在工业自动化的发展过程中，通信协议是重要角色。它们不仅决定了设备之间的互联互通效率，也直接影响到控制系统的实时性、可靠性和灵活性。随着智能制造和工业互联网的推进，各类工业协议逐渐演进，既有传统协议在生产现场长期稳定运行，也有面向未来的实时以太网协议加速落地。本文将介绍当前工业自动化领域常见的通信协议及其典型应用。
Profinet —— 实时工业以太网协议
特征：
- 基于标准以太网，支持从标准通信到实时通信（RT）再到等时同步实时通信（IRT）的多层次应用。
- 提供高实时性，满足运动控制场景对低延迟和高同步的要求。
- 兼容性强，可与Profibus系统平滑集成。
应用场景：
广泛用于工厂自动化，如PLC与I/O模块、传感器、执行器之间的通信，以及自动化产线上的机器人、传输带等设备的实时控制。
光路科技的工控系列工业以太网交换机全面兼容 Profinet 协议，可满足工业控制系统中高实时性和高可靠性的通信需求，确保设备之间的稳定互联。
EtherCAT —— 高速现场总线
特征：
- 基于以太网，但采用“处理即转发”机制，数据帧在节点间几乎无延迟传输。
- 极低的抖动与同步偏差，特别适合对毫秒甚至微秒级精度有要求的场景。
- 通信效率极高，可以支持数千个I/O点的实时控制。
应用场景：
主要用于运动控制、机器人控制、半导体制造设备以及包装机械等需要高精度同步的行业。
Modbus —— 经典的工业协议
特征：
- 最早的工业通信协议之一，分为 Modbus RTU（基于串口）和 Modbus TCP（基于以太网）。
- 简单易用，开放性强，得到广泛支持。
- 实时性较弱，但足以满足常规监控与数据采集。
应用场景：
常用于楼宇自动化、能源监控、水处理系统，以及各种小型工控设备的远程数据采集和监视。
OPC UA —— 面向工业互联的统一架构
特征：
- 平台无关，提供跨系统、跨厂商的互操作性。
- 支持安全认证与加密，满足工业互联网对数据安全的要求。
- 数据建模能力强，能够描述复杂的设备和生产过程。
应用场景：
在工业4.0与智能制造中，OPC UA常用于MES（制造执行系统）、SCADA系统与OT设备的集成，是IT与OT融合的重要桥梁。
CC-Link IE TSN —— 面向未来的确定性网络
特征：
- 将 CC-Link IE 与 TSN（Time Sensitive Networking，时间敏感网络）技术结合。
- 具备高带宽（千兆级）、低延迟、精确同步和确定性传输能力。
- 支持多协议并行通信，实现控制数据、视频、信息流的融合。
应用场景：
在智能制造、汽车生产线、半导体设备、机器人控制等场景中，CC-Link IE TSN可实现对复杂系统的统一调度与高效管理。
光路科技自研的 FR-TSN系列工业交换机 兼容 CC-Link IE TSN 协议，能够在复杂工业网络中实现确定性通信，满足自动化生产对超低时延和高同步性的严苛要求，是未来智能工厂和车路协同等新兴应用的重要基础设施。
工业自动化协议一览
以上是当前中国工业自动化里主流、热点的协议，但在中国的工业现场和行业应用中，还有一些常见的协议或标准同样占有一席之地，尤其在特定行业或历史沿革下仍然广泛使用。例如：
Profibus
是德国西门子主导的现场总线标准，早于Profinet出现。基于RS485物理层，支持主从式通信，结构成熟稳定。大量存量工厂仍在运行，特别是一些老旧产线改造中，Profibus设备与系统依然活跃。
CAN / CANopen
最初由汽车行业使用（控制器局域网），后来扩展到工业控制。特点是低成本、抗干扰能力强，实时性较好。常应用于电梯、数控机床、医疗设备，以及新能源汽车和轨道交通相关的子系统。
DeviceNet
基于CAN技术，由Rockwell（罗克韦尔）推动。适合设备级互联，布线简化，易于扩展。在部分工厂自动化中仍能见到，尤其在早期进口设备较多的产线。
BACnet / LonWorks
主要面向楼宇自动化和能源管理。适合监控、照明、暖通空调、安防等子系统集成。在智能楼宇、智慧园区项目中常见，与工业自动化有交叉场景。
国网 / 能源类协议（IEC 61850、DL/T 634 等）
背景：能源、电力自动化相关标准。强调高可靠性和电力系统的实时控制。在中国电力行业的变电站自动化、配电自动化中被广泛使用。
OPC Classic
早期的OPC标准，基于COM/DCOM。在历史系统中仍有遗留，逐步被OPC UA替代。应用于旧有MES/SCADA系统与控制层之间的数据接口。
中国本土标准/行业协议
- CC-Link（非TSN版）：三菱主导，在中国的部分日资工厂仍然常见。
- HJ/T 212 协议：环保领域数据采集与传输的常用标准。
- 国标视频监控协议（GB/T 28181）：在工业安全、安防与监控系统中，与自动化网络融合使用。
✅ 可以看到，中国自动化行业的协议生态呈现 多代共存、行业差异化明显 的特点：
- 在 传统工厂和设备改造 中，Profibus、Modbus、DeviceNet 依然常见；
- 在 高端制造与智能工厂 中，Profinet、EtherCAT、CC-Link IE TSN、OPC UA 是主流；
- 在 电力、能源、楼宇等行业，又有 IEC 61850、BACnet 等更具行业特色的协议。
下面对各协议梳理了一个表格，仅供参考。
| 协议 / 标准 | 类别（大类） | 典型物理/传输 | 实时/确定性级别 | 典型行业 / 设备 |
|---|---|---|---|---|
| PROFIBUS | 传统现场总线 | RS-485（DP）等 | 确定性（周期性） | 工厂产线、现场I/O（大量存量）。 |
| CAN / CANopen | 现场总线 / 嵌入式 | CAN (差分总线) | 低到中等实时（常用于运动/驱动） | 电梯、机床、伺服驱动、车辆总线、轨道/海事子系统。 |
| DeviceNet | 设备级现场总线（基于 CAN） | CAN | 中等 | 传感器/执行器到控制器的设备级连接（早期产线常见）。 |
| EtherNet/IP (CIP) | 工业以太网（CIP家族） | Ethernet / TCP-IP / UDP | 可达软实时（通过QoS与RTP增强） | 离散制造、控制器/驱动、HMI/PLC互联。 |
| PROFINET | 工业以太网 | Ethernet (RT/IRT) | RT / IRT（高实时支持） | PLC-I/O、运动控制等（光路科技产品兼容） |
| EtherCAT | 高速实时以太网 | Ethernet (on-the-fly) | 极高实时（μs级、低抖动） | 运动控制、机器人、半导体装备。 |
| POWERLINK / SERCOS / EtherNet Powerlink | 实时以太网变种 | Ethernet | 可实现硬/准实时（取决实现） | 运动控制、高速同步场景。 |
| Modbus (RTU / TCP) | 经典开放协议 | 串口 (RTU) / Ethernet (TCP) | 低实时（多为轮询/事件） | 小型设备监测、楼宇、能源计量、仪表。 |
| OPC UA | 上层互操作 / 信息模型 | TCP/HTTPS，应用层 | 非实时（面向信息建模、可与实时协议桥接） | MES/SCADA与OT融合、跨厂商数据模型与安全传输。 |
| FOUNDATION Fieldbus / HART | 过程工业专用（仪表） | 4–20mA + 数字 / H1, HSE | 过程控制级别（分布式控制） | 石化、化工、能源、流程行业。 |
| IEC 61850 / IEC 60870 / DNP3 / DL/T 系列 | 电力 / 公用事业标准 | IEC 61850 多基于以太网，IEC60870-5-104基于TCP | 高可靠/确定性（变电站保护与控制） | 变电站自动化、配电自动化（中国电力常用 IEC 61850 与本地 DL/T 标准并存）。 |
| GB/T 28181 / HJ/T 212 | 行业/国标（安防 / 环保） | TCP/UDP、HTTP等 | 非实时（视频/数据传输规范化） | 视频监控与环境监测系统（中国规范）。 |
| MQTT / Sparkplug / DDS | 物联网 / 中间件（发布/订阅） | TCP (MQTT) / DDS直接 | 轻量到可配置实时（DDS可细粒度控制QoS） | IIoT、云边数据汇聚、设备遥测、ROS2（机器人）等。 |
| GB／行业专用协议（DL/T-645等） | 电能表/行业终端 | 串口/拨号/以太网 | 非实时（计量信息交互） | 电能表、环境监测、行业监管系统（中国大量定制标准）。 |
| GB/T 及其他地方性标准 | 行业规范 | 多种 | 多样 | 安防、环保、能源行业的本地互认标准（见上）。 |
总结
工业自动化协议从传统到现代、从现场总线到时间敏感网络，正不断演进以适应日益复杂的生产环境。Profinet 强调实时性和兼容性，适用于大多数工厂自动化场景；EtherCAT 聚焦高速与高精度，适合运动控制与机器人领域；Modbus 以简洁和普及性见长，仍是小型自动化系统的首选；CC-Link IE TSN 代表了未来确定性工业通信的发展方向。
光路科技深耕工业通信领域，将提供兼容更多工业协议的系列交换机产品，为智能制造、工业互联网和自动化升级提供坚实的网络基础。
