不依赖物理设备的协议演练：模拟器的设计与边界

没有设备时，返回几组随机 JSON 很容易，却跳过了连接、协议解析和读取过程。我在工业系统中加入可选的协议模拟器，让采集端通过真实软件协议读取虚拟点位，用于开发、演示和问题复现。

更新于 2026-09-09。依据模拟器设计、实现说明及 2026-09-07 运行记录整理；当前模拟范围为 Modbus 和 OPC UA，不覆盖 S7/MC 服务端模拟。

为什么采用同进程回环连接

模拟器与采集端可在同一 JVM 内运行：模拟端监听本地端口，采集端按普通设备配置连接回环地址。

ValueGenerator → 模拟点位存储 → Modbus / OPC UA 服务端
                                      ↑ 协议请求与响应
                            采集 Session → Handler
                                      ↓
                               规则、存储、页面

这样可以验证连接、协议编码与解码，以及数据进入后续处理的过程。它不依赖外部物理设备，但仍依赖本地 TCP/IP、端口和协议服务，不应称为“零网络依赖”。

同进程简化了部署，也让模拟与采集共享 CPU 和内存。它适合功能演练，不适合直接推导分布式网络延迟、设备处理能力或生产环境的故障隔离。

协议层与数据生成层分开

模拟器通过点位存储连接两类工作：协议层负责响应读写，生成层负责更新值。波形不需要知道值最终通过 Modbus 还是 OPC UA 被读取。

生成方式	适合验证的问题
constant	固定值、类型和缩放基准
counter	连续采集、回绕和变化检测
sine	趋势显示与采样关系
square	布尔状态与阈值切换
random	波动、边界和异常样例
ramp	渐变与周期复位

随机数据适合演示，但复现问题更适合固定值或可重复序列。生成周期与采集周期也不是同一个概念：1000 个点每秒更新一次，是每秒约 1000 次点位更新；若每个点每毫秒更新一次，则数量级完全不同。不能用混淆的单位论证单线程一定足够。

为什么只做两类协议

项目选择了与当前依赖和开发范围匹配的 Modbus、OPC UA 服务端方案。这能先验证寄存器、节点、类型与软件链路，而不用同时维护四套服务端实现。

这是一项范围取舍，不是“其他协议不存在模拟工具”的行业结论。需要测试 S7 或 MC 时，应使用对应工具或真实设备，并把结果与已有模拟演练分开记录。

配置模型区分端点、设备和点位

端点定义监听与协议服务，设备定义可管理的虚拟单元，点位定义地址、类型和生成方式。Modbus 多站号共享端点与独立端口是不同拓扑，不能简单把设备数当成监听端口数。

项目的一键镜像尝试从已有连接与模板派生模拟配置，减少两边手工对齐。它仍需检查协议范围、地址冲突和回环限制；自动生成了配置，不代表业务数据已经正确匹配。

运行开关与配置来源也应分开：模拟器是否启动，不应决定数据库中的模拟配置能否维护。YAML/DB 解决存储位置，模拟器开关解决是否运行。

手动写值为什么要冻结生成器

如果生成器每秒更新温度，手动写入一个测试值后，下个周期就会覆盖它。用户很难观察规则是否触发。

当前设计在手动写值时将点位标记为 frozen，生成器跳过该点位；恢复后再继续波形。采集端始终读取同一个点位存储，不需要知道值来自人工还是生成器。

这个功能适合构造“超限保持一段时间再恢复”的可控输入。它不能代替完整告警验收：还要分别观察规则判断、事件生成、通知结果与恢复记录。

模拟器 ID 不等于采集设备 ID

这是 3D 大屏联调中很具体的一次纠偏。运行记录里的关系是：

模拟器 SIM-WATER
    → sourceDeviceId = MODBUS-WATER（连接）
    → usage.templates = T-MODBUS-WATER
    → 采集指标 deviceId = T-MODBUS-WATER

不能靠添加或删除 T- 猜关联。一个连接还可能有多个模板，因此统计与模型选择需要使用明确映射。该轮有 11 个运行模拟器，但有效采集设备为 10 台，两个数字并不矛盾。

这也解释了为什么 3D 场景要以采集侧 ID 绑定数据，而不是给每个模拟器都画成“在线采集设备”。

已有运行记录与未覆盖范围

2026-09-07 的记录确认：10 台采集设备有 Modbus 或 OPC UA 模拟来源，点位持续变化，部分近期 MySQL 数据可查，并观察到采集与存储 WS 事件。

当时 MQTT 未启用，没有进行主动改值触发告警、断线重连全程和长期性能验证。因此可以说“模拟设备驱动的实际软件采集链路”，不能说所有输出和异常路径已经验收。

接口的调试便利也不是公开部署的授权策略。模拟器涉及启停与改值，应按演示环境边界管理，不能因为与主程序风格一致就默认开放。

实现入口包括模拟器 Registry、点位存储、生成器与镜像服务。它们为规则引擎、历史查询和系统展示提供了可控输入；物理设备兼容性仍需要单独验证。