MQTT və OPC UA: OEM perspektivindən sənaye avtomatlaşdırılmasında kommunikasiya protokollarının müqayisəsi

Sənaye avtomatlaşdırılmasında MQTT və OPC UA: OEM kommunikasiya strategiyalarının müqayisəsi

Müasir sənaye müəssisələri maşınların vəziyyəti, istehsal məhsuldarlığı, keyfiyyət yoxlamasının nəticələri və avadanlığın səmərəlilik göstəriciləri daxil olmaqla, böyük həcmdə əməliyyat məlumatları yaradır. Monitorinq, analitika və məhsuldarlığın optimallaşdırılması üçün bu məlumatlar sahə cihazlarından idarəetmə sistemlərinə və daha yüksək səviyyəli platformalara etibarlı şəkildə ötürülməlidir.

Sənaye avtomatlaşdırılması layihələrində kommunikasiya protokolunun seçimi yalnız texniki məsələ deyil. Bu seçim çox vaxt sistem arxitekturasından, müştəri standartlarından və inteqrasiya tələblərindən asılı olur. OEM mühəndisliyi baxımından MQTT və OPC UA müasir rəqəmsal fabriklərdə fərqli rolları yerinə yetirən, sənaye məlumatlarının mübadiləsinə iki müxtəlif yanaşmanı təmsil edir.

Şəkil 1. MQTT və OPC UA kommunikasiya modellərinin müqayisəsi.

Sənaye məlumatlarının kommunikasiyası tələbləri

Ənənəvi avtomatlaşdırma sistemlərində PLC-lər və idarəetmə platformaları əsas məlumat mənbəyi kimi çıxış edir. A-B ControlLogix və GE Fanuc RX3i PACSystems kimi sistemlər giriş-çıxış modulları və proqramlaşdırılan məntiq kontrollerləri vasitəsilə sahə məlumatlarını fasiləsiz toplayır.

Fabriklər rəqəmsal transformasiyaya keçdikcə bu məlumatlar yerli idarəetmə sistemlərindən kənara paylanmalıdır. İndi bu məlumatlar MES platformalarını, bulud analitikasını, proqnozlaşdırıcı texniki xidməti və müəssisə panellərini dəstəkləyir.

Bu dəyişiklik kommunikasiya protokollarını avtomatlaşdırma arxitekturasında əsas layihələndirmə qərarına çevirib.

Sənaye IoT-də MQTT kommunikasiya modeli

MQTT məhdud və ya qeyri-sabit şəbəkələrdə məlumatların səmərəli ötürülməsi üçün hazırlanmış yüngül mesajlaşma protokoludur. O, cihazların birbaşa əlaqə saxlaması əvəzinə məlumatları mərkəzi brokerə göndərdiyi nəşr/abunə arxitekturasından istifadə edir.

Hər bir cihaz məlumatları müəyyən edilmiş mövzuya dərc edir. Həmin mövzuya abunə olan istənilən sistem yenilənmələri real vaxtda və ya real vaxta yaxın qəbul edir. Bu struktur cihazlar arasındakı asılılığı azaldır və bulud inteqrasiyasını sadələşdirir.

MQTT sənaye IoT tətbiqlərində, xüsusilə məlumatların birbaşa idarəetmə sistemlərinə deyil, bulud platformalarına və ya kənar şlüzlərə göndərildiyi hallarda geniş istifadə olunur.

Sənaye idarəetmə sistemlərində OPC UA

OPC UA avtomatlaşdırma sistemləri arasında təhlükəsiz və standartlaşdırılmış məlumat mübadiləsi üçün hazırlanmış strukturlaşdırılmış sənaye kommunikasiya çərçivəsidir. MQTT-dən fərqli olaraq, OPC UA PLC dəyişənlərinə birbaşa çıxış təmin edir və maşın səviyyəli məlumatlarla real vaxtda qarşılıqlı əlaqəyə imkan verir.

Bir çox müasir kontroller OPC UA-nı yerli olaraq dəstəkləyir; bunlara Honeywell Experion PKS C300 və Emerson DeltaV paylanmış idarəetmə sistemləri kimi sistemlərlə inteqrasiya olunan platformalar daxildir.

OPC UA həm müştəri/server, həm də nəşr/abunə modellərini dəstəkləyir. O, həmçinin daxili təhlükəsizlik, məlumatların modelləşdirilməsi və strukturlaşdırılmış ünvan məkanlarını özündə birləşdirir ki, bu da onu mürəkkəb sənaye mühitləri üçün əlverişli edir.

Şəkil 2. Uzaq və ya qeyri-sabit şəbəkə mühitlərində sənaye kommunikasiyası.

Sənaye tətbiqlərində MQTT-nin əsas üstünlükləri

MQTT sensor göstəriciləri, status yenilənmələri və hadisə bildirişləri kimi yüngül məlumat dəstlərini ötürərkən səmərəli işləyir. O, minimal konfiqurasiya tələb edir və bağlantının fasilələrlə mövcud olduğu paylanmış sistemlərdə yaxşı nəticə göstərir.

Lakin MQTT adətən birbaşa PLC platformalarına inteqrasiya edilmir. Sənaye inteqrasiyası OT sistemləri ilə İT/bulud platformaları arasında əlaqə yaratmaq üçün çox vaxt şlüzlər və ya ara proqram təminatı tələb edir.

Bulud əsaslı arxitekturalarda MQTT məlumatların AWS IoT və sənaye analitikası xidmətləri kimi platformalara ötürülməsi üçün tez-tez istifadə olunur.

Avtomatlaşdırma sistemlərində OPC UA-nın əsas üstünlükləri

OPC UA real vaxtda prosesin görünməsini və idarəetmə ilə birbaşa inteqrasiyanı tələb edən tətbiqlər üçün daha uyğundur. O, dəyişənlər, həyəcan siqnalları və diaqnostik məlumatlar daxil olmaqla, canlı maşın məlumatlarına strukturlaşdırılmış çıxış imkanı verir.

Yüksək məhsuldarlıqlı avtomatlaşdırma sistemlərində OPC UA PLC-lər və nəzarət sistemləri arasında xüsusi kommunikasiya məntiqinə ehtiyacı aradan qaldıraraq inteqrasiyanın mürəkkəbliyini azaldır.

Bu protokol məlumatların ardıcıllığı və təhlükəsizliyinin əsas layihələndirmə tələbləri olduğu müasir idarəetmə mühitlərində geniş tətbiq olunur.

Şəkil 3. Strukturlaşdırılmış kommunikasiya arxitekturasından istifadə edən sənaye avtomatlaşdırılması sistemi.

Sistem arxitekturası ilə bağlı mülahizələr

Praktik mühəndislik layihələrində MQTT və OPC UA bir-birini istisna etmir. Bir çox sənaye sistemi OPC UA-nın real vaxt idarəetmə məlumatlarını, MQTT-nin isə bulud səviyyəsində məlumat paylanmasını idarə etdiyi hibrid arxitekturadan istifadə edir.

Məsələn, A-B Flex I/O və ya Schneider Modicon Quantum kimi idarəetmə platformaları daxildə OPC UA-dan, xarici analitika sistemləri üçün isə MQTT-dən istifadə edə bilər.

Bu laylı arxitektura idarəetmə səviyyəsində sistemin etibarlılığını qoruyarkən miqyaslana bilməni yaxşılaşdırır.

Mühəndislik üzrə seçim strategiyası

MQTT və OPC UA arasında seçim edərkən mühəndislər sistemin gecikməsini, məlumat həcmini və inteqrasiyanın əhatə dairəsini qiymətləndirməlidirlər. Deterministik idarəetmə mühitləri üçün OPC UA-ya, bulud kommunikasiyası və genişmiqyaslı məlumat toplanması üçün isə MQTT-yə üstünlük verilir.

Bir çox sənaye avtomatlaşdırılması layihəsində real vaxt idarəetmə tələbləri ilə bulud bağlantısı ehtiyaclarını tarazlaşdırmaq üçün hər iki protokol birlikdə tətbiq olunur.

Mühəndislik üzrə seçim strategiyası

MQTT və OPC UA arasında seçim edərkən mühəndislər sistemin gecikməsini, məlumat həcmini və inteqrasiyanın əhatə dairəsini qiymətləndirməlidirlər. Deterministik idarəetmə mühitləri üçün OPC UA-ya, bulud kommunikasiyası və genişmiqyaslı məlumat toplanması üçün isə MQTT-yə üstünlük verilir.

Bir çox sənaye avtomatlaşdırılması layihəsində real vaxt idarəetmə tələbləri ilə bulud bağlantısı ehtiyaclarını tarazlaşdırmaq üçün hər iki protokol birlikdə tətbiq olunur.

Müəllif haqqında

Michael Chen PLC, DCS və sənaye kommunikasiya sistemləri üzrə 15 ildən çox təcrübəyə malik sənaye avtomatlaşdırılması mühəndisidir. O, qlobal istehsal layihələrində idarəetmə sistemlərinin inteqrasiyası, sənaye şəbəkəsi arxitekturası və rəqəmsal transformasiya üzərində çalışır.