PLCプログラミング用USB-シリアルケーブル：エンジニアが知っておくべきこと

最新のノートパソコンにはCOMポートが搭載されていない。工場現場で旧式のPLCをプログラミングする必要のあるエンジニアにとって、これは日常的な問題であり、唯一現実的な接続手段はUSB-シリアル変換ケーブルしかない。

このガイドでは、どのUSB-シリアルケーブルがどのPLCと互換性があるか、ドライバがハードウェアに比べて故障しやすい理由、そして購入前にテストする方法などについて説明しています。これにより、初回訪問時に作業が完了することが保証されます。

旧型PLCにUSB-シリアルケーブルが必要な理由

2015年以前に建設されたほとんどの製造工場に足を踏み入れると、生産ラインの制御に今もなおシーメンスS7-200コントローラが使われているのを目にするでしょう。包装機械は三菱電機FX2Nユニットで制御されています。オムロンC200H PLCで制御されるコンベアシステムは、15年間故障しないという実績があるため、誰も交換しようとせず、今もなお稼働し続けています。

産業現場におけるPLCの交換サイクルは、意図的にゆっくりと進められます。新しいモデルが発売されたからといって、すぐに交換されるわけではありません。故障が発生した場合、スペアパーツが入手できない場合、あるいはその他の理由で既に生産ライン全体の再設計が行われている場合にのみ交換されます。

これらの旧型PLCには、RS232またはRS485のプログラミングポートが搭載されています。このような既存のPLCに最新のノートパソコンを接続する唯一の方法は、USB-シリアル変換ケーブルを使用することです。このケーブルは、USBポートをプログラミングソフトウェアが認識できる仮想COMポートに変換します。接続を正しく行うための最初のステップは、各PLCがどのインターフェースを使用しているかを正確に把握することです。

PLCに最適なUSB-シリアルケーブルを選ぶ

購入時のミスは、ほとんどの場合ここで発生します。電気規格とコネクタの形状は別問題であり、パネルのラベルに記載されている内容と必ずしも一致するとは限りません。

シーメンスS7シリーズ

S7-200は、実務においてケーブル選択ミスが最も多く発生する機種です。プログラミングポートはメスのDB9コネクタで、旧型コンピュータの一般的なRS232ポートと同じ形状をしています。RS232デバイスの使用に慣れているエンジニアは、USB-RS232変換ケーブルが必要だと考えがちです。しかし、S7-200のプログラミングポートはRS485です。USB-RS232変換ケーブルを使用してもPLCに損傷を与えることはありませんが、通信もできません。

S7-200およびS7-200 SMARTをプログラムするには、USB-RS485変換ケーブルが必要です。対応するソフトウェアは、初代S7-200の場合はSTEP 7 Micro/WIN、SMARTシリーズの場合はSTEP 7 Micro/WIN SMARTです。

S7-300とS7-400は、RS485物理層上で動作するMPIまたはPROFIBUSポートを使用していますが、シーメンス独自のMPIプロトコルを採用しています。これらの機種では専用のUSB-MPIアダプタが必要となるため、汎用のUSB-RS485ケーブルでは解決できません。S7-1200とS7-1500の通信はイーサネット経由で行われるため、シリアルケーブルは一切不要です。

三菱FXシリーズおよびQシリーズ

三菱電機のFXシリーズ旧モデルは、PLCプログラミングで使用するUSB​​-シリアルケーブルの選択において、最も注意を怠りがちな機種です。FX1S、FX1N、FX2Nシリーズは、ミニDIN 8ピンコネクタを介してRS422を使用します。RS422はRS232およびRS485とは電気的に互換性がありません。そのため、これらの機種は、どのような構成を使用しても、USB-RS232ケーブルまたはUSB-RS485ケーブルを使用して通信することはできません。

FX1S、FX1N、FX2Nには、純正の三菱電機製SC-09ケーブル、または適切なMini DIN 8ピンピン配列を備えたUSB-RS422変換ケーブルが必要です。対応ソフトウェアはGX Developerです。

FX3U、FX3G、FX3SはUSB Mini-Bを採用し、ノートパソコンに直接接続できるようになったため、シリアルケーブルは不要になりました。Qシリーズの旧モデルは、標準のUSB-RS232ケーブルとGX Works2を使用して、DB9オスポート経由でRS232に対応しています。

オムロンCP、CJ、レガシーシリーズ

現在販売されているオムロンのCPシリーズおよびCJシリーズコントローラ（CP1E、CP1H、CP1L、CJ2M、CJ2H）は、標準のUSB-B接続を採用しています。これらのモデルは、USB-シリアル変換ケーブルを必要としません。

USB-シリアル変換ケーブルは、オムロンシリーズの旧型デバイスを扱う際にも役立ちます。C200HおよびC200HEシリーズはDB9オス型コネクタを使用したRS232ポートを備えているため、USB-RS232変換ケーブルが必要です。CQM1はDIN 5ピンRS232ポートを備えているため、適切なアダプタを備えたUSB-RS232変換ケーブルが必要です。COMポートが正しく設定されていれば、CX-Programmerは両世代のデバイスに対応しています。

その他の共通プラットフォーム

Delta DVPシリーズコントローラ（DVP-SS2、DVP-SE、DVP-SV2）は、DB9オスRS232コネクタを介して動作します。WPLSoftとISPSoftはどちらも、COMポートが正しく設定されていれば、標準のUSB-RS232変換ケーブルで動作します。

現行のシュナイダーエレクトリック製Modicon M221およびM241は、いずれもUSB Mini-B端子を採用しています。旧型のTSX MicroおよびNanoシリーズはRS232端子を採用しているため、USB-RS232変換ケーブルと適切なプログラミングアダプタが必要です。

ドライバーのインストール：USB-シリアルケーブルの問題のほとんどはここから始まる

適切なケーブルの種類を使用している場合、実際の障害はドライバの互換性の問題で発生します。その原因はほとんどの場合、ケーブル内部のチップの誤り、ソフトウェアが認識できないCOMポート番号の誤り、またはボーレートの誤りのいずれかです。

FTDI、CH340、CP2102：チップが重要な理由

USB-シリアル変換ケーブルは、3種類の変換チップのうちいずれか1つを使用して製造されています。ドライバの動作や、産業用プログラミングソフトウェアとの互換性は、使用するチップによって異なります。

Windows 8以降、ほとんどのLinuxディストリビューション、およびmacOSには、FTDI FT232RLおよびFT232Hドライバがプリロードされており、手動でのインストールは不要です。FTDIデバイスは、STEP 7 Micro/WIN、GX Works2、およびCX-Programmerと互換性がないことはまれです。現場での作業や生産ラインがアイドル状態の場合、FTDIはリスクが最も低いデバイスです。

CH340およびCH341チップは、低価格のUSB-シリアル変換ケーブルで広く使用されており、Windows 10および11ではほとんどの場合、ドライバの手動インストールが必要です。CH340ベースのケーブルの中には、STEP 7 Micro/WINおよび以前のバージョンのGX DeveloperでCOMポート認識の問題が断続的に発生するという報告がいくつかあります。オフィスでの使用には適していますが、現場で限られた時間の中で使用するのはリスクが高いと言えます。

Silicon LabsのCP2102とCP2104は、その中間的な位置づけにある。Windows 10と11では、CP210xドライバが自動的にインストールされる傾向がある。PLCのプログラミングに関しては比較的信頼性が高いが、古いソフトウェアリリースではFTDIほど広く普及していない。

プログラミングソフトウェアでCOMポートを設定する

ドライバのインストールが完了したら、プログラミングソフトウェアを開く前に、デバイスマネージャを開き、デバイスが使用しているポート番号を記録してください。ポート番号は、[デバイスマネージャ] > [ポート (COM および LPT)] > [USB シリアルポート (COMx)] にあります。

Micro/WIN のこの手順では、通信 -> PG/PC インターフェイスの設定 -> PC/PPI ケーブル (PPI) -> プロパティ -> 一致する COM ポート番号を選択 -> ボーレートを 9600 に設定します。

GX Works2 の場合: プロジェクト -> 接続先 -> 直接結合設定 -> シリアル -> 一致する COM ポートを選択 -> ボーレート 9600。

CX-Programmer: PLC Work Online SerialでCOMポートを入力し、オムロンのモデルに応じてToolbusまたはHost Linkを選択します。

ソフトウェアが適切なポート選択でPLCを検出できない場合は、まずボーレートを確認してください。S7-200と三菱電機FXのプログラミングポートは、どちらもデフォルトのボーレートが9600です。ボーレートの不一致は、接続失敗の2番目に大きな原因であり、もう1つはケーブルの種類が間違っていることです。

COMポート番号の競合

Windows 10と11はどちらも、USBポートの履歴に基づいてCOMポート番号を割り当てます。同じUSB-シリアル変換ケーブルでも、一方のマシンではCOM3として認識されるのに、もう一方のマシンではCOM11として認識されることがあります。STEP 7とGX Developerの以前のバージョンでは、COM1～4しか認識できませんでした。これらのプログラムは、ドライバがインストールされていても、COM7以上に割り当てられたケーブルを認識しません。

手順は次のとおりです。デバイス マネージャー -> USB シリアル ポートを右クリック -> プロパティ -> ポート設定 -> 詳細設定 -> COM ポート番号を COM1 ～ COM4 の範囲で選択 -> OK。

ターゲット番号がグレー表示されている場合、他のデバイスに割り当てがされています。[表示] -> [非表示デバイスを非表示] を選択し、非アクティブな COM ポートのエントリを削除して、再割り当てしてください。

「COMポートが見つかりません」エラーの3段階診断：

ケーブルは「不明なデバイス」の下に表示されます → ドライバーが正しくインストールされていません

COM4より大きいCOM番号 → 詳細設定で再割り当て

正しいポート設定後もPLCが応答しない場合 → ボーレートを確認し、9600から開始してください。

購入時に注意すべき点

産業用グレードと消費者用グレード

一般の電気店で販売されているUSB-シリアル変換ケーブルは、机上では使用できます。しかし、工場現場のモーター駆動装置、可変周波数駆動装置、スイッチング電源などから発生する電気ノイズは、一般消費者向けケーブルでは想定されていない状況を生み出します。

光絶縁が最も重要な要件です。光絶縁されたUSB-シリアルケーブルは、ノートパソコンとPLC間の電気的接続を遮断します。データは絶縁境界を通過しますが、故障電流は通過しません。絶縁がない場合、PLC側の地絡によってノートパソコンのUSBポートが損傷する可能性があります。これは、現場での保守作業中に実際に確認された故障モードであり、架空のものではありません。

光学的絶縁は、実験室やオフィスではオプションとして使用できます。工場現場やVFD（可変周波数ドライブ）が存在する環境では、最適な選択肢となります。

ケーブルの長さと製造品質

一般的なUSB-シリアルケーブルの使用例（ノートパソコンをパネルドアのPLCプログラミングポートに接続する場合など）では、3～5メートルあればほぼすべての場面に対応できます。5メートルを超えると、電気的にノイズの多い環境ではRS232信号の品質が距離とともに急速に劣化します。現場用キットのケーブルは短めにしてください。

購入前チェックリスト

PLCプログラミング用のUSB-シリアル変換ケーブルを注文する前に、以下の点を確認してください。

• 電気規格― コネクタの形状だけでなく、RS232、RS485、またはRS422。
• 物理コネクタ— DB9、DB25、ミニDIN 8ピンまたは端子台
• ソフトウェアのCOMポート範囲— STEP 7 ClassicおよびGX DeveloperではCOM1～COM4が必要です
• チップ選定— フィールドサービスにはFTDI、オフィス用途にはCH340が適している。
• 光学的絶縁― 工場フロアおよびパネル設置に必要
• ケーブルの長さ― 携帯型野外キットで使用する場合は5メートル以下

結論

PLCプログラミングで使用する適切なUSB-シリアルケーブルの選択は、いくつかの具体的な選択肢によって決まります。S7-200はRS232ではなくRS485を必要とします。FX2NはミニDIN 8ピンコネクタ付きのRS422を必要とします。生産ラインが待機している場合、FTDIチップはCH340よりもドライバの問題が少なくなります。実際の産業環境では、光絶縁ケーブルは価格差に見合う価値があります。

最初の現場訪問前にこれらを正しく処理できれば、PLCプログラミングとは全く関係なく、バッグの中のケーブルに原因がある種類の故障を完全に排除できるでしょう。

著者

フランク・ヤン
創業者 | Farsince Connectivity Solutions

フランク・ヤンはFarsinceの創設者であり、ケーブルおよび接続業界で13年以上の経験を持ち、データセンター、産業、ネットワーク接続ソリューションに関して世界中の顧客と緊密に連携してきました。