パソコンやネットワーク機器、工場の制御装置などで、「SERIAL」「COM」「CONSOLE」と書かれた端子を見かけたことはありませんか？これらは、機器同士でデータをやり取りしたり、パソコンから機器の設定や動作状態を確認したりする際に使われています。
現在のパソコンではUSBやネットワーク接続が一般的ですが、業務機器では今でもシリアル接続が利用されています。
この記事では、シリアル接続の仕組みや端子の種類、通信規格の違い、USBからの接続方法について紹介します。
シリアル接続とは？
シリアル接続とは、データをビット単位で順番に送る通信方式を利用した接続です。以前のパソコンでは、モデムやマウスなどの接続にも使われていました。現在では、計測器や制御装置、ネットワーク機器の設定などに使用されています。USBも広い意味ではシリアル通信の一種ですが、ここでは主にRS-232などを利用した業務機器との接続を紹介します。
シリアル接続に関係する用語には、次のようなものがあります。
| 用語 | 意味 |
|---|---|
| SERIAL | シリアル通信に使う接続口を示す表示 |
| COM | パソコンでシリアル通信ポートを識別する名称 |
| CONSOLE | 機器の設定や状態確認に使用する管理用の接続口 |
| RS-232 | シリアル通信で使用する電気信号などの規格 |
| D-sub | シリアル通信などに使われるコネクターの形状 |
例えば、Windowsでシリアル接続を利用するときには、「COM1」「COM3」などの番号を指定することがあります。この番号はパソコンが通信ポートを識別するためのもので、接続先の機器や使用する端子の形状を示しているわけではありません。
シリアル接続で使われる端子
シリアル接続では、9ピンD-sub端子が広く使われてきました。D-subは、金属製の外枠がD字形に近い形をしたコネクターです。9ピンのほか、25ピンなどの種類もあります。
9ピンD-subのプラグ側
9ピンD-subのジャック側
ただし、9ピンD-sub端子が付いていれば、必ずRS-232に対応しているとは限りません。
同じ形状でも、通信方式やピンの割り当てが異なる機器があります。
ネットワーク機器のCONSOLE端子
ルーターやスイッチなどのネットワーク機器には、「CONSOLE」と表示された管理用端子が搭載されていることがあります。コンソール接続は、パソコンから機器の設定を変更したり、動作状態を確認したりするために使用します。例えば、ネットワーク経由で管理画面に接続できない状況でも、コンソール端子から機器を操作できる場合があります。
コンソール端子には、9ピンD-subのほか、LAN端子に似たRJ-45形状やUSBを使用する製品もあります。
RJ-45形状のコンソール端子は、見た目がLAN端子と似ていても、Ethernet通信を行う端子とは限りません。
一般的なLANケーブルをそのまま使用できるとは限らないため、機器の説明書で指定されたコンソールケーブルを使ってください。
RS-232・RS-422・RS-485の違い
シリアル通信には、RS-232のほかにRS-422やRS-485などの規格があります。これらは、機器間でデータを送るための電気信号の方式などが異なります。
| 規格 | 主な特徴 | 使用される機器の例 |
|---|---|---|
| RS-232 | 主に2台の機器間で通信する方式 | 計測器、ネットワーク機器の設定端子 |
| RS-422 | 差動信号を使い、比較的長距離の通信に対応 | 産業機器、制御装置 |
| RS-485 | 差動信号を使い、複数の機器で通信路を共有できる | 工場設備、各種制御機器 |
RS-232は、以前のパソコンで広く利用されていた方式です。パソコンと計測器など、2台の機器を接続する用途に向いています。
一方、RS-422とRS-485では、「差動信号」と呼ばれる方式を使います。差動信号は、2本の信号線の電圧差を利用してデータを伝える仕組みです。外部から入り込む電気的なノイズの影響を抑えやすく、比較的長いケーブルを使用する環境に適しています。
RS-422は1つの送信器から複数の受信器へ信号を送る構成にも対応します。RS-485は複数の機器が同じ通信路で送信する構成に対応しており、工場設備などで利用されています。ただし、RS-232とRS-422・RS-485では電気信号の方式が異なるため、対応していない機器同士をケーブルだけで直接接続することはできません。
接続には、両方の方式に対応した変換器が必要です。
ストレートケーブルとクロスケーブルの違い
シリアル接続では、端子の形が同じでも、ケーブル内部の配線が異なる場合があります。代表的なのが「ストレートケーブル」と「クロスケーブル」です。
ストレートケーブル
ストレートケーブルは、基本的に両端の同じ番号の接点同士を接続したケーブルです。例えば、片側の2番ピンが反対側の2番ピンへ、3番ピンが3番ピンへつながる構成です。
クロスケーブル
クロスケーブルは、機器の送信信号と、相手側の受信信号がつながるように配線を交差させたケーブルです。RS-232で使用するクロスケーブルは「ヌルモデムケーブル」とも呼ばれます。
ストレートとクロスの配線の違い
シリアル通信では、機器の種類によって送信と受信の信号が割り当てられています。
RS-232には、パソコンなどの端末側を示す「DTE」と、モデムなどの通信装置側を示す「DCE」という区分があります。接続する機器がDTEなのかDCEなのかによって、ストレートとクロスのどちらが必要になるかが変わります。また、クロスケーブルにも送受信の信号線だけを交差させるものと、通信制御用の信号線も配線するものがあります。そのため、9ピンD-subで接続できるからといって、どのシリアルケーブルでも使用できるわけではありません。
接続する機器の説明書で、必要なケーブルとピン配置を確認してください。
なお、LANケーブルにもストレート・クロスという種類がありますが、シリアルケーブルとは信号方式も配線の目的も異なります。
シリアル通信の設定項目
シリアル接続では、ケーブルをつなぐだけでなく、通信する機器同士の設定を合わせる必要があります。設定が一致していないと、データを正しく読み取れず、文字化けしたり通信できなかったりする場合があります。代表的な設定項目は次のとおりです。
| 設定項目 | 役割 |
|---|---|
| 通信速度（bps） | 1秒間に送るビット数 |
| データビット | 1回のデータ単位に含めるビット数 |
| パリティ | 通信エラーを検出するための設定 |
| ストップビット | 1回のデータの終わりを示す設定 |
| フロー制御 | データの送受信量やタイミングを調整する機能 |
通信速度とデータ形式の設定例
例えば、機器の説明書に次のような通信条件が指定されている場合があります。
| 項目 | 設定例 |
|---|---|
| 通信速度 | 9600bps |
| データビット | 8ビット |
| パリティ | なし |
| ストップビット | 1ビット |
| フロー制御 | なし |
このうち、データビット8・パリティなし・ストップビット1の組み合わせは「8N1」と表すことがあります。接続ソフトでは、「9600bps・8N1」のように設定します。フロー制御についても機器の指定に合わせてください。これは設定の一例であり、すべてのシリアル機器に共通する値ではありません。
また、通信方式がRS-232で一致していても、通信速度やデータ形式が異なれば正しく通信できません。機器の説明書に記載された設定値を、そのまま接続ソフトへ入力するのが基本です。
USBからシリアル機器へ接続する方法
現在のノートパソコンには、9ピンD-subなどのシリアル端子が搭載されていないものが多くあります。こうしたパソコンでも、「USBシリアル変換アダプター」を使用すれば、対応するシリアル機器と通信できる場合があります。例えば、USB端子しかないパソコンからRS-232対応の業務機器へ接続する場合です。
① パソコン
USB端子を使って接続し、シリアル通信用のソフトウェアを使用します。
② USBシリアル変換アダプター
USBの通信を、対応するRS-232の信号へ変換します。
③ 接続先の業務機器
接続先のシリアルポートやコンソール端子を使用します。端子の形状は機器によって異なります。
WindowsでCOMポート番号を確認する
USBシリアル変換アダプターを接続すると、Windowsで「COM3」「COM4」などの通信ポートとして認識されることがあります。Windows 11では、次の手順で確認できます。
- ［スタート］を右クリックし、［デバイス マネージャー］を開く
- ［ポート（COMとLPT）］の項目を確認する
- USBシリアル変換アダプターに割り当てられたCOMポート番号を調べる
- 接続ソフトで同じCOMポート番号を指定する
- 通信速度などの条件を接続先の機器に合わせる
例えば、変換アダプターがCOM3として認識されている場合、接続ソフト側でもCOM3を指定します。［ポート（COMとLPT）］が表示されない場合は、変換アダプターが正しく認識されていない可能性があります。必要なドライバーがインストールされているか、接続したUSB端子やデバイスの認識状態を確認してください。
RS-422・RS-485へ接続する場合
USBシリアル変換アダプターには、RS-232対応のほか、RS-422やRS-485に対応する製品もあります。RS-485対応機器へ接続する場合は、RS-485に対応した変換器が必要です。また、RS-485には2線式や4線式などの構成があるため、使用する機器の仕様に合った製品と配線が必要になります。
なお、USB端子を直接備えたネットワーク機器のコンソール接続では、機器指定のUSBケーブルやドライバーを使用します。USBからRS-232へ変換する場合とは、必要な接続方法が異なります。
接続できない・文字化けする場合
シリアルケーブルを接続しても通信できない場合は、パソコン側の設定から順番に確認してください。
| 症状 | 確認する内容 |
|---|---|
| COMポートが表示されない | USB変換アダプターの認識、ドライバー |
| 接続ソフトでポートを開けない | COMポート番号、ほかのソフトによる使用 |
| 画面に何も表示されない | 通信速度、配線、通信方式、機器側の出力状態 |
| 文字化けする | 通信速度、データビット、パリティ、ストップビット |
| 一部の通信だけ失敗する | フロー制御、ケーブルの結線、機器側の通信条件 |
例えば、接続先が9600bpsに設定されているのに、パソコン側を115200bpsにしていると、正常に文字を読み取れないことがあります。また、通信速度が正しくても、ストレートとクロスのケーブルを取り違えていると通信できない場合があります。
設定が合っているのに通信できないときは、ケーブルの種類やピン配置、RS-232・RS-422・RS-485の信号方式を確認してください。
機器本体の設定を変更する前に、パソコン側のCOMポート番号・通信設定・ケーブルを確認することをおすすめします。
業務機器のコンソール接続で注意すること
ネットワーク機器や業務機器のコンソール端子は、機器の設定や動作状態を確認するためのものです。通常のネットワーク接続とは別の経路で管理できるため、ネットワーク設定に問題がある場合の調査にも使われます。
一方、コンソール接続からは、ネットワーク設定や機器の動作に関わる重要な項目を変更できる場合があります。誤った設定変更によって通信や業務が停止することもあるため、会社で使用している機器は管理者が指定する権限と手順に従って操作してください。
また、CONSOLEと表示された端子に、見た目が似ているという理由だけで一般的なLAN機器を接続しないでください。端子の形状だけでなく、機器の説明書に記載された通信方式と指定ケーブルを確認することが重要です。