Klassische Feldbussysteme wie PROFIBUS DP, DeviceNet und CAN-Bus haben die industrielle Automation seit den 1980er Jahren geprägt. Sie sind zuverlässig, bewährt und für ihre jeweiligen Anwendungsfälle optimiert. Trotzdem stehen Fertigungsunternehmen heute vor einer klaren Tendenz: Industrial-Ethernet-Protokolle ersetzen Feldbusse schrittweise – nicht weil Feldbusse schlecht wären, sondern weil Ethernet die technologische Basis für alles liefert, was Industrie 4.0 verspricht.
Vergleich: Feldbus vs. Industrial Ethernet
| Eigenschaft | PROFIBUS DP | PROFINET RT | EtherCAT |
|---|---|---|---|
| Übertragungsrate | 12 Mbit/s | 100 Mbit/s / 1 Gbit/s | 100 Mbit/s |
| Zykluszeit | 1–10 ms | 1 ms (IRT: <250 µs) | 31,25 µs–1 ms |
| Netzwerktopologie | Linienbus | Stern, Linie, Ring | Linie (Ring optional) |
| Standardhardware | Spezial-ASIC nötig | Standard-Ethernet-NIC (mit RT-Stack) | Slave-ASIC (ESC) |
| OPC-UA-Kombination | Nicht vorgesehen | OPC UA over PROFINET möglich | OPC UA over EtherCAT (CoE) |
PROFINET: der Siemens-kompatible Weg
PROFINET (IEC 61158, IEC 61784) ist das meistverbreitete Industrial-Ethernet-Protokoll in Europa. Es unterscheidet drei Kommunikationsklassen: NRT (Non-Real-Time, für Parametrierung), RT (Real-Time, Zykluszeiten ~1 ms, für die meisten Maschinenanwendungen ausreichend) und IRT (Isochronous Real-Time, <250 µs, für Servo-Achsen und Robotik). In Siemens-SPS-Umgebungen ist PROFINET der natürliche Migrationspfad von PROFIBUS.
Die PROFIBUS/PROFINET-Migration erfolgt in der Praxis oft mit einem Protokollkonverter (PN/PB-Link), der PROFIBUS-Slaves transparent in ein PROFINET-Netzwerk einbindet – ein pragmatischer Weg, der es erlaubt, Maschinen sukzessive auszutauschen, ohne den gesamten Maschinenpark gleichzeitig umstellen zu müssen.
EtherCAT: Höchste Echtzeitperformance
EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology), entwickelt von Beckhoff und heute durch die ETG (EtherCAT Technology Group) standardisiert, erreicht durch ein innovatives On-the-fly-Processing-Konzept Zykluszeiten bis 31,25 µs: Statt Frames zwischen Master und Slave auszutauschen, lesen Slave-ASICs ihren Bereich direkt beim Durchlauf des Ethernet-Frames und schreiben eigene Daten hinein. 1.000 Achsen können so in 30 µs synchronisiert werden – unübertroffen im Markt.
Time-Sensitive Networking (TSN): die Konvergenz-Plattform
TSN (IEEE 802.1Qxx-Normenreihe) fügt Standard-Ethernet deterministische Eigenschaften hinzu: IEEE 802.1Qbv (Traffic Shaping), IEEE 802.1AS (Zeitsynchronisation) und IEEE 802.1CB (Frame Replication und Elimination). Damit können OPC UA, PROFINET und IT-Protokolle (HTTP, FTP) auf derselben Netzwerkinfrastruktur koexistieren – das Ziel einer einheitlichen Fabriknetzstruktur ohne parallele OT- und IT-Netze.