「PLCでのシリアル通信 〜LAN変換器を用いるメリットとデメリット〜」

LAN変換器を用いる一番のメリットは、遠隔監視（長距離通信）が出来るようになる点だと考えます。

主なシリアル通信規格の最大ケーブル長は、RS-232Cが15m、RS-422/485が1200mに対して、LANケーブルの最大長は100mですが、周知の通りHUBを用いて通信距離の延長が可能です。オフィスはもちろん工場や物流倉庫でもEthernet環境は最も普及しているため、配線工事などの手間も少なく、容易に遠隔監視環境を整えることが可能です。

図1. 変換器を用いた遠隔監視イメージ

また、RS-232Cはシングルエンド伝送呼ばれる通信方式でノイズに弱いため、RS-422/485と比べ最大ケーブル長が15mと短いです。無理にケーブル長を伸ばすとノイズによる通信不良を起こす恐れがあるため、そういった場合にも活用することが可能です。

シリアル通信には様々なプロトコルが存在し、プロトコルによりデータの区切り方が異なります。
例えば、これまでの技術レポートでも触れられてきているModbus RTU通信では、3.5文字分の無受信データ時間(…サイレントインターバル)を区切りとすることが定められています。また、シリアル通信では独自のプロトコルが実装されている場合も多く、経験上は終端文字を区切りとしていることが多いです。
終端文字を区切りとする場合でも、データ部の最終キャラクタを終端文字とする場合や、最終キャラクタはチェックサムとし、その手前のキャラクタを終端文字とするケースも存在します。

LAN変換器では、シリアル側から受信したデータをどのようにパケット化してLAN側に送出するか、要はデータの区切り方を設定で容易に指定することが可能です。例えばですが、私が実際に使用したLINEEYE社の変換器『SI-65』では、内部にLANTRONIX社の「XPort」という変換モジュールが使用されており、下記のパケット化設定が選択可能でした。

• 無受信データ時間による区切り判定（…12, 52, 250, 5000msから選択）
• デリミタ文字(1 or 2byte)による区切り判定
• デリミタ文字(1 or 2byte)による区切り判定＋最後にチェックサム文字(1 or 2byte)

そのため、使用するコントローラでデータの受信処理が難しい場合は、 LAN変換器を使用することで、シリアル通信側のプロトコルに依存したデータの区切り方を意識せず、Ethernet通信で容易に受信処理を実装することが可能となります。

当然ですが、LAN変換器を使用することで上位コントローラ側にシリアル通信ポートが用意できなくても通信が可能になります。

レアケースではありますが、先述のようにシリアル通信モジュールが入手困難といった場合でも、Ethernet通信が可能であれば対象機器と通信することが可能です。また、PLCでは通信モジュールを装着するためには空きスロットが必要ですが、空きスロット不足＆ベース増設不可といった場合でもLAN変換器の活用を検討してみる価値はあると思います。

メリットと言えるか微妙ではありますが、コントローラ側でシリアル通信処理を実装しなくてよくなるため、「シリアル通信処理はよく分からない！」「実績のあるEthernet通信処理プログラムを使用したい！」といった場合でも活用してみて良いかもしれません。

情報システムあるいはネットワーク構築において、基本的にはシンプルな構成であればあるほど通信不良等のトラブルが起きにくいと考えられます。LAN変換器を追加することで、当然、LAN変換器本体が故障する可能性も考えられますし、LANケーブルやHUBといったEthernet側の不具合リスクが発生します。

さらに、通信不良が発生した際の原因切り分けという面においても、シリアル通信側で問題が発生しているのか？ Ethernet通信側で問題が発生しているのか？ の切り分けが必要になるという点でデメリットになります。対策としては、LAN変換器本体に送受信(SD/RD)状況がLEDランプ等で分かるような製品を選定し、極力見えやすい位置に設置しておくことで、通信不良発生時の切り分けに役立てることができると考えられます。

LAN変換器を使用する場合は、変換器本体に対して電源供給が必要となります。
PLCの通信モジュールであれば、スロットに装着するだけで電源ユニットからベース経由で電源供給されるということを考えると、電源の準備や配線作業が増えるという点でデメリットであると言えます。

当然ですが、LAN変換器は通信ケーブル繋いで電源投入すればすぐに使用できるというものではありません。LAN変換器本体にシリアル通信とEthernet通信に関する設定を行うことで、正しく通信出来るようになります。新規立ち上げ時もそうですが、変換器本体が劣化や故障してしまい交換が必要な場合も同様のセットアップ作業が付きまといます。

PLCのシリアル通信モジュールであれば、基本的にはCPUで通信設定を持っていることが多く、通信モジュールはせいぜい物理スイッチの切り替えが数点あるかどうかですので、それと比較するとデメリットであると言えます。さらに、作業手順が増えるということは、設定間違いのようなヒューマンエラーにも注意が必要です。