RS-232C、RS-422、RS-485（シリアル通信）の概要
RS-232C、RS-422、RS-485は、化学プラントやFA製造現場などでよく使用される「シリアル通信による通信方式」を指します。
またシリアル通信とは、データを1bitずつ順番にかつ連続して送受信する通信方式になります。
イラストを作成しましたので、ご参照ください。
一般的に機器間の通信は「シリアル通信」か「パラレル通信」に分類されます。
シリアル通信
機器間のデータの送受信を一本もしくは二本利用する通信方式で、直列伝送方式とも呼称されます。前述したようにデータを1bitずつ連続的に送信します。
配線が少なくて済むことから低コストであり、また長距離にわたる通信が可能となります。
パラレル通信
機器間のデータの送受信を複数の通信線で行う通信方式で、並列伝送方式とも呼称されます。複数のbitを同時に送ることができますが、実際の所シリアル通信の方が幅広く利用されています。
回線が複数あることから、シリアル通信よりも高速通信が可能となりますがその反面、コストがかかることや、伝送路間のクロックずれによって長距離伝送が困難という欠点があります。
RS-232C、RS-422、RS-485といった製造現場でよく目にするこれら通信方式は、このシリアル通信にあたります。
これは製造現場においては各機器間の情報のやり取りに、抜けが許されないケースがほとんどだからです。他にも制御盤間で通信ケーブルを敷設すると、伝送距離が長くなることもしばしばあるため、シリアル通信が利用されています。
また製造現場以外でも、私生活の様々な場面で使用するUSBやイーサネットといった通信規格も、シリアル通信に大分されます。
RS-232C通信について
RS-232C（Recommended Standard 232）は、前述した通りシリアル通信に含まれる通信規格です。
厳密にはEIA(アメリカのエレクトロニクス業界の団体）によって確立されたインターフェース規格の事を指し、以前は最も汎用的に使われた方式でした。
基本的にはイラストにあるような1:１の通信、つまるところPC⇔PC間やPC⇔FA機器のやり取りで活躍しました。
その際はDサブ9ピン（もしくは25ピン）のケーブルを用いることが多く、古い工場にはまだまだこの規格が残っていると思われます。これは以下の特徴が起因します。
- 登場当時としては大容量通信を可能とする技術だった
- 構造が簡素で低コスト
より高速かつ複数台の機器と接続する規格が必要となったことから、後述するRS-422/RS-485といった通信規格へと立場を譲ることになりました。
RS-422/RS-485通信について
RS232C通信の後に登場したのがRS-422になり、以下の点が特徴となります。
- 二種類の信号電圧の差でデータを送る差動信号を採用
- 最長で1200m程度までの接続距離とることができる
- 1:１だけでなく1:N通信（マルチドロップ）が可能
- RS-232Cよりも高速通信であり、ノイズにも強い
直接的にはRS-232Cと互換性はありませんでしたが、両規格が混在している時代は、どちらにも対応した製品が出されていたようです。
またこのRS-422は1:N接続でしたが、さらに改良版のRS-485ではN:M通信が可能となります。
生産現場ではDサブ9ピンや25ピン以外に、マルチドロップ接続によるネットワーク構築が行われ、その際はネットワークの両端に終端抵抗と呼ばれる120Ωの抵抗を用意する必要があります。これは転送したデジタル信号が反射してノイズとなることを防ぐために設置されます。
RS-422/RS-485はともに一般のコンピュータネットワーク系の通信規格に比べ、低遅延であることからリアルタイム性を重視する生産現場には最適です。
このような経緯から、現在ではRS-485が多くのFA機器に搭載されています。
RS-485 4線式と2線式の違いについて
RS-485通信は生産現場で普及している通信規格ですが、4線式と2線式に分けられます。
下記のイラストを参照ください。
RS-485 4線式
全二重通信と呼ばれる方式で、データの送受信を行う方式です。
2本×2の計4本の電線を使用し、送信と受信をそれぞれの経路が担う同時双方向通信です。複数のノードが送受信を同時に行うことが出来るため、より安定した通信が可能です。
RS-485 2線式
半二重通信と呼ばれる方式で、データの送受信を行う方式です。
二本の電線路によって送信と受信を同時に行う非同時双方向通信であり、配線が少なくて済むため低コストというメリットがあります。
FA用途においてはこちらの配線方式の方が、個人的に多い印象です。
詳しくは製品のマニュアルを熟読することになりますが、違いを知っていると設計に役立つと思います。
通信パラメータの設定
RS-485などのシリアル通信を使用する際は、ネットワーク上の機器にそれぞれパラメータ設定を行う必要があります。
同一ネットワーク上の機器は、設定を同じくしなければ通信異常となるため、注意が必要です。
通信速度(bps)
1s間に何bitの情報を送信するかを示し、bit Per Secondの略です。300、600、1200、2400、4800、9600、19200とそれぞれ選択可能ですが、デフォルトでは9600が多い印象です。
通信速度が早ければ制御上は有利ですが、そのぶん伝送距離が短くなるため、バランスを考慮する必要があります。
スタートビット、ストップビット長
連続的に送られるデータ（0、１の信号）において、送信データの開始を示すのがスタートビット、終了を示すのがストップビットになります。
スタートビットは1bitで固定されており、対してストップビットは1bit、1.5bit、２bitの中から選択します。
データビット長
ひとかたまりのデータが何bitで構成さているかを示すものになります。
7bitか8bitから選択することが多く、7bitは「数値データ、アルファベット」、8bitでは「数値データ、アルファベット+カタカナ漢字」が表現できるようになります。
数値データのやり取りが必要となるため、FA用途では7bitを選択するケースが多いと思われます。
パリティビット
送信データはノイズなどの影響で、0と1のbitが不正確に伝わる可能性があり、これを検知するために用意されているのがパリティビットです。
設定値は「奇数(ODD)「偶数(EVEN)」「なし」の三種類から選択します。
代表的なパラメータは上記で、PLCなどでRS485通信を用いる場合、専用のラダープログラムを用意する必要があるため、製品の通信マニュアルを参考にすると良いと思います。
まとめ
- RS-232C、RS-422、RS-485はシリアル通信に分類される通信方式である。
- FA用途では現在RS-485が主流であり、2線式と4線式の違いがある。
- シリアル通信を行う際は、通信パラメータの設定が必要。
参考文献・サイト
- CONTEC「シリアル通信の基礎知識 – RS-232C / RS-422 / RS-485 -」https://www.contec.com/jp/support/basic-knowledge/daq-control/serial-communicatin/
- システムサコム工業株式会社「RS232C、RS422、RS485とは ～平衡と不平衡～」http://www.sacom.co.jp/lecture/rs422-rs485.html
- ジャパンセンサー株式会社「通信パラメータ(通信速度、パリティ、ストップビット、データ長)について教えてください。【電気一般について】」https://www.japansensor.co.jp/faq/940/index.html
- NATIONAL INSTRUMENS「RS-485シリアル通信で2線式と4線式の使用ピン」https://knowledge.ni.com/KnowledgeArticleDetails?id=kA00Z0000019M21SAE&l=ja-JP
- IBS JAPAN「RS-422/485について」https://www.ibsjapan.co.jp/tech/details/rs-422-485/rs-422-485-serial.html
- キーエンス株式会社「PLC通信の基本を学ぶ!! シリアル通信の基礎」https://www.keyence.co.jp/download/download/confirmation/?dlAssetId=AS_15769&deqwas_inflow=QGRzcDUwOnJfRU5PNEpDOVVTYVg5djd6ZDJWRGc6aXRlbTRkb2Nfdmlldzo6V1NfMTM5NzE3OlE&ad_local=recoassetbottom&wl=1
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