前言
工业自动化领域，PLC（可编程逻辑控制器）是核心控制设备，而上位机软件常通过 Modbus RTU 协议与其通信。但开发和测试阶段，往往面临一个现实问题：没有真实的 PLC 设备，或者设备数量有限、调试成本高。有没有办法在不购买硬件的情况下，模拟一个功能完整的 PLC？答案是肯定的。
本文介绍一个基于 C# WinForm 开发的轻量级 PLC 模拟器，它不仅能模拟 D 寄存器（保持寄存器）和 M 寄存器（线圈），还支持串口通信、指令生成、数据持久化，配合虚拟串口工具，即可搭建完整的上位机测试环境。
项目介绍
项目本质上是一个 Modbus RTU 从站（Slave）模拟器。它运行在 Windows 上，通过 SerialPort 监听串口请求，并按照 Modbus 协议规范响应读写操作。
开发可以将其视为一台"虚拟 PLC"，用于测试 SCADA 系统、HMI 软件或任何基于 Modbus 的上位机程序。项目完全使用 C# 编写，界面直观，功能聚焦，特别适合学习、原型验证和日常调试。
项目功能
1、寄存器模拟
内置 65536 个 D 寄存器（ushort 类型）和 65536 个 M 寄存器（bool 类型），覆盖绝大多数三菱等主流 PLC 的地址空间。
2、实时监控与编辑
通过 DataGridView 实时查看和修改 D/M 寄存器的值，支持滚动浏览任意地址段。
3、**串口通信
支持配置 COM 口、波特率、数据位、校验位、停止位和流控，模拟真实 485 通信环境。
4、Modbus 指令生成器
可手动构造读取、单写、批量写入等标准 Modbus RTU 指令（如 01、03、05、06、0F、10 功能码），并自动计算 CRC 校验。
5、数据持久化
支持将当前寄存器状态保存为 .plc 文件，下次启动可加载恢复，便于复现测试场景。
6、从站 ID 可配置
默认 ID 为 1，可根据需要修改，适配不同主站配置。
项目特点
零硬件依赖：配合 VSPD（Virtual Serial Port Driver）等虚拟串口工具，可在一台电脑上创建成对的虚拟 COM 口（如 COM3/COM4），上位机连 COM3，模拟器连 COM4，实现闭环测试。
界面友好：深色主题搭配清晰的数据表格，支持按需刷新指定地址范围，避免一次性加载海量数据卡顿。
协议兼容性强：严格遵循 Modbus RTU 帧格式，支持常见功能码，能与大多数标准 Modbus 主站无缝对接。
开发即调试：直接在界面上修改寄存器值，上位机立刻能读到变化；反之，上位机写入的数据也会实时反映在表格中，极大提升调试效率。
代码结构清晰：核心逻辑集中在 SimpleModbusSlave 类中，UI 与通信解耦，便于二次开发或集成到其他项目。
项目技术
语言与框架：C# + .NET Framework + WinForm
串口通信：System.IO.Ports.SerialPort
协议实现：自研 SimpleModbusSlave，处理 Modbus RTU 请求解析、CRC 校验（查表法）、寄存器读写
数据存储：内存数组（ushort[] HoldingRegisters, bool[] Coils）
UI 刷新：通过 Timer 定时轮询更新 DataGridView，避免跨线程操作
文件格式：自定义文本格式（.plc），包含 [DRegisters] 和 [MRegisters] 两个节，便于人工检查
项目代码
public byte[] ProcessRequest(byte[] request){if (request == null || request.Length < 4) returnnull;// Check CRCif (!CheckCRC(request)) returnnull;byte slaveAddress = request[0];byte functionCode = request[1];if (slaveAddress != SlaveId) returnnull; // Ignore if not for us// Strip CRC for processing// request length includes 2 bytes CRCtry{switch (functionCode){case0x03: // Read Holding Registersreturn HandleReadHoldingRegisters(request);case0x06: // Write Single Registerreturn HandleWriteSingleRegister(request);case0x10: // Write Multiple Registers (16)return HandleWriteMultipleRegisters(request);case0x01: // Read Coilsreturn HandleReadCoils(request);case0x05: // Write Single Coilreturn HandleWriteSingleCoil(request);case0x0F: // Write Multiple Coils (15)return HandleWriteMultipleCoils(request);default:return GenerateExceptionResponse(functionCode, 0x01); // Illegal Function}}catch (Exception){return GenerateExceptionResponse(functionCode, 0x02); // Illegal Data Address (or other error)}}private byte[] HandleReadHoldingRegisters(byte[] request){// Request: [SlaveAddr][Func][StartAddrHi][StartAddrLo][CountHi][CountLo][CRC][CRC]ushort startAddress = (ushort)((request[2] << 8) | request[3]);ushort count = (ushort)((request[4] << 8) | request[5]);if (startAddress + count > HoldingRegisters.Length)return GenerateExceptionResponse(request[1], 0x02);byte byteCount = (byte)(count * 2);byte[] response = newbyte[3 + byteCount + 2]; // Addr, Func, ByteCount, Data..., CRCresponse[0] = SlaveId;response[1] = 0x03;response[2] = byteCount;for (int i = 0; i < count; i++){ushort val = HoldingRegisters[startAddress + i];response[3 + i * 2] = (byte)(val >> 8);response[3 + i * 2 + 1] = (byte)(val & 0xFF);}AddCRC(response);return response;}项目效果
启动程序后，选择虚拟串口（如 COM4），设置波特率（通常 9600），点击"打开"，模拟器即进入监听状态。此时，任何向该串口发送的合法 Modbus RTU 请求都会被解析并返回响应。
例如，上位机发送"读取 D100~D109"，模拟器会从内存数组中取出对应值打包返回。同时，用户可在界面中直接编辑 D105 的值为 1234，上位机下一次读取时就能看到更新。
指令生成器还能帮助开发快速构造测试报文，验证主站解析逻辑是否正确。整个过程无需任何物理 PLC，节省成本又提高效率。
项目源码
项目核心代码已完整提供，结构简洁，无外部依赖。
为了防止丢失，可以在评论区留言关键字「PLC模拟器」，即可获取完整源码地址。
总结
这个 PLC 模拟器虽小，却解决了工业软件开发中的一个关键痛点：让上位机开发不再受制于硬件。无论是学习设计，还是在家远程调试，它都能提供一个稳定、灵活、免费的测试环境。
更重要的是，通过这个工具能深入理解 Modbus 协议的底层机制，为后续开发更复杂的工业通信程序打下基础。如果大家正在做 Modbus 相关项目，不妨试试这个"虚拟 PLC"，或许能省下不少时间和设备预算。
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