Modbus-RTUは、工場や設備の現場で以前から使われてきた通信方式であるため、資料も多く、実際に触れる機会もよくあります。しかし、回線を直接接続して目で確認するにはRS-485コンバーターや実際の機器が必要なため、いざ試そうとすると手軽に扱えないことが多くあります。
この投稿では、まずModbusの概念を簡単に整理し、実際の機器を使わずにPC内だけでcom0com（仮想シリアルポート）とModbus Poll/Modbus Slave（テスト用プログラム）の2つを使って、通信を実際に構築してみる方法を紹介します。
1. Modbusとは？
Modbusは1979年に初めて作られて以来、現在でも産業現場で最も広く使われている通信プロトコルです。PLC、センサー、計測器、インバーターなどの機器は、異なるメーカーの製品であっても、この規格に合わせれば通信できるため、現在も新しい機器に採用され続けています。
Modbusの通信構造は、常に「マスター（Master）」と「スレーブ（Slave）」に分かれます。マスターが先に要求を送った場合にのみスレーブが応答する方式であるため、スレーブが自発的にデータを先に送ることはありません。1台のマスターに複数のスレーブを接続でき、各スレーブは固有のスレーブID（1～247）で識別されます。
このマスターとスレーブのやり取りが、物理的にどのような回線を通るかによって、Modbusは大きく2種類に分かれます。
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区分 |
Modbus TCP |
Modbus RTU |
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物理層 |
イーサネット（LANケーブル） |
RS-232 / RS-485シリアル |
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アドレスの識別 |
IPアドレス + ポート |
スレーブID（1～247） |
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フレーム構成 |
MBAPヘッダー + PDU |
スレーブID + PDU + CRC16 |
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特徴 |
ネットワーク構成が簡単で高速 |
配線が安価で長距離に伸ばせる（RS-485は1.2 km、最大32台）ため、現場の計測器や旧型機器で現在も広く使われている |
RTUフレームは、次のような非常に単純な構造です。
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Slave ID（1バイト） |
Function Code（1バイト） |
Data（可変長） |
CRC16（2バイト） |
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要求を受ける機器の番号 |
何をするか（読み取り／書き込みなど） |
レジスターアドレス、個数、値など |
エラー検出用のチェックサム |
よく使われるFunction Codeをいくつか知っているだけでも、ほとんどの実習を理解できます。
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03 (Read Holding Registers) — レジスターの値を読み取る。実習で最もよく使う。
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06 (Write Single Register) — 1つのレジスターに値を書き込む。
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01 (Read Coils) — On/Off値（ビット）を読み取る。
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16 (Write Multiple Registers) — 複数のレジスターに一度に値を書き込む。
RTU通信を行うには、マスターとスレーブで次の4つの通信パラメーターを正確に一致させる必要があります。Baud Rate（通信速度、例：9600）、Parity（パリティ、通常はNone）、Data Bits（通常は8）、Stop Bits（通常は1）です。このうち1つでも異なると、まったく応答がないか、壊れた値が返ってきます。
まとめ：RTUは「誰が（スレーブID）何を（ファンクションコード）どこから（アドレス）いくつ（個数）送受信するか」を非常に短いバイト列で表し、最後にCRCでエラーを検証するシンプルなプロトコルです。
2. 仮想シリアルポートでテストする理由
RTUを目で確認するには、本来RS-485コンバーター、ケーブル、そして応答してくれる実際のスレーブ機器が必要です。しかし、「通信そのものが正常に行われているか」だけを先に確認したいのであれば、このようなハードウェアなしでもPC内で再現できます。com0comはWindowsで無料で使用できるオープンソースの仮想ヌルモデムドライバーで、インストールすると内部的に接続されたCOMポートのペアを作成します。一方のポートに書き込んだバイトが、そのまま反対側のポートの受信バッファーに届くため、実際のケーブルで2台の機器を接続した場合と同じ状況を作れます。
この仮想ポートペアの両端にプログラムを1つずつ接続すれば、それぞれにマスターとスレーブの役割を担わせることができます。
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Modbus Slave — 仮想フィールド機器の役割。特定のアドレスに値を設定しておき、要求を受けると応答する。
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Modbus Poll — マスターの役割。スレーブから定期的に値を読み取ったり、書き込んだりする。
どちらのプログラムもWitte Software（modbustools.com）が提供する対になったWindowsユーティリティで、無料評価版でも基本的なテストには十分です。
3. com0comの設定
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com0comをダウンロードし、管理者権限でインストールします。
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インストールすると、デフォルトでCNCA0 ↔ CNCB0という名前のポートペアが1つ作成されます。設定画面で名前を任意のCOM番号に変更できます。ここでは、COM7（スレーブ側）とCOM8（マスター側）に変更したものとします。
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ポートオプションでは、「ボーレートエミュレーション」を有効にしておくことを推奨します。無効にすると、実際のシリアル回線とは異なり、データが通信速度に関係なく即座に伝達されます。しかし、一部のプログラムはフレームの終了を「文字間の無通信時間」で判断するため、タイミングが実際の機器に近い状態で進むほうが、テスト上は安全です。
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設定を保存した後、Windowsのデバイスマネージャーの「ポート（COMとLPT）」一覧にCOM7とCOM8が表示されることを確認します。
com0com設定画面の例 — COM7 ↔ COM8ポートペアおよびオプション（実際の画面はバージョンによって異なる場合があります）
デバイスマネージャー画面の例 — COM7、COM8ポートの確認
4. Modbus Slaveで仮想機器を作る
Modbus Slaveを起動してCOM7に接続し、通信パラメータを指定した値に設定します。
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ポート: COM7
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ボーレート / パリティ / データビット / ストップビット: 9600 / なし / 8 / 1
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スレーブID: 1
接続すると、レジスタ値を編集できる表が表示されます。SetupメニューでFunctionを03 Holding Registersに、開始アドレスを40001に、個数をいくつか設定した後、表の値をダブルクリックして任意のテスト値（例: 40001番地に1234）を入力しておきます。
Modbus Slave画面の例 — 左: Connection設定（COM7、9600-N-8-1、スレーブID 1） / 右: レジスタ値（40001=1234）
5. Modbus Pollで値を読み取る
次にModbus Pollを起動し、反対側のポートであるCOM8に接続します。通信パラメータはModbus Slaveと完全に同じ設定にします。
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ポート: COM8
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ボーレート / パリティ / データビット / ストップビット: 9600 / なし / 8 / 1（Slaveと同じ）
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スレーブID: 1（Slaveと同じ）
SetupメニューでRead/Write Definitionを開き、Functionを03 Holding Registersに、開始アドレスを40001、個数をModbus Slaveと同じように設定すると、Modbus Pollが一定間隔でCOM8 → (com0com) → COM7 → Modbus Slaveの順にリクエストを送信し、応答を受信して画面に表示します。先ほどSlave側に入力した値（1234）がそのまま表示されれば、通信は正常に行われています。
Modbus Poll画面の例 — 左: Connection/Read設定（COM8） / 右: 応答結果（40001=1234、Slaveと一致）
Modbus Slave側の画面で値をもう一度変更すると、Modbus Poll側の画面も次のポーリング周期で更新されることが確認できます。この2つがずれることなく値を送受信できていることを確認できれば、RTUフレームの送受信から通信パラメータの照合まで、実機なしで検証が完了したことになります。
6. 問題が発生したときに確認すること
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応答がまったくない場合（タイムアウト）: Modbus PollとModbus Slaveのボーレート・パリティ・データビット・ストップビットが正確に同じか、スレーブIDが一致しているかを確認します。
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ポートを開けない場合: 別のプログラムが同じCOMポートをすでに使用していないか確認します。（1つのポートを開けるのは1つのプログラムのみ）
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値がおかしく表示される場合（CRCエラーなど）: com0comのボーレートエミュレーションオプションと、両側の開始アドレス・個数の設定が同じレジスタを指しているかを確認します。
7. まとめ
まとめると、RTUとは結局、「スレーブID + ファンクションコード + データ + CRC」という短いバイト列を、定められた通信パラメータで送受信する仕組みです。そしてその流れは、実際の配線がなくてもcom0comで仮想COMポートのペアを作り、その両端にModbus Slave（仮想機器）とModbus Poll（マスター）を1台ずつ接続するだけで、RS-485配線や実際のフィールド機器なしに、Modbus-RTU通信全体の流れ — リクエストフレームの生成、シリアル送信、応答、CRC検証、値の表示 — を目で確認できます。リクエストフレームが作成され、シリアルで送信され、応答が返り、値が画面に表示される一連の過程を自分の目で確認できたなら、RTU通信の核心はすでにすべて確認できたと言えるでしょう。
ここまで、Modbusドライバーを使用して仮想ポート経由でテストする手順を実習しました。実際のRS-485機器が用意できれば、残る作業は多くありません。com0comの代わりに実際のRS-485コンバーターを接続したCOMポートを使用し、Modbus Pollの代わりに実際に使用するマスター機器またはソフトウェアに置き換え、ボーレート・パリティ・スレーブIDなどの通信パラメータをその機器の仕様に合わせて再設定するだけです。
参考資料
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Modbus Organization — https://www.modbus.org/modbus-specifications
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Modbus Application Protocol — https://www.modbus.org/file/secure/modbusprotocolspecification.pdf
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com0com – Null-modem emulator — https://sourceforge.net/projects/com0com/
Luna