MQTT пен OPC UA: Өндірістік автоматтандырудағы байланыс протоколдарының OEM көзқарасынан салыстырмасы

Өнеркәсіптік автоматтандыруда MQTT мен OPC UA: OEM коммуникация стратегиясын салыстыру

Қазіргі заманғы өнеркәсіптік зауыттар үлкен көлемдегі операциялық деректерді өндіреді, оның ішінде машиналардың күйі, өндіріс көлемі, сапаны бақылау нәтижелері және жабдықтың тиімділік көрсеткіштері бар. Бұл деректер сенімді түрде алаң құрылғыларынан басқару жүйелеріне және жоғары деңгейдегі платформаларға мониторинг, талдау және өнімділікті оңтайландыру үшін жіберілуі тиіс.

Өнеркәсіптік автоматтандыру жобаларында коммуникация протоколын таңдау тек техникалық мәселе емес. Ол көбінесе жүйе архитектурасына, тапсырыс берушінің стандарттарына және интеграция талаптарына байланысты болады. OEM инженерлік көзқарасынан MQTT мен OPC UA өнеркәсіптік деректер алмасудың екі түрлі тәсілін білдіреді, әрқайсысы заманауи сандық фабрикаларда ерекше рөл атқарады.

1-сурет. MQTT мен OPC UA коммуникация модельдерінің салыстырмасы.

Өнеркәсіптік деректер коммуникациясының талаптары

Дәстүрлі автоматтандыру жүйелерінде PLC және басқару платформалары негізгі дереккөз ретінде қызмет етеді. A-B ControlLogix және GE Fanuc RX3i PACSystems сияқты жүйелер I/O модульдері мен процесс логика контроллерлері арқылы алаң деректерін үздіксіз жинайды.

Зауыттар сандық трансформацияға көшкен сайын, бұл деректер жергілікті басқару жүйелерінен тыс таралуы қажет болады. Қазір ол MES платформаларын, бұлттық талдауды, алдын ала техникалық қызмет көрсету жүйелерін және кәсіпорын бақылау тақталарын қолдайды.

Бұл өзгеріс коммуникация протоколдарын автоматтандыру архитектурасының негізгі жобалау шешіміне айналдырды.

Өнеркәсіптік IoT-дегі MQTT коммуникация моделі

MQTT – шектеулі немесе тұрақсыз желілерде тиімді деректерді жіберуге арналған жеңіл хабарлама протоколы. Ол жариялау/жазылу архитектурасын ұстанады, мұнда құрылғылар тікелей байланыс орнатудың орнына деректерді орталық брокерге жібереді.

Әр құрылғы анықталған тақырыпқа деректер жариялайды. Сол тақырыпқа жазылған кез келген жүйе нақты уақыт режимінде немесе оған жақын уақытта жаңартулар алады. Бұл құрылым құрылғылар арасындағы байланысты азайтып, бұлттық интеграцияны жеңілдетеді.

MQTT өнеркәсіптік IoT қолданбаларында кеңінен қолданылады, әсіресе деректер басқару жүйелеріне тікелей емес, бұлттық платформаларға немесе шеткі шлюздерге жіберілгенде.

Өнеркәсіптік басқару жүйелеріндегі OPC UA

OPC UA – автоматтандыру жүйелері арасында қауіпсіз және стандартталған деректер алмасуды қамтамасыз ететін құрылымдық өнеркәсіптік коммуникация негізі. MQTT-ден айырмашылығы, OPC UA PLC айнымалыларына тікелей қолжетімділікті қамтамасыз етеді, бұл машина деңгейіндегі деректермен нақты уақыт режимінде өзара әрекеттесуге мүмкіндік береді.

Көптеген заманауи контроллерлер OPC UA-ны тікелей қолдайды, оның ішінде Honeywell Experion PKS C300 және Emerson DeltaV таралған басқару жүйелері сияқты жүйелермен біріктірілген платформалар бар.

OPC UA клиент/сервер және жариялау/жазылу модельдерін қолдайды. Сондай-ақ, ол кіріктірілген қауіпсіздік, деректер моделдеу және құрылымдық мекенжай кеңістіктерін қамтиды, бұл оны күрделі өнеркәсіптік ортаға лайықты етеді.

2-сурет. Қашықтағы немесе тұрақсыз желі орталарындағы өнеркәсіптік коммуникация.

Өнеркәсіптік қолданбалардағы MQTT-ның негізгі артықшылықтары

MQTT сенсорлық мәліметтер, күй жаңартулары және оқиға хабарламалары сияқты жеңіл деректер жиынтықтарын жіберуде тиімді жұмыс істейді. Ол минималды баптауды қажет етеді және байланысы үзіліп тұратын таралған жүйелерде жақсы жұмыс істейді.

Дегенмен, MQTT әдетте PLC платформаларына тікелей ендірілмейді. Өнеркәсіптік интеграция көбінесе OT жүйелері мен IT/бұлттық платформалар арасындағы көпір ретінде шлюздер немесе аралық бағдарламалық қамтамасыз етуді талап етеді.

Бұлттық архитектураларда MQTT жиі AWS IoT және өнеркәсіптік аналитика қызметтеріне деректерді жіберу үшін қолданылады.

Автоматтандыру жүйелеріндегі OPC UA-ның негізгі артықшылықтары

OPC UA нақты уақыттағы процесс көрінісі мен тікелей басқару интеграциясын қажет ететін қолданбаларға жақсырақ сәйкес келеді. Ол айнымалылар, дабылдар және диагностикалық ақпарат сияқты тірі машина деректеріне құрылымдық қолжетімділікті қамтамасыз етеді.

Жоғары өнімді автоматтандыру жүйелерінде OPC UA PLC мен бақылау жүйелері арасындағы арнайы коммуникация логикасын жою арқылы интеграция күрделілігін азайтады.

Бұл деректердің тұтастығы мен қауіпсіздігі маңызды жобалау талаптары болып табылатын заманауи басқару орталарында кеңінен қолданылады.

3-сурет. Құрылымдық коммуникация архитектурасын қолданатын өнеркәсіптік автоматтандыру жүйесі.

Жүйе архитектурасын ескеру

Практикалық инженерлік жобаларда MQTT мен OPC UA бір-бірін толықтырады. Көптеген өнеркәсіптік жүйелер гибридті архитектураны қолданады, мұнда OPC UA нақты уақыттағы басқару деректерін басқарады, ал MQTT бұлт деңгейіндегі деректер таратуға жауапты.

Мысалы, A-B Flex I/O немесе Schneider Modicon Quantum сияқты басқару платформалары ішкі операцияларда OPC UA-ны қолдануы мүмкін, ал MQTT сыртқы аналитикалық жүйелер үшін пайдаланылады.

Бұл қабатталған архитектура масштабталуды жақсартады және басқару деңгейінде жүйенің сенімділігін сақтайды.

Инженерлік таңдау стратегиясы

MQTT мен OPC UA арасында таңдау жасағанда, инженерлер жүйенің кешігуін, деректер көлемін және интеграция аясын бағалауы тиіс. OPC UA детерминистік басқару орталарында артықшылыққа ие, ал MQTT бұлттық коммуникация мен үлкен көлемдегі деректерді жинау үшін қолайлы.

Көптеген өнеркәсіптік автоматтандыру жобаларында екі протокол бірге қолданылады, нақты уақыттағы басқару талаптары мен бұлттық байланыс қажеттіліктерін теңестіру үшін.

Автор туралы

Майкл Чен – PLC, DCS және өнеркәсіптік коммуникация жүйелері саласында 15 жылдан астам тәжірибесі бар өнеркәсіптік автоматтандыру инженері. Ол басқару жүйелерін интеграциялау, өнеркәсіптік желі архитектурасы және жаһандық өндіріс жобаларында сандық трансформацияға назар аударады.