

• 布尔量（启停、摇摆、故障位）不是单独寄存器，而是分布在一个 16 位寄存器内的不同 bit。
• 模拟量/参数多为32 位（Real / Dint），占用连续 2 个保持寄存器（高字 + 低字）。
• 写控制位必须采用读-改-写（read-modify-write），否则会覆盖同一寄存器内其它 bit。
• 本项目常量集中在PlcOffsetConstants.java：

public class PlcOffsetConstants { public static final int REG_CONTROL = 0; // 控制寄存器 40001（读/写） public static final int REG_STATUS = 1; // 状态/限位 40002（只读） public static final int REG_FAULT = 2; // 故障 40003（只读）

// 控制寄存器 40001 的 bit（V4000/V4001，读/写） public static final int BIT_REMOTE_START_STOP = 0; // V4000.0 远程启停 public static final int BIT_REMOTE_SWING = 1; // V4000.1 远程摇摆 // ... BIT_REMOTE_LOCATE / JOG_LEFT / JOG_RIGHT / JOG_UP / JOG_DOWN / FAULT_RESET / SERVO_HOMING

1.3 长连接 vs 按需连接（关键坑）

• modbus4j 的createTcpMaster(params, true)第二个参数true=启用长连接（keep-alive）。
• master.init()只是初始化对象，并不真正建立 TCP 连接；真正的connect发生在第一次send（读/写）时。
• 因此master.isInitialized()只表示“是否调用过 init”，不代表 TCP 链路仍然存活。断网后旧 master 仍可能isInitialized()==true，要等到实际读写抛异常才会被发现。
• 本项目getMaster的关键参数：

public static ModbusMaster getMaster(String ip,int port) throws ModbusInitException { IpParameters params = new IpParameters(); params.setHost(ip); params.setPort(port); ModbusMaster master = modbusFactory.createTcpMaster(params, true); // TCP 协议 + 长连接 master.setTimeout(2000); // 超时 2s master.setRetries(1); // 失败重试 1 次 master.init(); return master; }

注：

博客：

https://blog.csdn.net/badao_liumang_qizhi

二、架构设计

┌────────────┐ 定时(3s) ┌──────────────────────────┐ │ Quartz任务 │─────────────▶│ GetModbusTCPDataTask │ │ getModbus │ │ · 取每台设备连接(连接池) │ │ TCPDataTask │ │ · 有效性检查/重建 │ └────────────┘ │ · 读保持寄存器(实时数据) │ │ · 断线→记录冷却→跳过重连 │ └───────────┬──────────────┘ │ 写入 ▼ ┌──────────────────────────┐ │ Redis (key=plc:xxx) │ 实时数据缓存 └───────────┬──────────────┘ │ 读取 ┌────────────┐ HTTP GET ┌───────────▼──────────────┐ │ 前端 Vue │◀────────────│ BusDeviceServiceImpl │ │ 设备卡片/ │ listByShed │ listByShedIdWithStatus │ │ 状态/禁用 │ WithStatus │ · 拼装设备+Redis实时状态 │ └────────────┘ │ · 无实时数据→状态"离线" │ └──────────────────────────┘

2.1 关键设计决策

1. 连接池ModbusMasterPool：按plcAddress缓存 master，避免每次操作都新建连接；提供getOrCreateMaster / checkMasterValid / rebuildMaster / destroyMaster。
2. 连接与读写为解耦：getMaster只建连；读用readHoldingRegisterU16Safe（吞异常，单点失败不影响整体轮询）；写用writeToDevice（写前先checkMasterValid，失效则重建）。
3. 重连冷却（本文重点）：采集任务每 3 秒跑一次，但离线设备不会每 3 秒都去建连——一旦失败，记录失败时间，sys_config.plc.reconnect.interval（秒，默认 30）内直接跳过该设备的读取与重连，冷却期满再试一次。在线设备读取频率完全不受影响。
4. 实时数据走 Redis：采集结果入 Redis，接口查询时再拼装，前端无需直连 PLC。
5. “离线”由后端判定：listByShedIdWithStatus在 Redis 中查不到实时数据即置status="离线"，前端据此显示并禁用操作。

三、后端实现流程

3.1 发起连接（连接池）

ModbusMasterPool.getOrCreateMaster(device)：池里有且isInitialized()就用，否则createNewMaster（调用Modbus4jUtils.getMaster）。

// 有效性检查：仅判断“是否 init 过”，不代表链路存活（见 1.3） public boolean checkMasterValid(ModbusMaster master) { if (master.isInitialized()) return true; try { master.init(); return true; } catch (Exception e) { return false; } }

3.2 周期性采集 + 重连冷却（核心定时任务）

// 读取重连冷却时间（单位：秒），配置项 plc.reconnect.interval，默认 30 秒 final long reconnectIntervalMs; { long sec = RECONNECT_INTERVAL_SECONDS_DEFAULT; // 30 String intervalStr = sysConfigService.selectConfigByKey("plc.reconnect.interval"); if (intervalStr != null && !intervalStr.trim().isEmpty()) { try { sec = Long.parseLong(intervalStr.trim()); } catch (NumberFormatException e) { sec = RECONNECT_INTERVAL_SECONDS_DEFAULT; } } if (sec < 1) sec = RECONNECT_INTERVAL_SECONDS_DEFAULT; reconnectIntervalMs = sec * 1000L; }

deviceList.parallelStream().forEach(device -> { String deviceKey = device.getPlcAddress(); // 重连限频：离线设备进入冷却，期间不读不重连 Long lastReconnectFailAt = lastReconnectFail.get(deviceKey); if (lastReconnectFailAt != null && (System.currentTimeMillis() - lastReconnectFailAt) < reconnectIntervalMs) { return; } ModbusMaster master = null; try { master = modbusMasterPool.getOrCreateMaster(device); if (!modbusMasterPool.checkMasterValid(master)) { master = modbusMasterPool.rebuildMaster(device); }

} catch (Exception e) { System.out.println(" 通信失败: 网络或端口不可达 - " + e.getMessage()); // 记录失败时间，进入 30s 重连冷却（冷却期内该设备将被跳过，不再尝试建连） lastReconnectFail.put(deviceKey, System.currentTimeMillis()); modbusMasterPool.destroyMaster(deviceKey); // 销毁无效连接 }

3.3 后端状态判定（离线）

BusDeviceServiceImpl.listByShedIdWithStatus：从 Redis 取实时数据，取不到 ⇒status="离线"。

// 从 Redis 取实时数据 RealTimeDevice realTimeDevice = redisCache.getPlcDeviceListFromRedis() .stream().filter(...).findFirst().orElse(null); BusDeviceDetailStatuslVo vo = new BusDeviceDetailStatuslVo(); // ... if (realTimeDevice == null) { device.setStatus("离线"); // PLC 无实时数据 → 离线 } else { device.setStatus(PlcStatusEnum.getInfo(realTimeDevice.getWorkStatus())); // 运行/停止 }

3.4 写入（控制下发）

writeToDevice写前先checkMasterValid，失效则rebuildMaster并重试一次，确保用户点按钮时能即时重建连接（不受采集冷却影响）：

public Boolean writeToDevice(...) { ModbusMaster master = getOrCreateMaster(device); if (!checkMasterValid(master)) { master = rebuildMaster(device); // 写操作即时重建，无需等待冷却 } try { // 读-改-写 置位对应 bit ... } catch (Exception e) { // 失败再 rebuild 重试一次 } }

四、API 说明

4.1Modbus4jUtils（读/写工具，见Modbus4jUtils.java）

4.2ModbusMasterPool（连接池）

4.3 后端 REST 接口（前端调用）

前端调用封装见ruoyi-ui/src/api/system/device.js：

export function listByShedIdWithStatus(query) { return request({ url: '/system/device/listByShedIdWithStatus', method: 'get', params: query }) }

五、配置说明

重连冷却间隔由sys_config配置项plc.reconnect.interval控制，单位：秒，默认 30。

• 不配置 / 值非法 / <1 ⇒ 代码兜底默认30 秒。
• 在「系统管理 → 参数设置」改为60，PLC 离线重连频率即变为 60 秒一次（在线设备仍 3 秒读取）。
• 默认值已写入sql/全量sql备份/yingyan20260716.sql：

INSERT INTO `sys_config` VALUES (102, 'PLC重连冷却间隔(秒)', 'plc.reconnect.interval', '30', 'Y', 'admin', '2026-07-19 00:00:00', '', NULL, 'PLC离线后重连冷却时长，单位：秒，默认30秒。冷却期内不读取、不重连');

六、前后端代码示例

6.1 本项目实际示例

前端设备卡片：状态标签 + 离线禁用操作控件（ruoyi-ui/src/views/index.vue）。

<el-tag :type=" (device.status === '运行' || device.status === '运行中') ? 'success' : device.status === '故障' ? 'danger' : (device.status === '离线' || device.status === '停止') ? 'info' : 'warning' " >{{ device.status }}</el-tag>

<el-switch v-model="device.sprayStatus" :disabled="device.status === '故障' || device.status === '离线'" size="mini" @change="handleSprayChange(device)" ></el-switch> <span :style="{ fontSize:'15px', fontWeight:'700', color: device.sprayStatus ? '#13ce66' : '#ff7875' }"> {{ device.sprayStatus ? '开启' : '关闭' }} </span>

6.2 与业务无关的通用后端示例（可复用）

一个极简、无业务字段的 Modbus TCP 客户端 + 重连冷却 + 定时读取骨架。

importcom.serotonin.modbus4j.*;importcom.serotonin.modbus4j.ip.IpParameters;importcom.serotonin.modbus4j.locator.BaseLocator;publicclassModbusTcpClient{privatefinalStringhost;privatefinalintport;privatefinalintslaveId;privatefinallongreconnectIntervalMs;// 重连冷却（毫秒）privateModbusMastermaster;privatelonglastConnectFailAt=0;publicModbusTcpClient(Stringhost,intport,intslaveId,longreconnectIntervalMs){this.host=host;this.port=port;this.slaveId=slaveId;this.reconnectIntervalMs=reconnectIntervalMs;}/** 确保已连：冷却期内直接返回 false，避免频繁建连 */publicsynchronizedbooleanensureConnected(){if(master!=null&&master.isInitialized())returntrue;longnow=System.currentTimeMillis();if(now-lastConnectFailAt<reconnectIntervalMs)returnfalse;try{IpParametersp=newIpParameters();p.setHost(host);p.setPort(port);master=newModbusFactory().createTcpMaster(p,true);master.setTimeout(2000);master.setRetries(1);master.init();lastConnectFailAt=0;// 连接成功，清除冷却returntrue;}catch(Exceptione){lastConnectFailAt=now;// 进入冷却master=null;returnfalse;}}/** 安全读单个 16 位保持寄存器（4x，offset 从 0 起） */publicIntegerreadHoldingU16(intoffset){try{if(!ensureConnected())returnnull;BaseLocator<Number>loc=BaseLocator.holdingRegister(slaveId,offset,com.serotonin.modbus4j.code.DataType.TWO_BYTE_INT_UNSIGNED);Numbern=master.getValue(loc);returnn==null?null:n.intValue();}catch(Exceptione){drop();// 读失败，丢弃连接，下次冷却后才重建returnnull;}}/** 写单个线圈（bool），返回是否成功 */publicbooleanwriteCoil(intoffset,booleanvalue){try{if(!ensureConnected())returnfalse;WriteCoilRequestreq=newWriteCoilRequest(slaveId,offset,value);WriteCoilResponseres=(WriteCoilResponse)master.send(req);return!res.isException();}catch(Exceptione){drop();returnfalse;}}/** 丢弃连接（仅置空，下次 ensureConnected 再建） */publicsynchronizedvoiddrop(){try{if(master!=null)master.destroy();}catch(Exceptionignored){}master=null;}}

// 定时读取调度：每 READ_PERIOD 读一次；离线设备每 RECONNECT_INTERVAL 才重连一次importjava.util.concurrent.*;publicclassPollingDemo{staticfinallongREAD_PERIOD_MS=3000;// 读取频率：3 秒staticfinallongRECONNECT_INTERVAL_MS=30000;// 重连冷却：30 秒publicstaticvoidmain(String[]args){ModbusTcpClientclient=newModbusTcpClient("192.168.1.10",502,1,RECONNECT_INTERVAL_MS);ScheduledExecutorServicesch=Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();sch.scheduleAtFixedRate(()->{Integerv=client.readHoldingU16(0);// 读控制/状态寄存器if(v==null){System.out.println("本次未读取（设备离线或处于重连冷却）");}else{System.out.println("寄存器0 = "+v);}},0,READ_PERIOD_MS,TimeUnit.MILLISECONDS);}}

6.3 与业务无关的通用前端示例（Vue，状态展示 + 离线禁用）

<template> <div class="device-card"> <el-tag :type="statusType">{{ device.status }}</el-tag> <el-switch v-model="device.on" :disabled="!online" @change="onControl" ></el-switch> <span :style="{ color: device.on ? '#13ce66' : '#ff7875' }"> {{ device.on ? '开启' : '关闭' }} </span> </div> </template> <script> export default { props: { device: Object }, computed: { // 在线 = 状态为 online；其它（offline/fault/stop）按业务定义 online() { return this.device.status === 'online'; }, statusType() { if (this.online) return 'success'; if (this.device.status === 'fault') return 'danger'; return 'info'; // offline / stop } }, methods: { onControl(val) { // 调后端控制接口（通用：传设备标识 + 开关值） this.$api.control({ id: this.device.id, on: val }); } } }; </script>

通用约定：后端状态枚举建议用online/offline/fault（或running/stopped/offline），前端只认这几个字符串即可，与具体 PLC 点位无关。本项目用的是运行/停止/离线/故障，前端做兼容即可。

七、排障与常见问题