許多人在建立工業控制系統時都會產生一個疑問：既然系統規模不大，為什麼還需要同時使用 Modbus、CANopen 與 EtherCAT 三種通訊協定？為何不直接採用單一總線完成所有任務？
下圖展示了一個典型的小型工業控制系統架構：
事實上，幾乎所有 PLC、運動控制器與工業機器人都遵循相同的設計原則：
- EtherCAT → 即時運動控制與 I/O 通訊
- CANopen → 驅動器、伺服驅動器與步進馬達
- Modbus RTU → 儀表與感測器
這三種通訊協定在同一個 CPU（例如 Raspberry Pi）上同時運行，並透過不同的 Linux 執行緒進行排程。
從軟體架構角度來看，它們實際上是三個完全獨立的協定堆疊：
- EtherCAT Master
- CANopen Master
- Modbus Master
彼此之間互不干擾，可同步執行各自的通訊任務。
為什麼步進馬達限位控制要使用 EtherCAT？
限位訊號屬於高速安全數位 I/O，對系統有以下要求：
- 極低延遲
- 硬即時（Hard Real-Time）特性
- 精確同步能力
在三種工業總線之中，只有 EtherCAT 能夠同時滿足上述需求。相較之下，CANopen 與 Modbus 並不適合用於此類高即時性的控制場景。
因此，左右限位偵測等關鍵安全訊號通常由 EtherCAT 負責處理。
為什麼這種功能分工成為業界最佳實務？
工業控制系統中的不同設備，對通訊速度、即時性及成本的需求並不相同。因此，透過不同協定執行最適合的工作，可以獲得最佳效能與系統可靠性。
| 功能 | 通訊協定 | 原因 |
|---|---|---|
| 步進馬達控制 | CANopen | 驅動器設計標準化，可透過 PDO 進行即時控制，配線簡單 |
| 左右限位檢測 | EtherCAT | 週期時間短、確定性高，適合高速數位 I/O 應用 |
| 溫溼度監測 | Modbus RTU | 與主流儀表相容性高，實作簡單且成本低 |
| 上位機／HMI 通訊 | Ethernet（TCP/IP） | 方便資料上傳、即時監控與參數設定 |
工業設備普遍採用的通訊分層架構
這種架構與 PLC、運動控制器、工業機器人及 AGV 等設備的典型通訊分層完全一致。
各通訊協定的角色如下：
- EtherCAT 負責高速即時控制
- CANopen 負責智慧型驅動設備
- Modbus RTU 負責低速現場儀表
因此，在工業控制系統中同時使用 EtherCAT、CANopen 與 Modbus RTU，並非重複設計，而是根據各協定的特性進行最適化分工。不同總線各司其職，使系統在即時性、相容性與成本之間取得最佳平衡，這也是現代 PLC、機器人與運動控制設備普遍採用的設計方式。