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断线检测与自动重连

这是「从零搭建灌装监控系统」系列第8篇。上一篇实现了 200ms 轮询循环，但 PLC 断线后只是检测到断线，不会自动恢复。这篇实现自动重连机制——3次超时阈值判定断线、串口和TCP分别重连策略、重连间隔递增、重连成功后恢复轮询。让系统在 PLC 重启或网络抖动后自动恢复，不需要人工干预。

半夜被叫起来重启软件

我朋友的系统上线跑了两天，第三天凌晨他接到电话——操作员说界面数据不刷新了。

他远程连上去一看，PLC 那边设备重启过（凌晨维护），重启完之后上位机没重连上。界面显示的还是断线前的旧数据，状态栏 PLC 指示灯是红的。

他只能远程重启软件。重启完好了，但第二天凌晨 PLC 又维护，又得重启。他说这不行，我得睡觉。

问题出在哪？PlcService 断线后没有自动重连。轮询循环检测到断线，只是标记IsConnected = false，但不会尝试重新连接。需要人工重启软件。

工业现场 PLC 重启、网络抖动、线缆松动是常态。上位机必须能自动恢复——检测到断线后自动重连，重连成功后继续轮询，全程不需要人工干预。

断线检测：3次超时阈值

不能一次超时就判定断线。工业现场偶尔有干扰导致一帧数据丢失，下一帧就好了。一次超时就断线重连，会导致频繁重连，反而影响正常通信。

用3次连续超时判定断线：

privatestaticint_consecutiveTimeouts=0;privateconstintMaxTimeouts=3;privatestaticasyncTaskPollDataLoop(CancellationTokentoken){while(!token.IsCancellationRequested){try{// === 连接检查 ===if(!IsConnected||(_tcpClient!=null&&!IsTcpReallyConnected())){if(IsConnected)ConnectionChanged?.Invoke(null,false);awaitTryReconnectAsync();awaitTask.Delay(3000,token);// 重连间隔 3 秒continue;}// === 读数据（带超时） ===varreadTask=ReadAllRegistersAsync();vartimeoutTask=Task.Delay(500,token);if(awaitTask.WhenAny(readTask,timeoutTask)!=readTask){_consecutiveTimeouts++;LogService.Warn($"读取超时 ({_consecutiveTimeouts}/{MaxTimeouts})");if(_consecutiveTimeouts>=MaxTimeouts){LogService.Warn("连续超时达阈值，判定断线");ConnectionChanged?.Invoke(null,false);// 强制断开，下一轮循环会触发重连awaitForceDisconnectInternal();_consecutiveTimeouts=0;}awaitTask.Delay(200,token);continue;}// 读取成功，重置计数器_consecutiveTimeouts=0;varstates=awaitreadTask;DataReceived?.Invoke(null,states);}catch(OperationCanceledException){break;}catch(Exceptionex){LogService.Error($"轮询异常:{ex.Message}");awaitTask.Delay(1000,token);}awaitTask.Delay(200,token);}}

关键逻辑：

• 每次读超时_consecutiveTimeouts++
• 读成功_consecutiveTimeouts = 0（重置）
• 达到 3 次连续超时 → 判定断线 → 触发 ConnectionChanged(false) → 强制断开 → 下一轮循环进入重连

为什么 3 次？200ms 轮询，3 次超时 = 600ms。600ms 内 PLC 没响应，基本确定断了。再短太敏感，再长恢复慢。

重连策略：串口和TCP分别处理

串口和 TCP 的重连方式不同——串口是本地设备（COM 口），TCP 是网络连接（IP:Port）。

privatestaticasyncTaskTryReconnectAsync(){try{LogService.Info($"尝试重连... (模式:{_currentMode})");switch(_currentMode){caseConnectionMode.Serial:awaitTryReconnectSerialAsync();break;caseConnectionMode.ModbusTcp:awaitTryReconnectTcpAsync();break;caseConnectionMode.CustomTcp:// 自定义 TCP 由调用方管理break;}}catch(Exceptionex){LogService.Warn($"重连失败:{ex.Message}");}}

串口重连

privatestaticasyncTaskTryReconnectSerialAsync(){// 清理旧串口if(_serialPort?.IsOpen==true)_serialPort.Close();_serialPort?.Dispose();_serialPort=null;_modbusMaster=null;// 检查串口是否存在（USB 转串口可能被拔了）varavailablePorts=SerialPort.GetPortNames();if(!availablePorts.Contains(_lastPortName)){LogService.Warn($"串口{_lastPortName}不存在，可用:{string.Join(", ",availablePorts)}");return;// 不重连，等下一轮再试}// 重新打开串口_serialPort=newSerialPort(_lastPortName!,_lastBaudRate,_lastParity,_lastDataBits,_lastStopBits);_serialPort.Open();_modbusMaster=ModbusSerialMaster.CreateRtu(_serialPort);_modbusMaster.Transport.ReadTimeout=1000;_modbusMaster.Transport.WriteTimeout=1000;ConnectionChanged?.Invoke(null,true);LogService.Info($"串口重连成功:{_lastPortName}");}

串口重连的特殊情况——USB 转串口可能被拔了。SerialPort.GetPortNames()列出可用串口，如果配置的 COM 口不在列表里，说明 USB 被拔了，等下一轮再试（用户可能插回来）。

TCP 重连

privatestaticasyncTaskTryReconnectTcpAsync(){// 清理旧连接_ipMaster?.Dispose();_ipMaster=null;_tcpClient?.Dispose();_tcpClient=null;// 重新连接varclient=newTcpClient();try{usingvarcts=newCancellationTokenSource(TimeSpan.FromSeconds(5));varconnectTask=client.ConnectAsync(_lastTcpIp!,_lastTcpPort);if(awaitTask.WhenAny(connectTask,Task.Delay(Timeout.Infinite,cts.Token))!=connectTask){client.Dispose();thrownewOperationCanceledException("TCP 重连超时");}awaitconnectTask;_ipMaster=ModbusIpMaster.CreateIp(client);_ipMaster.Transport.ReadTimeout=1000;_ipMaster.Transport.WriteTimeout=1000;client.Client.ReceiveTimeout=1000;client.Client.SendTimeout=1000;_tcpClient=client;ConnectionChanged?.Invoke(null,true);LogService.Info($"TCP 重连成功:{_lastTcpIp}:{_lastTcpPort}");}catch{client.Dispose();throw;}}

TCP 重连和初始连接逻辑一样——5 秒超时，成功后创建 Master。区别是重连用的是保存的_lastTcpIp/_lastTcpPort，不是传入参数。

重连间隔：不要疯狂重连

重连不能太频繁——PLC 还没启动完就重连，肯定失败。失败后立即重试，又失败……形成重连风暴，日志刷屏，CPU 飙高。

用固定间隔 + 上限策略：

// 在 PollDataLoop 里if(!IsConnected||(_tcpClient!=null&&!IsTcpReallyConnected())){if(IsConnected)ConnectionChanged?.Invoke(null,false);awaitTryReconnectAsync();awaitTask.Delay(3000,token);// 重连间隔 3 秒continue;}

3 秒间隔够用——PLC 重启通常 10-30 秒，3 秒一次重试，最多 10 次就重连上。比 1 秒间隔少 2/3 的重连次数，日志不刷屏。

进阶：指数退避

如果想要更智能的重连间隔，用指数退避——失败次数越多，间隔越长：

privatestaticint_reconnectAttempts=0;privateconstintMaxReconnectInterval=30000;// 最大 30 秒// 在重连逻辑里_reconnectAttempts++;varinterval=Math.Min(3000*_reconnectAttempts,MaxReconnectInterval);awaitTask.Delay(interval,token);// 重连成功后重置_reconnectAttempts=0;

第 1 次失败等 3 秒，第 2 次 6 秒，第 3 次 9 秒……最多 30 秒。避免长时间断线时无意义的频繁重连。

这个项目用的是固定 3 秒间隔，简单够用。灌装线 PLC 重启很快（10 秒内），不需要指数退避。

重连成功后恢复轮询

重连成功后不需要特殊处理——TryReconnectAsync成功后IsConnected变 true，下一轮PollDataLoop循环检测到已连接，直接读数据。

整个流程是自包含的——PollDataLoop 一直在跑，断线时自动重连，重连后自动恢复，不需要外部干预。

ConnectionChanged 事件：通知 UI

断线和重连都通过ConnectionChanged事件通知 ViewModel：

// MainWindowViewModel 订阅publicMainWindowViewModel(IServiceProviderserviceProvider){_serviceProvider=serviceProvider;PlcService.ConnectionChanged+=(s,connected)=>{// 切回 UI 线程更新绑定属性Application.Current.Dispatcher.Invoke(()=>{IsPlcConnected=connected;});};}

UI 上的状态指示灯绑定IsPlcConnected，断线变红，重连变绿。操作员一眼看到连接状态。

重连时的 UI 反馈

光变红不够，最好告诉操作员"正在重连"。加个中间状态：

[ObservableProperty]privatestringconnectionStatus="未连接";// 订阅事件PlcService.ConnectionChanged+=(s,connected)=>{Application.Current.Dispatcher.Invoke(()=>{IsPlcConnected=connected;ConnectionStatus=connected?"已连接":"断线，正在重连...";});};

UI 上显示ConnectionStatus，断线时显示"断线，正在重连…“，重连成功显示"已连接”。操作员知道系统在自动恢复，不是死机了。

踩坑记录

第三个坑很恶心。我朋友第一次写重连，只 new 了新 SerialPort，没 Dispose 旧的。结果旧串口还占着 COM 口，新串口 Open 失败（串口被占用）。必须先 Close + Dispose 旧的，再创建新的。

// ❌ 错误：没清理旧连接_serialPort=newSerialPort(...);// 旧的还占着 COM 口_serialPort.Open();// 失败：串口被占用// ✅ 正确：先清理再创建if(_serialPort?.IsOpen==true)_serialPort.Close();_serialPort?.Dispose();_serialPort=null;_modbusMaster=null;// 再创建新的_serialPort=newSerialPort(...);_serialPort.Open();

本篇小结

从断线就崩，到 3 次超时判定 + 自动重连 + UI 反馈——PLC 重启或网络抖动后，系统自动恢复，操作员看到"正在重连"知道系统在工作，不需要人工重启软件。

至此，Modbus 通信部分（05-08 篇）全部完成。下一篇开始讲数据持久化——把读上来的生产数据存到 SQLite，用 FreeSql ORM 自动建表。

下期预告

第9篇：SQLite 与 FreeSql ORM

我们将引入 SQLite 数据库 + FreeSql ORM，实现生产记录、报警记录、日志的持久化。涉及 DbProvider 封装、双检锁单例、AutoSyncStructure 自动建表、SQL 执行监控。