Ein Überblick über industrielle Kommunikationsprotokolle

Industrielle Kommunikationsprotokolle sind Regelwerke, die festlegen, wie Geräte und Anwendungen Daten und Informationen austauschen. Sie definieren die Syntax, die Verfahren und die Regeln für die Fehlerbehandlung beim Datenaustausch, ähnlich wie Programmiersprachen in der Softwareentwicklung verwendet werden.

In der Fertigung legen industrielle Kommunikationsprotokolle fest, welche Geräte mit welchen Anwendungen integriert werden können und umgekehrt. Zu den gängigen OT-zu-OT-Integrationen gehören Geräte zu HMIs, Geräte zu SCADA-Systemen, Geräte zu MES-Anwendungen, und im Zeitalter von Industrie 4.0 und intelligenter Fertigung gibt es immer mehr OT-zu-IT-Integrationen für IoT, Analytik, BI und KI.

Diese Integrationen und Anwendungsfälle ermöglichen es Herstellern, die Transparenz zu verbessern, datengestützte Entscheidungen zu treffen und Prozesse zu automatisieren. In diesem Blog werden wir die zehn wichtigsten Protokolle für die industrielle Automatisierung, ihre Funktionalität und ihre zentrale Bedeutung für moderne Fertigungsprozesse diskutieren.

Was sind industrielle Kommunikationsprotokolle?

Industrielle Kommunikationsprotokolle sind standardisierte Regelwerke, die den Datenaustausch zwischen Maschinen, Sensoren, speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) und anderen industriellen Geräten regeln. Diese Protokolle gewährleisten, dass miteinander verbundene Geräte in industriellen Netzwerken effektiv und konsistent kommunizieren.

Zu den wichtigsten Nachrichtenmustern, die in der industriellen Kommunikation verwendet werden, gehören:

• Request-Response-Muster: Ein Gerät fordert Daten oder Befehle an, und das andere Gerät antwortet, wie es in der Punkt-zu-Punkt-Kommunikation weit verbreitet ist.
  
• Publish-Subscribe-Muster: Geräte oder Systeme veröffentlichen Daten untereinander oder an einen zwischengeschalteten Broker, und Abonnenten, die Interesse an bestimmten Datensätzen bekundet haben, beginnen, die Daten zu empfangen, sobald sie veröffentlicht werden.

Lassen Sie uns die am häufigsten verwendeten Protokolle in der industriellen Automatisierung genauer betrachten.

Was sind die 10 wichtigsten Kommunikationsprotokolle in der Industrie?

1. MTConnect

• Übersicht: MTConnect ist ein offenes, lizenzgebührenfreies Protokoll, das die Kommunikationsvokabular für Werkzeugmaschinen und Fertigungsgeräte standardisiert und so die Interoperabilität gewährleistet.
  
• Hauptanwendungsbereiche: In Fertigungsumgebungen, in denen eine Echtzeit-Produktionsüberwachung und -analyse erforderlich ist.
  
• Stärke: Bietet eine einheitliche Terminologie zwischen Maschinen und Software für Fertigungsprozesse.

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2. Offene Plattformkommunikation – Einheitliche Architektur (OPC UA)

• Übersicht: OPC UA ist eine äußerst vielseitige, sichere und plattformübergreifende Kommunikationsspezifikation für die industrielle Automatisierung und das Internet der Dinge (IoT).
  
• Hauptanwendungsbereiche: Industrielle Automatisierungssysteme und IoT-fähige Geräte, die einen sicheren Datenaustausch zwischen verschiedenen Geräten, Fertigungssystemen und IT-Systemen erfordern.
  
• Stärke: Interoperabel zwischen Betriebssystemen wie Windows, Linux und benutzerdefinierten eingebetteten Architekturen.

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3. Ethernet/IP

• Übersicht: Dieses Protokoll nutzt Standard-Ethernet-Technologie und ist in das Common Industrial Protocol (CIP) integriert.
  
• Hauptanwendungsbereiche: Ermöglicht schnelle Echtzeitkommunikation für Bewegungssteuerung, E/A sowie die Kommunikation zwischen Geräten und zwischen Geräten und Hosts.
  
• Stärke: Dank seiner Ethernet-Basis und umfangreichen Funktionen bietet es robuste Skalierbarkeit und Flexibilität für eine Vielzahl von Anwendungen in Automatisierungsumgebungen, einschließlich Machine-to-Machine-Kommunikation und Integrationen in IT-Systeme.

4. FANUC FOCAS

• Übersicht: Ein von FANUC entwickeltes proprietäres Protokoll für den Datenaustausch mit computergesteuerten numerischen Steuerungen (CNC).
  
• Hauptanwendungsbereiche: Weit verbreitet in CNC-Betrieben zur Überwachung oder Steuerung von FANUC-Geräten mit Systemen von Drittanbietern.
  
• Stärke: Empfohlen für Fabriken mit FANUC-Maschinen zur Verbesserung der Produktivitätsanalyse.

5. Modbus

• Übersicht: Modbus wurde ursprünglich 1979 für die Kommunikation mit SPSen entwickelt und ist nach wie vor ein einfaches, leistungsstarkes und weit verbreitetes Protokoll.
  
• Hauptanwendungsbereiche:
  • Modbus RTU: Kommunikation über serielle Verbindungen wie RS-485
  • Modbus RTU über Ethernet: Serielles Modbus RTU in TCP/IP oder UDP/IP verpackt
  • Modbus TCP/IP: Native Modbus-Kommunikation über Ethernet-Netzwerke
• Stärke: Offen und herstellerneutral, wodurch eine breite Kompatibilität gewährleistet ist

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6. Gebäudeautomations- und Steuerungsnetzwerk (BACnet)

• Übersicht: BACnet wird häufig für Gebäudemanagementsysteme (BMS) eingesetzt und erleichtert die Steuerung von HLK-, Beleuchtungs-, Brandmelde- und Zugangskontrollsystemen.
  
• Hauptanwendungsbereiche: Besonders verbreitet in der Automatisierung für intelligente Gebäude.
  
• Stärke: Offener Standard, der die Integration verschiedener Lieferanten unterstützt.

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7. LSV/2

• Übersicht: Wird für die Kommunikation mit CNC-Maschinen verwendet und ist insbesondere in Europa für präzise Steuerungsfunktionen beliebt.
  
• Hauptanwendungsbereiche: Industrielle Bearbeitungsumgebungen mit CNC-Systemen, die eine anspruchsvolle Datenverarbeitung erfordern.
  
• Stärke: Bietet eine hohe Befehlsgranularität für spezialisierte CNC-Anwendungen.

8. Übertragungssteuerungsprotokoll/Internetprotokoll (TCP/IP)

• Übersicht: Ein Standard in industriellen und nicht-industriellen Netzwerken, der den Datenaustausch über Ethernet ermöglicht.
  
• Hauptanwendungsbereiche: Allgegenwärtiges Datenübertragungsprotokoll; wird in der Regel in allen Ethernet-basierten Kommunikationsnetzwerken eingesetzt, von älteren industriellen Systemen bis hin zu modernen IIoT-Ökosystemen.
  
• Stärke: Universell eingesetzt mit robuster Kompatibilität zwischen Software und Hardware, in der Regel als Teil der grundlegenden Ethernet-Funktionen.

9. IO-Link

• Übersicht: Ein Punkt-zu-Punkt-Protokoll, das Sensoren und Aktoren in Automatisierungssysteme integriert, die Diagnose verbessert und Konfigurationen vereinfacht.
  
• Hauptanwendungsbereiche: Wird häufig zum Abrufen von Sensordiagnosen oder zum Anpassen von Einstellungen verwendet, wodurch vorausschauende Wartungsaufgaben verbessert werden.
  
• Stärke: Unterstützt eine schnelle Geräteparametrierung und liefert gleichzeitig detaillierte Diagnosen.

10. Universelle Maschinentechnologie-Schnittstelle (UMATI) 

• Übersicht: UMATI ist eine globale Initiative für offene Kommunikationsschnittstellen, bei der Maschinenbauunternehmen und ihre Kunden OPC UA als Grundlage für einen standardbasierten Ansatz nutzen können, der eine breite Kompatibilität zwischen verschiedenen Herstellern und Plattformen ermöglicht.
  
• Hauptanwendungsbereiche: Standardisiert die Integration mit Maschinen als Teil von Fertigungs-, IT- und Industrie 4.0-Ökosystemen.
  
• Stärke: Fördert Modularität und Herstellerunabhängigkeit in der Werkzeugmaschinenkommunikation.

Was ist das am häufigsten verwendete industrielle Kommunikationsprotokoll?

Modbus gilt aufgrund seiner langen Marktpräsenz, der breiten Unterstützung durch Anbieter, seiner Einfachheit, Leistungsfähigkeit und Offenheit als das am weitesten verbreitete Protokoll. Mit Optionen wie Modbus RTU für ältere Systeme und Modbus TCP/IP für moderne Netzwerke unterstützt es die nahtlose Integration in verschiedene industrielle Systeme.

Was sind die verschiedenen industriellen Kommunikationsprotokolle?

Hier ist eine zusammengestellte Liste von Protokollen für bestimmte Anwendungen:

• Weit verbreitete Protokolle: Modbus, Ethernet/IP, PROFINET, PROFIBUS, OPC UA, BACnet
• Neue Protokolle: Message Queuing Telemetry Transport (MQTT) und UMATI
• Protokolle älterer Systeme: RS-232, RS-485, CAN-Bus

Wichtige Erkenntnisse und nächste Schritte
Industrielle Kommunikationsprotokolle bilden das Rückgrat der Unternehmenskonnektivität in zunehmend digitalisierten Ökosystemen. Der Einsatz dieser Systeme gewährleistet betriebliche Effizienz und ermöglicht vorausschauende Wartung, Echtzeit-Tracking und verbesserte Interoperabilität.

Um zu erfahren, wie industrielle Kommunikationsprotokolle auf Ihre Betriebsabläufe zugeschnitten werden können, besuchen Sie Kepware und informieren Sie sich über Lösungen für zuverlässige, standardisierte und sichere industrielle Konnektivität. 

Kepware-Treiberbibliothek

Weitere Informationen zu industriellen Protokollen finden Sie in der Kepware- Treiberbibliothek.

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