Kommunikationsprotokolle definieren, wie Feldgeräte – etwa Sensoren, Aktuatoren oder Roboter – Daten mit Steuerungen wie SPS oder Edge-Computern austauschen. Sie reduzieren Verdrahtungsaufwand, sparen Installationszeit, senken Fehlerrisiken und ermöglichen intelligentere und zuverlässigere Maschinenleistung. Über die Protokolle werden Diagnose-, I/O-Status- und Leistungsdaten ausgetauscht. Diese sind die Basis für Remote-Monitoring, KI-Analysen, Cloud-Services und neue Business-Modelle, mit denen Effizienz und Innovation gesteigert werden können.
Anfangs nutzten SPS serielle RS232-Verbindungen zu Peripherie wie Monitoren oder Druckern. Ab den späten 1980ern ersetzten Feldbusse die komplexe Parallelverdrahtung durch digitale Übertragung - später standardisiert in IEC 61158. Seit 1999 haben sich vielfältige Feldbus-Systeme etabliert und Ethernet-basierte, teils echtzeitfähige Protokolle bildeten die nächste Generation. Heute prägen Cloud-Anbindung, Data Lakes und IT/OT-Konvergenz die industrielle Kommunikation – mit Security als Kernanforderung.
Information Technology (IT) verwaltet Daten und Anwendungen – von Informationssystemen über Office-Rechner bis zu Netzwerken. Operational Technology (OT) überwacht und steuert physische Geräte wie Produktionsanlagen. IT/OT-Konvergenz integriert beides – oft über gemeinsame Protokolle. Die Technologien unterscheiden sich jedoch: Industrial Ethernet muss Vibrationen, Staub und Hitze standhalten und ist auf Robustheit ausgelegt. Ziel ist es, Fehler zu verhindern und Störungen schnell zu erkennen – mit Protokollen für hohe Datenraten, Kollisionsmanagement und vor allem deterministische Kommunikation, damit Daten rechtzeitig ankommen und Produktionsausfälle vermieden werden.
Aber welche Top-Technologien prägen die industrielle Automatisierung heute?
Über 30 Protokolle wurden entwickelt; in der Praxis setzten sich einige Kernstandards durch – etwa Profibus, Interbus, CANopen, DeviceNet und CC-Link.
1. Profibus. International standardisiert, z. B. bei EN 50170, verbindet Profibus die Steuerungen, Sensoren und Aktuatoren. Varianten wie DP und PA bedienen unterschiedliche Automatisierungsbedarfe – einer der am weitesten verbreiteten frühen Standards.
2. Interbus. Früher Industriestandard mit Ring-Topologie für schnelle, zuverlässige Datenübertragung in rauen Umgebungen.
3. CANopen und 4. DeviceNet. Beide basieren auf CAN, welche seinen Ursprung in der Automobilindustrie hat. DeviceNet ermöglichte einfache, schnelle Integration und war besonders in den USA verbreitet. CANopen bot größere Flexibilität und erweiterte die Management-Funktionen.
5. CC-Link. Offener, schneller Echtzeit-Feldbus, in Asien weit verbreitet und standardisiert.
6. Profinet. Breit eingesetzt aufgrund Leistung, Skalierbarkeit und Ethernet-Kompatibilität. Unterstützt TCP/IP, RT (Real-Time) und IRT (Isochronous Real-Time) – ideal für zeitkritische, komplexe Applikationen. Ermöglicht Industrie-4.0-Szenarien samt Diagnose, Konfiguration und Wartung.
7. EtherNet/IP. Weit verbreitet dank Interoperabilität, Skalierbarkeit und Standard-Ethernet (TCP/IP). Baut auf dem CIP (Common Industrial Protocol) auf – ein einheitlicher Rahmen für Sensoren, Aktoren und Steuerungen. Unterstützt Echtzeit- und Nicht-Echtzeit-Kommunikation – vom einfachen Steuerungsfall bis zur komplexen Fertigung.
8. EtherCAT. („Ethernet for Control Automation Technology“) – High-Performance-Echtzeit-Ethernet. Verarbeitet Daten on the fly, minimiert Latenzen, bietet präzise Synchronisation und hohe Skalierbarkeit. Ideal für Motion Control, Robotik, Hochgeschwindigkeits-Fertigung.
9. POWERLINK. Offenes Echtzeit-Ethernet mit deterministischer, schneller Kommunikation. Zeitgesteuerter Master-Slave-Mechanismus sorgt für niedrige Latenz/Jitter – geeignet für Motion und Robotik.
10. CC-Link IE. Offenes Ethernet-basiertes System (CC-Link Partner Association), mit Gigabit-Geschwindigkeit und deterministischer Echtzeit. In Asien häufig genutzt; ermöglicht nahtlose Geräteintegration und unterstützt Smart-Factory-/IIoT-Anwendungen.
Über die „Top 10“ stechen vier Ergänzungen heraus:
Eine Smart Factory nutzt digitale Technologien, Automatisierung und Datenaustausch für flexible, effiziente und vernetzte Produktion. IoT, KI, Robotik, Big Data, cyber-physische Systeme ermöglichen Echtzeit-Monitoring, autonome Entscheidungen und nahtlose Kommunikation zwischen Maschinen, Systemen und Menschen. Kommunikationsprotokolle der 2. und 3. Generation liefern die technische Basis für Datenanalytik und neue Geschäftsmodelle. Business Schools und Universitäten trainieren mit cyber-physischen Lernfabriken von Festo Didactic auf diesen Technologien.
Smarte Produkte sind physische Anlagen mit Sensorik, Software, Konnektivität und Intelligenz – sie sammeln, verarbeiten und tauschen Daten aus. Dadurch werden Remote-Monitoring, Selbstdiagnose, adaptives Verhalten und die Einbindung in digitale Ökosysteme möglich. Frühe Beispiele von Festo: Motion Terminal VTEM, Energieeffizienzmodule (MSE6-E2M) sowie intelligente Ventilinseln (CPX/MPA, CPX/VTSA, VTUX) mit MQTT und OPC UA. Festo AX Industrial-AI-Apps ermöglichen Advanced Analytics – auch ohne eigenes KI-Know-how.
Smarte Fabriken und Produkte sind das Herz von Industrie 4.0 – sie steigern Produktivität, reduzieren Stillstände, verbessern Qualität und beschleunigen die Time-to-Market. Sie ermöglichen nachhaltige Fertigung, fördern Innovation und erschließen neue Geschäftsmodelle.
Edge-Computer, SPS und fortschrittliche Kommunikationsprotokolle geben Ingenieurinnen und Ingenieuren die Werkzeuge an die Hand, um eine solide Basis für starke Datenanalytik und zukunftsfähige Lösungen zu schaffen. Innovationsführer wie Festo beschleunigen diesen Trend mit ganzheitlichen One-Stopp-Lösungen.