シリアルCOMポートとUSBポート
シリアルポートとUSBポートの違いについて知りたいのであれば、ここはぴったりの場所です。シリアルポートとUSBポートについて知っておくべきこと、そしてこれら両方の通信ポートが産業現場でどのように使用されているかについて説明します。
シリアルポートとは
シリアルポートは、1960年代初頭に導入されたシリアル通信インターフェースです。これらは、データを順次送受信し、一度に1ビットのデータを送受信するために使用されます。最も一般的なシリアルポートはRS-232ポートで、1960年代初頭の多くのコンピューターに標準搭載されていました。その他の関連規格には、RS-485とRS-422があります。現代のPCではこれらのポートの使用はなくなっていますが、単純な接続性が依然として求められる産業現場では、これらのポートが依然として一般的に使用されています。シリアルポートをまだ利用しているほとんどのデバイスは、9ピンDB-9コネクタを使用しており、通常COMポートと呼ばれています（COMは通信ポートの略です）。
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過去には、シリアルCOMポートは、ハードウェアコンポーネントをコンピューターに接続するために使用されていました。ハードウェアコンポーネントには、マウス、モデム、プリンターなどがあります。しかし今日では、COMポートは通常、産業用コンピューティングソリューションのみで利用可能であり、産業用コンピューターとレガシーの工場設備および機械を接続します。シリアルポートは非常に信頼性が高く、60年以上も前から使用されており、今でも使われているという事実がそれを証明しています。したがって、シリアルポートが時代遅れであるという神話は、産業現場でまだ広く使用されているため、単に真実ではありません。
とはいえ、COMポートまたはシリアルポートの最大の制限の1つは、そのデータ転送速度が極めて低いことです。例えば、RS-232規格では、最大1Mbpsの速度でデータ転送が可能です。そのため、信頼性は高いものの、高速データ転送能力には欠けます。
それにもかかわらず、シリアルCOMポートは、工場の機械、設備、デバイスを産業用コンピューティングソリューションに接続するために、依然として産業現場で頻繁に使用されています。これは、産業オートメーションシステムなど、多くの産業アプリケーションが依然としてシンプルで低速のインターフェースを要求しているためです。
これらの理由により、当社では産業用コンピュータにシリアルポートを装備し、レガシーの工場設備、機器、デバイスに接続できるようにしています。これにより、組織はレガシーの機器や機械を交換することなく、それらにインテリジェンスをもたらすことができます。さらに、新しい工場設備や機械向けには、産業用PCは迅速かつ簡単な通信のためにUSBポートも備えています。
最も一般的なシリアルポートは次のとおりです。
1. RS-232シリアルポート
RS-232は、PCを単一のデバイスにのみ接続するために使用できます。通常、マウス、モデム、またはキーボードをコンピューターに接続するために使用されます。このポートの制限のいくつかには、データ転送速度と伝送距離が15メートル（50フィート）に制限されることが含まれます。RS-232は、20 Kbpsから115.2 Kbpsの速度でデータ転送のみ可能です。また、このポートは、シングルエンドのデータ伝送であるため、伝送ノイズやデータエラーの影響を受けやすいです。
出典：Wikimedia
2. RS-422シリアルポート
RS-422シリアルポートはRS-232と非常によく似ていますが、いくつかの利点があります。最大ケーブル長が15メートルのRS-232とは異なり、RS-422は最大1,200メートル（4,000フィート）のケーブル長をサポートします。さらに、マスターデバイスを複数のスレーブデバイスに接続できるため、最大10個の異なるデバイスにデータを送信できます。これは、単一のデバイスにしかデータを転送できないRS-232とは異なります。さらに、RS-232よりも伝送ノイズに対する耐性が優れています。これは、データの送受信に別々のワイヤペアを使用し、差動データ伝送モードで動作するためです。
3. RS-485シリアルポート
RS-485は、RS-422ポートの技術を基盤に構築されています。RS-422と同様に、最大10Mbpsのデータ転送速度と、最大1,200メートル（4000フィート）の距離をサポートします。ただし、RS-485シリアルポートは、最大32台のデバイス（RS-422デバイスより22台多い）への接続をサポートしますが、一度にデータを送信できるデバイスは1台だけです。 シリアルポートは産業現場で健在ですが、追加のデバイス接続のために、シリアルCOMポートは、現在、ほとんどの産業用グレードのコンピューターでUSBポートと同じスペースを共有しています。
USBポートとは？
USB（ユニバーサル・シリアル・バス）は、コンピュータとその他のデバイスが互いに通信できるようにするポートです。以前は、マウス、キーボード、プリンターなどの周辺機器やその他のデバイスは、シリアルポートを介してPCと通信していました。しかし、今日では、ほとんどのデバイスはUSBポートを介してコンピュータに接続されています。これは、シリアルCOMポートがUSBポートに置き換えられたためです。
シリアルポートとUSBポート
シリアルポートは、比較的低速で信頼性の高いシンプルな1対1の接続を提供するために設計され、一度に1ビットのデータを送信することで、シンプルで信頼性の高い通信方法を提供しました。一方、USBポートは、単一ポートと1つ以上の周辺機器または接続デバイス間の高速データ転送のために設計されました。とはいえ、USBポートはシリアルポートに比べていくつかの利点があります。これらの利点とメリットについては以下で説明します。
USBポートのシリアルポートに対する利点
以下に、USBポートがシリアルポートよりも優れているいくつかの利点を示します。
1. 速度
USBポートがシリアルCOMポートよりも優れている主な利点は、データ転送速度です。従来のシリアルポートは、1Mbpsから10Mbpsの速度でデータを移動できますが、USB Type-Cは最大10,000Mbps（なんと1000倍の速度）の速度でデータを転送できます。とはいえ、すべてのデバイスがUSB Type-Cを搭載しているわけではありません。一部のデバイスは依然としてUSB Gen 1、Gen 2、またはGen 3を使用しています。
USB Gen 1は最大12Mbpsの速度でデータを転送できますが、これはシリアルポートよりもはるかに高速です。USB Gen 2は最大480Mbpsの速度でデータを転送できます。一般にUSB SS（スーパー スピード）と呼ばれるUSB 3.0は、最大5,000Mbpsの速度でデータを転送できます。
USB 3.1Gen 1はUSB 3.0と同じデータ転送速度を維持していますが、USB 3.1 Gen 2はデータ転送速度を5,000 Mbpsから10,000 Mbpsに引き上げています。とはいえ、USB 3.2Gen 1は以前USB 3.0と呼ばれており、最大5,000 Mbpsの転送速度を提供しますが、USB 3.2 Gen 2はUSB Type-AおよびUSB Type C規格で最大10,000 Mbpsのデータ転送速度を提供します（USB 3.0およびUSB 3.2 Gen 1の2倍の速度）。USB 3.2 Gen 2x2は2017年後半にリリースされましたが、USB Type Cでのみ動作し、最大20Gbpsのデータ転送速度が可能です。
出典：Everything USB
また、USB Type-Aのすべての世代が相互に互換性があることを言及しておくことも重要です。例えば、USB 3.0の周辺機器やフラッシュドライブをUSB 2.0ポートに接続しても問題なく動作しますが、USB 2.0ポートの速度に制限されます。これは、互換性があるにもかかわらず、USB 2.0ポートで使用されているUSB 2.0技術によって制限されるためです。
最終的に、USBポートは、より広い帯域幅を提供する通信ポートが必要とされたため、消費者向け用途および産業用アプリケーションの標準ポートとなりました。たとえば、マシンビジョンカメラや指紋リーダーは、レガシーのシリアルポートでは実現できません。
これは、シリアルポートが提供する帯域幅を超える帯域幅を必要とするためです。そのため、産業用コンピューターは、レガシー技術と新しい技術の両方との通信のために、USBポートとシリアルCOMポートの両方を備えることができます。レガシーシリアルポートは、古いオートメーションデバイスやセンサーに接続するために使用でき、高解像度カメラなどの現代の機器はUSBポートを介して接続できます。
2. 電源
USBポートがシリアルポートよりも優れている2つ目の利点は、USBを介して電力を供給できることですが、シリアルポートは電力を供給できません。そうは言っても、USB 1.1およびUSB 2.0はUSBを介して5ボルトで最大500mAを供給でき、USB 3.0およびUSB 3.1 Gen 2はUSBポートを介して5Vで最大900mAを供給でき、外部電源を必要とせずにデバイスをすばやく充電および給電する機能を提供します。
さらに、USBポートには、接続されているデバイスの電力管理機能が搭載されており、システムは現在使用されていないデバイスをスリープ状態にすることで、電力を節約できます。この機能は、デバイスが必要なときに即座にデバイスを起動させることができ、システムの全体的な電力消費を削減します。
3. 耐久性
USBポートは、シリアルポートで使用されている壊れやすいピンがUSBによって排除されたため、シリアルポートよりもはるかに耐久性があります。シリアルポートの小さなピンは曲がったり折れたりしやすいですが、USBのピンはより頑丈で、損傷しにくいです。
シリアルポートとUSBポートの産業環境での用途
現在、シリアルポートは組み込みコンピューティングシステムで一般的に使用されています。シリアルポートは、シンプルで信頼性の高いデータ通信を提供するという理由から、センサーや産業用制御機器などの組み込みコンピューティングソリューションを接続するために、産業環境で頻繁に使用されています。センシング、モニタリング、および制御デバイスは、相互通信だけでなく、マスター制御コンピューターとの通信にもシリアルポートを使用します。また、産業オートメーションシステムは、産業プロセスを監視および制御するために、シリアルポートを使用してネットワーク化されたさまざまなデバイスで構成されています。
最終的に、USBポートが最も一般的に利用され、使用されるインターフェースになっているにもかかわらず、シリアルポートは使いやすく、カスタムドライバーを必要としないため、産業環境では依然として使用されています。さらに、ほとんどのオペレーティングシステムはシリアルインターフェースをネイティブにサポートしています。
一方、USBポートは、周辺機器、センサー、その他のデバイスをコンピューターに接続するための最も広く使用されているインターフェースとなっています。エッジコンピューティングデバイスに関して言えば、USBポートは、高解像度カメラ、センサー、紙幣スキャナー、レシートプリンター、指紋スキャナー、IoTデバイス、および幅広いHID（ヒューマンインターフェースデバイス）などの周辺機器を産業用コンピューターに接続するために頻繁に使用されます。
これらの周辺機器は、データを通信するために高帯域幅ポートを必要とします。そのため、USBは、これらを産業用コンピューターに接続するのに最適なオプションです。また、USBポートは、プログラミング、監視、およびデータ収集のために産業用デバイスやネットワークに接続するために、産業用PCで頻繁に使用されます。
シリアルコネクタはUSBポートに接続できますか？
シリアルデバイスは、シリアルポートがないコンピューターに接続できます。これは、USBインターフェースを利用してシリアルポート拡張カードとして機能するUSB-シリアルコンバーターを使用することで可能です。USB-シリアルコンバーターがUSBポートに接続されると、システムはデバイスをシリアルCOMポートとして設定し、シリアルコネクターを備えたデバイスが産業用PCに接続できるようになります。
まとめ (USBポート vs. シリアルCOMポート)
USBポートはコンシューマ向けコンピューティング機器のほとんどのシリアルポートを置き換えましたが、多くの製造工場では信頼性と使いやすさのためにシリアルポートを使用する機械やセンサーが依然として利用されているため、シリアルポートは産業用コンピューティングソリューションで依然として一般的に見られます。したがって、産業用コンピューティングソリューションを選択する際には、新しいテクノロジーとレガシーテクノロジーの両方で最高の互換性を持つように、シリアルポートとUSBポートの両方を備えたオプションを選択する必要があります。
