MQTT пен OPC UA: OEM тұрғысынан өнеркәсіптік автоматтандыруға арналған байланыс хаттамаларын салыстыру

Өнеркәсіптік автоматтандырудағы MQTT және OPC UA: OEM байланыс стратегияларын салыстыру

Заманауи өнеркәсіптік зауыттарда машина күйі, өндіріс өнімділігі, сапаны тексеру нәтижелері және жабдық тиімділігінің көрсеткіштері сияқты операциялық деректердің үлкен көлемі қалыптасады. Бұл деректерді мониторинг, талдау және өнімділікті оңтайландыру үшін далалық құрылғылардан басқару жүйелеріне және жоғары деңгейлі платформаларға сенімді түрде жеткізу қажет.

Өнеркәсіптік автоматтандыру жобаларында байланыс протоколын таңдау тек техникалық мәселеге байланысты емес. Ол көбіне жүйе архитектурасына, тапсырыс берушінің стандарттарына және интеграция талаптарына тәуелді. OEM инженериясы тұрғысынан MQTT және OPC UA өнеркәсіптік деректер алмасуына арналған екі түрлі тәсілді білдіреді және заманауи цифрлық зауыттарда әрқайсысы өзіндік рөл атқарады.

1-сурет. MQTT және OPC UA байланыс модельдерін салыстыру.

Өнеркәсіптік деректер байланысына қойылатын талаптар

Дәстүрлі автоматтандыру жүйелерінде PLC және басқару платформалары деректердің негізгі көзі болып саналады. A-B ControlLogix және GE Fanuc RX3i PACSystems сияқты жүйелер енгізу/шығару модульдері мен логикалық контроллерлер арқылы далалық деректерді үздіксіз жинайды.

Зауыттар цифрлық трансформацияға көшкен сайын бұл деректер жергілікті басқару жүйелерінен тыс таратылуы қажет. Енді олар MES платформаларын, бұлттық талдауды, болжамды техникалық қызмет көрсету жүйелерін және кәсіпорынның бақылау панельдерін қолдайды.

Осы өзгеріс байланыс протоколдарын автоматтандыру архитектурасындағы негізгі жобалық шешімге айналдырды.

Өнеркәсіптік IoT жүйелеріндегі MQTT байланыс моделі

MQTT — мүмкіндіктері шектеулі немесе тұрақсыз желілерде деректерді тиімді жеткізуге арналған жеңіл хабар алмасу протоколы. Ол құрылғылардың бір-бірімен тікелей байланысуының орнына деректерді орталық брокерге жіберетін жариялау/жазылу архитектурасын қолданады.

Әр құрылғы деректерді анықталған тақырыпқа жариялайды. Сол тақырыпқа жазылған кез келген жүйе жаңартуларды нақты уақытта немесе нақты уақытқа жуық режимде алады. Бұл құрылғылар арасындағы тәуелділікті азайтып, бұлттық интеграцияны жеңілдетеді.

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

Өнеркәсіптік басқару жүйелеріндегі OPC UA

OPC UA — автоматтандыру жүйелері арасында қауіпсіз әрі стандартталған деректер алмасуға арналған құрылымдалған өнеркәсіптік байланыс платформасы. MQTT-ден айырмашылығы, OPC UA PLC айнымалыларына тікелей қол жеткізуді қамтамасыз етеді, бұл машина деңгейіндегі деректермен нақты уақытта өзара әрекеттесуге мүмкіндік береді.

Көптеген заманауи контроллерлер OPC UA протоколын бастапқы деңгейде қолдайды, соның ішінде Honeywell Experion PKS C300 және Emerson DeltaV үлестірілген басқару жүйелерімен біріктірілген платформалар да бар.

OPC UA клиент/сервер және жариялау/жазылу модельдерінің екеуін де қолдайды. Сондай-ақ оның құрамында кіріктірілген қауіпсіздік, деректерді модельдеу және құрылымдалған адрестік кеңістіктер бар, сондықтан ол күрделі өнеркәсіптік орталарға сай келеді.

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

Өнеркәсіптік қолданбалардағы MQTT протоколының негізгі артықшылықтары

MQTT сенсор көрсеткіштері, күй жаңартулары және оқиғалар туралы хабарламалар сияқты жеңіл деректер жиындарын жеткізуде тиімді жұмыс істейді. Ол ең аз конфигурацияны қажет етеді және байланыс үзіліп тұратын үлестірілген жүйелерде жақсы қолданылады.

Алайда MQTT әдетте PLC платформаларына тікелей кіріктірілмейді. Өнеркәсіптік интеграция көбіне OT жүйелері мен IT/бұлттық платформалар арасындағы байланысты қамтамасыз ету үшін шлюздерді немесе аралық бағдарламалық жасақтаманы қажет етеді.

Бұлтқа негізделген архитектураларда MQTT деректерді AWS IoT сияқты платформаларға және өнеркәсіптік талдау қызметтеріне жіберу үшін жиі қолданылады.

Автоматтандыру жүйелеріндегі OPC UA протоколының негізгі артықшылықтары

OPC UA нақты уақыттағы процестің көрінуін және басқару жүйелерімен тікелей интеграцияны қажет ететін қолданбаларға көбірек сәйкес келеді. Ол айнымалыларды, дабылдарды және диагностикалық ақпаратты қоса алғанда, машина туралы ағымдағы деректерге құрылымдалған қолжетімділікті қамтамасыз етеді.

Өнімділігі жоғары автоматтандыру жүйелерінде OPC UA PLC мен диспетчерлік жүйелер арасындағы арнайы байланыс логикасының қажеттілігін жою арқылы интеграция күрделілігін азайтады.

Ол деректердің бірізділігі мен қауіпсіздігі негізгі жобалық талаптар болып табылатын заманауи басқару орталарында кеңінен қолданылады.

3-сурет. Құрылымдалған байланыс архитектурасын пайдаланатын өнеркәсіптік автоматтандыру жүйесі.

Жүйе архитектурасына қатысты мәселелер

Практикалық инженерлік жобаларда MQTT мен OPC UA бірін-бірі жоққа шығармайды. Көптеген өнеркәсіптік жүйелер гибридті архитектураны қолданады: OPC UA нақты уақыттағы басқару деректерін басқарады, ал MQTT бұлт деңгейіндегі деректерді таратуды қамтамасыз етеді.

Мысалы, A-B Flex I/O немесе Schneider Modicon Quantum сияқты басқару платформалары OPC UA протоколын ішкі деңгейде қолдануы мүмкін, ал MQTT сыртқы талдау жүйелері үшін пайдаланылады.

Бұл қабатты архитектура басқару деңгейіндегі жүйе сенімділігін сақтай отырып, масштабталуды жақсартады.

Инженерлік таңдау стратегиясы

MQTT мен OPC UA арасында таңдау жасаған кезде инженерлер жүйе кідірісін, деректер көлемін және интеграция ауқымын бағалауы қажет. OPC UA детерминистік басқару орталары үшін қолайлы, ал MQTT бұлтпен байланысқа және деректерді ауқымды жинақтауға көбірек сәйкес келеді.

Көптеген өнеркәсіптік автоматтандыру жобаларында нақты уақыттағы басқару талаптары мен бұлтқа қосылу қажеттіліктерін теңестіру үшін екі протокол да бірге енгізіледі.

Инженерлік таңдау стратегиясы

MQTT мен OPC UA арасында таңдау жасаған кезде инженерлер жүйе кідірісін, деректер көлемін және интеграция ауқымын бағалауы қажет. OPC UA детерминистік басқару орталары үшін қолайлы, ал MQTT бұлтпен байланысқа және деректерді ауқымды жинақтауға көбірек сәйкес келеді.

Көптеген өнеркәсіптік автоматтандыру жобаларында нақты уақыттағы басқару талаптары мен бұлтқа қосылу қажеттіліктерін теңестіру үшін екі протокол да бірге енгізіледі.

Автор туралы

Майкл Чен — PLC, DCS және өнеркәсіптік байланыс жүйелері саласында 15 жылдан астам тәжірибесі бар өнеркәсіптік автоматтандыру инженері. Ол басқару жүйелерін интеграциялауға, өнеркәсіптік желілер архитектурасына және жаһандық өндірістік жобалардағы цифрлық трансформацияға маманданған.