【Modbus通信とは】RTU/ASCII/TCPの違い・ライブラリ

シリアル通信の1つであるModbusとは？RTU/ASCII/TCPの違い・ライブラリについて解説します。

【Modbusとは】RTU/ASCII/TCPの違い

Modbus（モドバス）とは、Modicon社がPLC (プログラマブルロジックコントローラ) 用途に開発したシリアル通信プロトコルです。通信方式はマスタ・スレーブ方式で、マスターからのクエリー（コマンド：通信の開始）とスレーブからの応答メッセージで通信します。
このように、通信プロトコルは規定されていますが、物理レイヤ（RS-232-C、RS-485、イーサネットなどの通信媒体）は規定されておらず、通信媒体の違いで主に以下の３つに別れます。

種別	概要
Modbus/RTU	●1byte（8bit）のデータをそのまま伝送（ASCIIより伝送効率が良いため、RTUが主流） ●エラーチェック：CRC法
Modbus/ASCII	●1byte（8bit）のデータを2文字のASCIIコードに変換して伝送（RTUより伝送効率が悪い） ●エラーチェック：LRC法
Modbus/TCP	●ModbusメッセージをTCP/IPネットワークに乗せて送信 ●マスタ／スレーブ通信だけでなく、1対1通信も可能 ●産業用イーサネットで最も一般的

【Modbus/RTU】データフレームの構成

項目	概要
開始	3.5文字分のサイレントインターバル。
スレーブアドレス	1byte。マスタが要求するスレーブアドレス（1～247）を表す。「0」はブロードキャストクエリを表し、ファンクションによって指定可能。
ファンクションコード	1byte。要求の種類を示す。
クエリデータ	Nbyte。ファンクションに対応するデータフォーマットが定められている。
エラーチェック	Nbyte。CRCチェック法。
終了	3.5文字分のサイレントインターバル。

ファンクションコードの例

Modbus通信では、一般的に「コイル」「入力ステータス」「入力レジスタ」「保持レジスタ」の4種類のデータ領域に対してコマンドで読み書きします。
各データに対する読み書き用のファンクションコードは固定で用意されています。
固定で用意されたファンクションコード以外に、独自に定義したファンクションコードを使用することもできます。

ファンクションコード	機能
01	コイル読み出し
02	入力読み出し
03	保持レジスタ読み出し
04	入力レジスタ読み出し（Read Input Register）

例えば、ファンクションコードが04の場合、マスタから送信される要求メッセージとスレーブから送信される応答メッセージのフォーマットは以下のようになります。

●マスタからの要求メッセージ

項目	概要
0x00	スレーブアドレス
0x01	ファンクションコード
0x02	開始アドレス（上位バイト）
0x03	開始アドレス（下位バイト）
0x04	レジスタ数（上位バイト）
0x05	レジスタ数（下位バイト）
0x06	CRC

●スレーブからの応答メッセージ

項目	概要
0x00	スレーブアドレス
0x01	ファンクションコード
0x02	バイト数
0x03	データ1（上位バイト）
0x04	データ1（下位バイト）
0x05	データ2（上位バイト）
0x06	データ2（下位バイト）
︙	︙
0xN-2	データN（上位バイト）
0xN-1	データN（下位バイト）
0x0N	CRC

【応用例】実機検証、プログラミング

Modbusの通信を実機検証、プログラミングした結果を以下にまとめました。

ライブラリ名	概要
動作検証①	マスタ側はシミュレータソフト（Modbus_Tool）、スレーブ側は実機（温度湿度センサ：WTR10-E）でModbus/RTU通信テストを行いました。
動作検証②	マスタ側はシミュレータソフト（Modbus_Tool）、スレーブ側もシミュレータソフト（Modbus Slave）でModbus/RTU通信テストを行いました。
動作検証③	マスタ側はシミュレータソフト（Modbus_Tool）、スレーブ側もシミュレータソフト（ModRSsim）でModbus/RTU通信テストを行いました。
libmodbus	C/C++言語向けのオープンソースライブラリ
pymodbus	Python向けのオープンソースライブラリ

【製品】Modbusシミュレータ、機器

製品名	概要
Modbus Poll/Slave	Modbus Pollはマスターのシミュレータソフト、Modbus Slaveはスレーブのシミュレータソフトです。有償ソフトですが、起動後１０分間は無料で使えます。
Diagslave Modbus Simulator	Windows/Linuxに対応したModbus slave/masterの無料ソフトです（ただしCUIアプリ）。