Gängige Industrieprotokolle in der Robotik
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Roboter und automatisierte Anlagen stellen hohe Anforderungen an die industrielle Kommunikation. Neben ausreichender Bandbreite sind vor allem deterministische Zykluszeiten, geringe Latenzen und eine präzise Synchronisation entscheidend. Je nach Anwendung reichen die Anforderungen von hochgenauer Motion Control bis zur einfachen Sensor- oder Zustandsüberwachung.
Dieser Beitrag gibt einen kompakten Überblick über die in der Robotik gängigen Industrieprotokolle und ordnet sie praxisnah ein.
Kategorien industrieller Kommunikationsprotokolle
Industrieprotokolle lassen sich in der Robotik grob in drei Ebenen einteilen:
- Echtzeit-Ethernet auf Layer-2-Basis für Motion Control und Achsensynchronisation
- Industrial Ethernet auf Basis klassischer Ethernet-Stacks für flexible Automatisierung
- Feld- und Geräteebene zur Anbindung von Sensoren und Aktoren
Überblick: Gängige Industrieprotokolle
| Protokoll | Kernprinzip | Typische Zykluszeit | Synchronisation | Typische Einsatzbereiche |
|---|---|---|---|---|
| EtherCAT | Verarbeitung im Vorbeilaufen, Layer 2 | < 100 µs | < 100 ns (Distributed Clocks) | Hochpräzise Motion Control, CNC, Robotik |
| PROFINET | Echtzeit über Ethernet, CC-C | < 1 ms | < 1 µs | Diskrete Fertigung, Automotive, Roboterzellen |
| EtherNet/IP | CIP über Standard-Ethernet, UDP für I/O | 1–10 ms | Standard Ethernet | Allgemeine Fabrikautomation |
| Modbus TCP | TCP/IP Client-Server | > 5 ms, nicht deterministisch | – | Monitoring, SCADA, einfache Integration |
| IO-Link | Punkt-zu-Punkt, 3-Leiter-Technik | Geräteebene | – | Sensor- und Aktoranbindung |
EtherCAT
EtherCAT ist auf maximale Performance und minimale Latenz ausgelegt. Das Protokoll arbeitet direkt auf Layer 2 und verzichtet auf den klassischen TCP/IP-Stack. Ein einzelner Ethernet-Frame wird vom Master gesendet und von allen Slaves im Vorbeilaufen verarbeitet, wodurch extrem kurze Zykluszeiten möglich sind.
Die Distributed-Clocks-Technologie ermöglicht eine Synchronisation im Nanosekundenbereich und ist damit ideal für koordinierte Roboterbewegungen und anspruchsvolle Motion-Control-Anwendungen.
PROFINET und EtherNet/IP
PROFINET und EtherNet/IP sind weit verbreitete Industrial-Ethernet-Standards, die auf Standard-Ethernet-Infrastrukturen aufsetzen.
PROFINET bietet mit IRT (Isochronous Real-Time, CC-C) eine Variante für zeitkritische Anwendungen mit Zykluszeiten unter einer Millisekunde. Es ist insbesondere in Siemens-basierten Automatisierungsumgebungen verbreitet.
EtherNet/IP basiert auf dem Common Industrial Protocol und ist vor allem in Nordamerika etabliert. Echtzeitfähige Kommunikation wird über UDP realisiert, erfordert jedoch ein entsprechend ausgelegtes Netzwerk mit Managed Switches und Quality-of-Service-Mechanismen.
Modbus TCP
Modbus TCP ist ein einfaches, weit verbreitetes Protokoll zur Datenübertragung über Ethernet. Es eignet sich vor allem für Monitoring, SCADA-Anwendungen und einfache Kopplungen zwischen Robotern und Steuerungen.
In der Robotik wird Modbus TCP häufig genutzt, wenn Echtzeitfähigkeit keine zentrale Rolle spielt oder als pragmatische Lösung für die Anbindung heterogener Systeme.
IO-Link
IO-Link ist kein Feldbus, sondern eine standardisierte Punkt-zu-Punkt-Kommunikation für Sensoren und Aktoren. Die Technologie ermöglicht bidirektionale Kommunikation über eine klassische 3-Leiter-Anbindung und ist feldbusunabhängig.
In Roboterzellen wird IO-Link häufig für Greifer, Sensorik und End-of-Arm-Tools eingesetzt und in übergeordnete Feldbusse integriert.
Fazit
Die Wahl des richtigen Industrieprotokolls hängt stark von der jeweiligen Anwendung ab. Für hochpräzise Roboterbewegungen und Motion Control ist EtherCAT meist die erste Wahl. PROFINET und EtherNet/IP eignen sich gut für standardisierte Automatisierung und IT-Integration. Modbus TCP deckt einfache Kommunikationsaufgaben ab, während IO-Link die Verbindung zur Feldebene effizient ergänzt.
In der Praxis kommen häufig mehrere Protokolle parallel zum Einsatz, um die jeweiligen Stärken optimal zu nutzen.
