什么是通信协议，它们为何如此受欢迎

通信协议规定了现场设备（传感器、执行器或机器人）如何与 PLC 或边缘计算机等控制器交换数据。 它们可以减少布线、节省安装时间、降低出错风险，同时使机器更加智能、运行更加可靠。 通过协议，设备可共享诊断信息、I/O 状态和性能数据，从而支持远程监控、人工智能驱动的分析、云服务和新的业务模式，推动效率提升和服务创新。

PLC 和通信协议发展简史

PLC 最初依靠 RS232 串行链路连接显示器或打印机等设备。 20 世纪 80 年代末，现场总线技术用数字传输取代了复杂的并行布线，后来通过 IEC 61158 实现了标准化。 自 1999 年以来，各种现场总线系统得到广泛应用，其中基于以太网的部分实时协议 构成了下一代系统的原型。 如今，云连接、数据湖和 IT/OT 融合定义了现代工业通信，而安全问题则成为关注焦点。

IT/OT 融合将办公以太网和工业以太网连接起来

信息技术 (IT) 团队负责管理数据和应用程序，如信息系统、办公电脑和网络。 运营技术 (OT) 团队负责监控生产设备等物理装置。 IT/OT 融合通常通过通用协议将这两者整合在一起。 不过，这次的技术有所不同： 工业以太网必须能承受更恶劣的环境，如振动、灰尘和高温，因此需要更加坚固耐用。 它采用专为高速数据传输、碰撞管理而设计的协议，最重要的是，采用确定性通信 ，以确保数据按时传输，避免生产故障。
不过，当今影响工业自动化的 10 大技术是什么？

第一代现场总线标准

第一代技术曾包括超过 30 种协议，但随着 Profibus、Interbus、CANopen、DeviceNet 及 CC-Link等标准的确立，市场迅速整合为少数关键协议主导的格局。

1. Profibus Profibus 已实现国际标准化（如，EN 50170 ），用于连接控制器、传感器和执行器。 Profibus DP 和 PA 等派生型可满足不同的自动化需求。 它是早期使用最广泛的自动化协议之一。

2. Interbus Interbus 作为早期行业标准，采用环形拓扑连接设备，为工业环境提供了快速、可靠的数据传输方案。

3. CANopen 和 4. DeviceNet 两者均采用最初为汽车网络设计的 CAN 总线技术。 DeviceNet 实现了简单快速的集成，在美国广受欢迎；而 CANopen 则提供了更强的灵活性与先进的管理功能。

5. CC-Link。 CC-Link 是一种高速、实时的开放式现场总线，在亚洲得到了广泛应用和标准化。

基于以太网的第二代现场总线系统

6. Profinet Profinet 因其高性能、卓越的可扩展性以及与以太网的兼容性，在工业自动化领域得到广泛应用。 它支持标准 TCP/IP、实时 (RT) 和等时实时 (IRT) 数据传输，非常适合复杂的时间关键型应用。 Profinet 还可将自动化技术与 IT 系统集成，支持诊断、配置和维护，从而实现工业 4.0。

7. EtherNet/IP EtherNet/IP 凭借其互操作性、可扩展性以及对标准以太网 (TCP/IP) 的依赖，在工业自动化领域得到广泛应用。 它以通用工业协议 (CIP) 为基础，为传感器、执行器和控制器等设备提供一致的通信框架。 它支持实时和非实时通信，适用于从简单控制到复杂制造在内的各种应用。

8. EtherCAT EtherCAT（以太网控制自动化技术）是一种高性能、实时以太网现场总线，专为工业自动化而设计。 它能在数据帧通过设备时进行实时数据处理，从而大限度地减少延迟、提升效率。 EtherCAT 以低延迟、精确同步和可扩展性著称，是运动控制、机器人和高速制造的明智选择。

9. Powerlink Powerlink 是一种用于工业自动化的开放式实时以太网协议，可提供确定性的高速通信。 它采用定时主从机制，确保以较低的延迟和抖动进行精确的数据交换，是运动控制和机器人等任务的明智之选。

10. CC-Link IE CC-Link IE 是由 CC-Link 合作伙伴协会开发的、基于以太网的开放式高速现场总线。 它为工业自动化提供千兆级速度和实时、确定性通信。 该协议在亚洲得到广泛应用，可实现复杂网络中的无缝设备集成，并支持智能工厂和 IIoT 等工业 4.0 应用。

使用 IT/OT、物联网/物联网和云技术的第三代协议

除了 10 大工业自动化协议之外，还增加了四个重要的新协议。

• Modbus TCP Modbus TCP 是一种简单、开放式、广泛兼容的以太网协议，适用于非时间关键型任务。 它既支持传统系统，也支持现代系统，广泛应用于监控领域。 虽然它不是实时的，但因简单易用和支持互操作性，因此对 SCADA 和工业 4.0 集成至关重要。
• OPC-UA OPC UA（开放平台通信统一架构）是一种独立于平台、面向服务的架构，用于在工业自动化领域实现安全可靠的数据交换。 作为工业 4.0 和 IIoT 的关键技术，它实现了 IT/OT 的无缝集成，具备可扩展性和安全性，并支持复杂数据、事件和历史访问。 OPC UA 推动了供应商中立的通信与灵活的架构，驱动着智能工厂不断创新。 其面向实时应用的演进版本为基于时间敏感网络（Time-Sensitive Networking，TSN）的 OPC UA。
• MQTT MQTT 是一种轻量级的发布-订阅消息协议，用于在受限或不可靠的网络中进行高效通信。 它广泛应用于物联网和工业自动化领域，可在传感器、设备和云平台之间实现实时、低带宽和可靠的数据交换。 MQTT 支持可扩展、安全的通信以及边缘设备与企业系统的无缝集成，因此对于工业 4.0 和智能制造至关重要。
• IO-Link IO-Link 是一种开放式标准化点对点协议，用于将传感器和执行器连接到自动化系统。 它可通过简单的 24 V 直流电源电缆实现过程数据、诊断和配置的双向通信。 IO-Link 通过提升设备透明度、支持预测性维护并实现灵活生产，持续赋能智能工厂。 它具有简单易用、可互操作和成本效益高的优点，因此在高效自动化与设备管理领域获得广泛应用。

智能工厂中的通信协议

智能工厂利用数字技术 、自动化和数据交换来实现灵活、高效、互联的生产。 智能工厂整合了物联网、人工智能、机器人技术、大数据和网络物理系统，可实现实时监控、自主决策以及机器、系统和人类之间的无缝通信。 第二代和第三代通信协议为数据分析和新商业模式奠定了技术基础。 商学院和大学等机构使用 Festo Didactic 的网络物理工厂来培训学员掌握这些技术。

智能产品

智能产品是一种配备传感器、软件、互联性和智能功能的实体物品，用于收集、处理和交换数据。 智能产品能实现远程监控、自我诊断、自适应行为以及与数字生态系统集成等功能。 早期的例子包括 Festo 数字控制终端 VTEM 、节能模块（MSE6-E2M）以及支持 MQTT 和 OPC UA 的智能阀岛（CPX/MPA、CPX/VTSA、VTUX）。 Festo AX 工业人工智能应用程序 让即使不懂人工智能专业知识的用户也能进行高级分析。

总结与建议

智能工厂与智能产品位居工业 4.0 的核心，可提升生产率、减少停机时间、改进产品质量并加速响应市场需求。 它们实现了可持续的制造，促进了创新，并开启了新的商业模式。
边缘计算机、PLC 与先进通信协议等是工程师的关键工具，助力他们为强大的数据分析与面向未来的解决方案奠定坚实基础。 作为创新领导者，Festo 通过提供全面的一站式解决方案加快这一趋势的发展。