【初心者向け】RS-232CとRS-422って何が違うの？｜それぞれの特徴を分かりやすく解説

工場の中では、様々な設備同士が連携して稼働しています。

これらの設備は単体で考えて動くだけでなく、他の設備と情報を共有しながら連動して動いていることが多いです。

そんな設備間で情報をやり取りするために行われること、それが「通信」です。

通信は様々な方法や規格が存在しますが、工場内の設備でよく使われるのが「RS-232C」及び「RS-422」と呼ばれる通信規格です。

この記事では、それらの通信規格がどのようなものなのか、特徴や違いについて分かりやすく解説していきます。

そもそも「ＲＳ〜」って何？

「RS-232C」と「RS-422」はともにシリアル通信に分類される通信規格の一種です。

シリアル通信とは、複数のデータを1つずつ順番に連続で送受信する通信方式で、電子機器の中ではデータは全て２進数（０か１）で処理されています。

この２進数のデータは、電気信号を使って送信側から受信側へ送られます。

しかし、あらかじめお互いの間でルールを決めておかないと、受信側は「どのような状態が”0″で、どうなれば”1″なのか」を正しく判断することができません。

引用先：CONTEC（シリアル通信とは）

この電気信号での通信を標準化したのが「RS-〜」という通信規格なんです。

かつて、アメリカに「EIA」という電子機器や通信機器の規格を標準化していた団体が存在し、そのEIAが策定した規格として知られています。

どうやってデータを伝達しているの？

「RS〜」はシリアル通信の一種であることをお伝えしました、では設備間をケーブルで接続して実際どのような方法でデータを伝達しているのでしょうか。

RS〜は電圧の変化でデータを伝達している！

RS〜の通信がどのようにデータを伝達しているかというと、実は「電圧の変化」を利用しています。

例えば、接続したケーブルに掛ける電圧が0Vなら「0」、＋5Vなら「1」という風にルールを決めておき、「0・0・1・0・・・」という２進数のデータを電圧の上がり下がりで表現して伝達するといった具合ですね。

RS-232CやRS-422は、いずれもこの「電圧の連続的な変化でデータを伝達する」仕組みでシリアル通信を行っています。

電流の変化でデータを伝達する方式もある

通信の方式には、これまで解説した「電圧の変化」を利用する方式の他に、「電流の変化」を利用する方式のものも存在します。

この方式は、例えば接続したケーブルに流れる電流が4mA以下なら「0」、20mA以上なら「1」という風にルールを決めて、「0・1・1・0・・・」という２進数のデータを電流の強弱で表現するという技術です。

このような通信方式を「カレントループ」と言い、かつてはよく使われていました。

RS-232Cの特徴

RS-232Cは、1969年に策定された古い通信規格で、昔から制御機器やコンピュータなどと通信するために使われてきました。

新規で装置を導入する場合などは、機器間の通信はイーサネットで行われるケースが増えてきましたが、FA関連の設備においてはまだまだ現役の通信規格です。

RS-232Cの配線

RS-232Cの配線例の1つが上図の通りです。

「ＴＸＤ」はデータ送信、「ＲＸＤ」はデータ受信、「ＳＧ」はシグナルグランドを表しています。

つまり、「ＴＸＤ−ＳＧ間で何ボルト？」・「ＲＸＤ−ＳＧ間で何ボルト？」という風に、データ送信及び受信とSGとの間の電圧が何ボルトかによって、「0」なのか「1」なのかを表現しているわけですね。

ちなみに、ＤＴＲ（ＥＲ）はデータ端末レディ、ＤＳＲ（ＤＲ）はデータセットレディを表します。

データ端末レディは「自分は正常に動作しているよ」を相手に知らせる為、データセットレディは「相手が正常に動作しているよ」を相手から受け取る為の信号線です。

特にこの信号をやり取りしない場合は、図のように短絡しておけば通信ができます。

信号線の電圧

RS-232Cは以下のように規定されています。

• データ”0″：＋5 〜 ＋15V
• データ”1″：ー5 〜 ー15V

そのため、ＴＸＤ−ＳＧ間もしくはＲＸＤ−ＳＧ間に上記の電圧を正確な時間間隔で掛ければ、「０」なのか「１」なのかが分かるようになります。

引用先：ｼｽﾃﾑｻｺﾑ工業株式会社（RS232CとRS422）

電圧の幅については各社バラツキがあるようですが、大体±６〜１０ボルトぐらいで通信しているようです。

通信速度

RS-232Cの最大通信速度は20kbps以下とされています。

通信距離

RS-232Cで通信する場合、機器間のケーブル長は最大15mとされています。

そのため、離れたところにある機器との通信にはあまり向きません。

あくまで同じ部屋内といった直ぐ近くにある機器同士の通信に向いていると言えるでしょう。

RS-232Cのメリット・デメリット

RS-232Cには次のメリット・デメリットがあります。

RS-232Cのメリット

少ない配線でシリアル通信が可能

RS-232Cは最低3本の通信線があれば、制御機器同士をシリアル通信で接続することができます。

そのため、構造が簡単で導入コストを抑えやすいというメリットがあります。

対応している機器が非常に多い

RS-232Cは何十年も前から使われている古い規格ですが、まだまだ現役で使える非常に汎用性の高い通信規格です。

そのため、最近のＦＡ機器や産業用機器においても対応している機器が非常に多く、入手が容易というメリットも存在します。

RS-232Cのデメリット

外部からのノイズに弱い

RS-232Cはデータの”0″か”1″かの判定を単純な電圧の上下で行っています。

そのため、外部からのノイズによりこの電圧が乱されてしまうと、通信に影響が出てしまうというデメリットがあります。

機器間の通信距離が短い

機器間で接続できるケーブル長が最大15mという通信距離の短さも、RS-232Cの大きなデメリットの1つです。

配線長が長くなるほどノイズを拾いやすくなることや、電線の電気抵抗が増えることから送信側の電圧と比べて受信側の電圧が弱まってしまうことなどが、通信距離が伸ばせない要因となっています。

機器間の通信速度が遅い

RS-232Cは通信速度が遅いというデメリットがあります。

ただし、設備間の通信はあまりデータ量が多くないことから、この点についてはあまりデメリットと感じる場面は少ないでしょう。

RS-422の特徴

RS-422はRS-232Cのデメリットを改良した通信規格で、様々な優位性をもっています。

RS-422の配線

RS-422の配線例は上図の通りです。

「ＴＸＤ＋」と「ＴＸＤー」はデータ送信、「ＲＸＤ＋」と「ＲＸＤ−」はデータ受信、「ＳＧ」はシグナルグランドを表しています。

RS-422はデータ送信用とデータ受信用の信号線がそれぞれ”＋”と”ー”の２本ずつあり、ツイストペア線で構成されています。

信号線の電圧

電圧レベルの高低で信号を判別するRS-232Cとは違って、RS-422は2本の信号線の電圧差で信号を判別します。

これを差動信号伝送と言います。

具体的には以下の通りです。

引用先：株式会社ﾗｲﾝｱｲ（RS-422とは）

まず伝送データの”０”を表現する場合は、TXD＋の信号線の電圧を0V、TXD−の信号線の電圧を＋2〜＋6Vにします。

すると、TXD＋とTXDーの電圧差は、０ー（＋２〜＋６）＝ー２〜ー６Ｖになります。

一方、伝送データの”１”を表現する場合は、TXD＋の信号線の電圧を＋2〜＋6V、TXDーの信号線の電圧を0Vにします。

すると、TXD＋とTXDーの電圧差は、（＋２〜＋６）ー０＝＋２〜＋６Ｖになります。

つまり、TXD＋とTXD−の電圧差が−2〜−6Vになる場合は「0」、TXD＋とTXD−の電圧差が＋2〜＋6Vになる場合は「1」とデータの受け手は判断します。

RS-422はこの一連の電圧変化を正確な時間間隔で行うことで通信しています。

通信速度

RS-422の通信速度は最大10Mbpsと、RS-232Cと比べてかなり高速で通信することが可能です。

通信距離

RS-422で通信する場合は機器間のケーブル長が最大1,200mと、RS-232Cと比べてかなり遠くまで通信を行えるのが大きな特徴です。

そのため、広い工場内であったとしても、離れた設備同士の通信においてはRS-422でほぼ対応することができます。

RS-422のメリット・デメリット

RS-422には次のようなメリットとデメリットがあります。

RS-422のメリット

外部からのノイズに強い

RS-422はその独自の通信方法によってノイズに強いというメリットがあります。

RS-232Cの場合は、単純に信号線の電圧レベルが高いか低いかで判断されていました。

しかし、この方法だと外部からノイズが加わってしまうと、電圧が乱れて誤判断してしまう可能性があります。

一方、RS-422の場合は２種類の信号線の電圧差で”０”か”１”を判断するため、外部からノイズが加わったとしても、2種類の信号の電圧が同じように乱れるため、結果が変わりにくくなります。

引用先：EDN JAPAN（差動信号伝送のﾒﾘｯﾄ）

例えば、伝送データ”１”を送信するときに、TXD＋とTXDーの信号線がノイズの影響を受けた場合を考えてみます。

TXD＋は本来＋２〜＋６Ｖを出力し、TXDーは０Ｖを出力するのですが、ノイズによってどちらも影響を受け電圧が＋１０Ｖ高くなったとします。

すると、TXD＋は＋１２〜＋１６Ｖとなり、TXDーは＋１０Ｖに電圧波形が乱れます。

ですが、TXD＋からTXDーの電圧を引くと、（＋１２〜＋１６）ー（＋１０）＝＋２〜＋６となるため、データの受け手は「”１”が伝送されてきたな」となるわけですね。

このように、乱れた信号同士を引き算することで「結局、計算の結果は変わらないよね」という事象を上手く利用したのがRS-422の大きな特徴です。

機器間の通信距離が長い

RS-422は機器間を接続できるケーブル長が最大1,200mまで対応していることから、RS-232Cでは届かなかった離れた機器同士と通信を行うことができます。

これにより、広い工場内であってもほとんどのケースにおいて通信距離に困ることはないでしょう。

機器間の通信速度が速い

RS-422は電圧の振幅が比較的低いため、信号の立ち上げと立ち下がりの時間が短くなることから、高速通信が可能というメリットがあります。

RS-422のデメリット

RS-232Cよりも必要な配線数が多くなる

RS-422は差動信号伝送方式を採用していることから、RS-232Cと比較して必要な配線数が多くなります。

そのため、RS-232Cと比較して配線のコストが上がるというデメリットがあります。

また、信号線の本数やコネクタのピン配列が異なることから、RS-232CからRS-422に通信方式をすぐに変更することができない点にも注意が必要です。

終端抵抗が必要になる

RS-422の場合、送信した信号が受信側の末端で反射して再び送信側に戻り、それが通信に悪影響を及ぼすことがあります。

これを防ぐために、受信側の末端部分に「終端抵抗」と呼ばれる抵抗を取り付ける必要があります。

この終端抵抗によって、信号の反射を抑える働きをしてくれます。

終端抵抗がないと絶対通信が出来ないということはありませんが、通信が不安定になるなどの問題が発生する可能性があるため、必ず取り付けるようにしてください。

まとめ

以上、FA設備のシリアル通信でよく使われる規格である「RS-232C」と「RS-422」の特徴について解説しました。

どちらにもメリット・デメリットが存在しますので、状況に応じて使い分けることが重要です。それぞれの特性を理解して上手に取り入れていきましょう。

	RS-232C	RS-422
伝送方式	シングルエンド伝送	差動信号伝送
配線数	少ない	やや多い
最大通信速度	20kbps	10Mbps
最大通信距離（ｹｰﾌﾞﾙ長）	15m	1,200m
ノイズの耐性	弱い	強い