Die Digitalisierung und das Industrial Internet of Things (IIoT) verändern die Produktion weltweit.
Ein zentrales Element dabei: Kommunikationsprotokolle. Sie sorgen für eine sichere, schnelle und zuverlässige Datenübertragung zwischen Maschinen, Sensoren, Systemen und Plattformen.
In dieser Beitragsreihe stelle ich die wichtigsten Protokolle vor – inklusive Herkunft, Besonderheiten und Einsatzgebieten.
MQTT – leicht, flexibel und effizient
🔗 mqtt.org
MQTT (Message Queue Telemetry Protocol) ist ein offenes, leichtgewichtiges Protokoll.
Es wurde für Netzwerke mit geringer Bandbreite entwickelt – ideal für einfache Geräte wie Mikrocontroller oder Raspberry Pi.
So funktioniert’s:
Ein zentraler Broker empfängt Daten von mehreren Clients und verteilt sie an alle, die sich dafür interessieren.
Das Besondere: Es werden nur Daten gesendet, wenn sich etwas ändert – das spart Bandbreite und Rechenleistung.
Typische Einsatzbereiche:
- Condition Monitoring: Überwachung von Maschinen in Echtzeit – z. B. Temperatur, Druck, Vibration
- Predictive Maintenance: Vorhersage von Wartungsbedarf anhand von Sensordaten wie Spindeldrehzahl, Werkzeuglaufzeit etc.
Fazit:
MQTT ist ideal für einfache, schnelle und kostengünstige Kommunikation im IIoT – besonders bei vielen kleinen Geräten und wenig Infrastruktur.
OPC UA – der Standard für Industrie-Kommunikation
OPC UA (Unified Architecture) ist der weiterentwickelte Standard der klassischen OPC-Technologie von Microsoft.
Es wurde speziell für den sicheren, plattformunabhängigen Datenaustausch in der Industrie entwickelt.
Was OPC UA auszeichnet:
- Bidirektionale Kommunikation – Daten können empfangen und zurückgesendet werden
- Hohe Sicherheit und Datenstrukturierung
- Weit verbreitet – unterstützt von Herstellern wie Siemens, Beckhoff, Microsoft, Rockwell
Herausforderung:
Viele Maschinen unterstützen nur einzelne Teile des OPC-UA-Standards. Das führt zu hohen Anpassungskosten.
Zudem ist die Implementierung komplex und erfordert Pflege.
Kritiker sagen: OPC UA ist eher ein herstellergetriebener Standard als ein wirklich offenes Protokoll.
Fazit:
OPC UA ist stark, wenn es um Zuverlässigkeit, Sicherheit und Interoperabilität geht – aber teuer und aufwendig im Einsatz, vor allem für kleinere Unternehmen.
UMATI – Plug-and-Play für den Maschinenbau
UMATI (Universal Machine Technology Interface) baut auf OPC UA auf – ist aber speziell für den Maschinenbau entwickelt worden.
Ziel: Maschinen, Anlagen und IT-Systeme sollen sich einfach, schnell und standardisiert vernetzen lassen.
Vorteile:
- Plug-and-Play-Integration neuer Maschinen
- Einheitliche Schnittstellen für alle Beteiligten
- Branchenübergreifender Ansatz – auch für Zulieferer und Systempartner nutzbar
Mit UMATI können Maschinen schnell in Industrie-4.0-Umgebungen eingebunden werden – ohne aufwändige Einzellösungen.
Fazit:
UMATI erleichtert die Vernetzung im Maschinenbau. Es senkt Hürden, spart Zeit und hilft, digitale Ökosysteme schneller zu nutzen.
MTConnect – Standard für Maschinendaten in Nordamerika
MTConnect wurde in den USA von der Association for Manufacturing Technology (AMT) entwickelt.
Ziel war eine einheitliche Sprache für die Kommunikation mit Werkzeugmaschinen.
Das Protokoll ist offen, erweiterbar und lesend (Read-only).
Es hat sich besonders in Nordamerika als Standard für die Maschinendatenerfassung etabliert.
MTConnect basiert auf XML und eignet sich besonders für:
- Maschinenüberwachung
- Verfügbarkeits- und Prozessanalysen
- Predictive Maintenance
- Visualisierungen
- Effizienztracking
Die Architektur besteht aus drei Teilen:
- Adapter: Liest die Maschinendaten aus und normiert sie
- Agent: Wandelt die Daten in XML um und speichert sie
- Client: Holt sich bei Bedarf die Daten vom Agenten
Vorteil:
Durch die reine Lesefunktion ist MTConnect leicht zu implementieren und ideal für Überwachungsanwendungen auf dem Shopfloor.
DNP3 – Kommunikation für kritische Infrastrukturen
🔗 dnp.org
DNP3 (Distributed Network Protocol, Version 3) wurde 1993 speziell für die Überwachung von Energie- und Versorgungsnetzen entwickelt.
Heute wird es in kritischen Infrastrukturen eingesetzt – etwa in der Wasser-, Energie- oder Öl- und Gasindustrie.
Das Protokoll ist besonders geeignet für:
- raue Umgebungen
- schlechte Netzverbindungen
- hohe Latenzzeiten
Wie bei MQTT werden nur geänderte Daten übertragen. Das spart Bandbreite und entlastet das Netzwerk.
Typische Anwendungen:
- Zustandserfassung
- Fernwartung
- Predictive Maintenance im Zusammenspiel mit SCADA-Systemen
DNP3 ist vor allem im amerikanischen und pazifischen Raum verbreitet und gilt dort als verlässlicher Standard für die Fernsteuerung kritischer Systeme.
Fazit: Das richtige Protokoll für den richtigen Zweck
Die Vielfalt an IIoT-Protokollen zeigt: Es gibt nicht die eine Lösung – sondern viele spezialisierte.
- OPC UA & UMATI: Für komplexe Industrieanwendungen mit hohem Sicherheitsbedarf
- MQTT & MTConnect: Für einfache, ressourcenschonende Anwendungen mit wenig Bandbreite
- DNP3: Für robuste Kommunikation in kritischen Infrastrukturen
Wichtig: Jedes Protokoll hat Stärken – je nach Branche und Einsatzzweck.
Der Trend ist eindeutig: Maschinen und Systeme werden immer stärker vernetzt. Diese Entwicklung treibt die Digitalisierung weiter voran – und damit auch Industrie 4.0.
