Вибір правильного промислового протоколу зв’язку

Дізнайтеся про ключові відмінності між хмарними протоколами та протоколами автоматизації (MQTT, REST і OPC UA), а також про те, як обрати відповідний варіант для вашої системи і як вони працюють.

Ефективне, безпечне та масштабоване об’єднання машин, датчиків та інших систем у мережу може бути складним завданням.

Вибір правильного протоколу зв’язку спочатку може здаватися дрібницею, але під час вибору між MQTT, REST і OPC UA легко заплутатися.

У цій статті ми розглянемо найпоширеніші протоколи зв’язку — від принципів їх роботи до сфер, де вони найкраще себе проявляють, а також їхні основні обмеження.

Таким чином вам буде простіше обрати відповідний стандарт — і забезпечити, щоб ваша система працювала максимально плавно, ефективно та надійно.

Який протокол зв’язку слід обрати?

Ось короткий огляд протоколів зв’язку та сфер застосування, для яких вони найбільш підходять.

Звісно, ці стандарти зв’язку не працюють повністю незалежно один від одного. Їх часто комбінують, що дозволяє сильним сторонам одного протоколу компенсувати обмеження іншого.

Наприклад, часто можна зустріти «OPC UA поверх MQTT», коли дані OPC UA передаються у вигляді повідомлень MQTT для підвищення рівня безпеки та зменшення використання пропускної здатності.

У чому різниця між MQTT, REST і OPC UA?
Вибір правильного стандарту зв’язку спочатку може здаватися заплутаним. Але насправді все зводиться до розуміння унікальних характеристик MQTT, REST і OPC UA — та до їх відповідності вимогам вашої системи.

MQTT

Що таке MQTT?

Легкий мережевий протокол для IoT-комунікації.

MQTT базується на моделі «публікація-підписка», що означає: пристрої та застосунки (або «клієнти MQTT») публікують дані в «топіки» на центральному брокері.

Інші застосунки або клієнти можуть підписуватися на ці топіки через брокер, щоб отримувати відповідні повідомлення.

Основні характеристики

• Асинхронна комунікація
• Низькі вимоги до пропускної здатності та ресурсів пристрою
• Різні рівні якості обслуговування (QoS) — від 0 до 2 — дозволяють знайти оптимальний баланс між надійністю та ефективністю мережі.
  QoS 0 можна використовувати для частих, некритичних даних, тоді як 1 і 2 — для повідомлень, де підтвердження доставки є критично важливим.

Коли його варто використовувати?

MQTT ідеально підходить для невеликих IoT-пристроїв і платформ.

Також це потужний протокол для сенсорних мереж.

Саме тому його часто застосовують у системах прогнозного обслуговування. З цієї причини MQTT відіграє ключову роль у нашому підсилювачі digiBOX: використовуючи MQTT у поєднанні з openDAQ, ми спростили інтеграцію digiBOX з широким спектром хмарних застосунків та аналітичних процесів.

MQTT у дії

Сценарій: Автомобільний виробник хоче в режимі реального часу записувати дані з датчиків своїх машин, щоб раніше виявляти аномалії.

Принцип «публікація-підписка» робить MQTT ідеальним протоколом для такої задачі.

Датчики безперервно надсилають дані на центральний MQTT-брокер, який розподіляє їх між відповідними системами. Інженери використовують ці дані для моніторингу як продуктивності машин, так і параметрів навколишнього середовища, що дозволяє оптимізувати всі аспекти їх роботи.

Ключове — дані передаються швидко та надійно. У результаті інженери можуть оперативно реагувати на проблеми — і бути впевненими, що не пропускають жодного сигналу про несправність чи можливість покращення продукції.

REST

Що таке REST?

Архітектурний стиль для веб-інтерфейсів, заснований на HTTP-запитах.

При використанні REST сервер надає ресурси через веб-інтерфейс — REST API.

Клієнтські застосунки звертаються до ресурсу за унікальною адресою. Далі вони використовують HTTP-методи, такі як GET, POST, PUT або DELETE, щоб отримати, створити, змінити або видалити дані.

Основні характеристики

• Модель «клієнт–сервер»
• Безстанова архітектура (stateless) — кожен API-запит є самодостатнім і не залежить від інших
• Багаторівнева архітектура підтримує масштабованість. Оскільки клієнт «бачить» лише інтерфейс, фактична технологічна реалізація залишається прихованою.

Коли його варто використовувати?

Оскільки REST базується на широко використовуваних інтернет-технологіях, його значно простіше застосовувати та інтегрувати в існуючу інфраструктуру порівняно з іншими протоколами.

Тому REST API широко використовуються у веб-сервісах, веб-застосунках і хмарних платформах.

Водночас REST API можна застосовувати і для взаємодії з промисловими пристроями — як показано нижче.

REST у дії

Сценарій: Виробник датчиків для промислового обладнання шукає спосіб передавати дані з виробничого цеху до центральної хмарної платформи.

У такій ситуації REST API спрощують стандартизовану HTTP-комунікацію між машинами та хмарою. Вони також легко інтегруються з існуючими системами MES та ERP, що дозволяє виробнику швидко запустити рішення з мінімальними змінами в інфраструктурі.

А якщо виробництво масштабується, REST забезпечує відповідне масштабування процесів аналізу та оптимізації.

OPC UA

Що таке OPC UA?

Промисловий стандарт зв’язку для обміну даними між пристроями автоматизації та програмними системами. Він зарекомендував себе як один із найважливіших стандартів у промисловій автоматизації в різних галузях і сферах застосування.

Машини та пристрої різних виробників можуть використовувати OPC UA для надання даних у стандартизованому форматі або для їх отримання з метою керування.

Для роботи OPC UA потрібен сервер OPC UA, який може «перекладати» між власними (пропрієтарними) інтерфейсами та стандартом OPC UA.

Основні характеристики

• Незалежність від платформи та можливість розширення
• Вбудовані механізми автентифікації та шифрування
• Підтримка складного інформаційного моделювання
• Абстрагування від конкретної технології реалізації

Коли його варто використовувати?

Програмні застосунки, такі як MES або ERP-системи, використовують клієнти OPC UA для отримання даних і передачі їх контролерам.

OPC UA застосовується у нашому одноканальному підсилювачі сигналу ClipX, що дозволяє об’єднувати промислове обладнання в єдину інтегровану систему з безперервним збором даних.

OPC UA у дії

Сценарій: Виробнича компанія прагне забезпечити безперебійну взаємодію між системами керування PLC та SCADA у своєму виробничому цеху.

Здатність OPC UA стандартизувати передачу машинних даних робить його ідеальним рішенням для такого завдання. Крім того, він підтримує відображення складних моделей даних, гарантуючи, що потрібна інформація завжди потрапляє у потрібне місце — незалежно від складності екосистеми підприємства.

Завдяки вбудованому рівню безпеки OPC UA виробник також впевнений, що його дані захищені від кіберзагроз.

Безперебійна комунікація створює розумніші системи

У виборі протоколів зв’язку не існує універсального рішення для всіх випадків.

MQTT забезпечує легкість та ефективність для IoT-мереж, REST надає простоту й масштабованість для веб-інфраструктур, а OPC UA гарантує надійний і безпечний обмін даними в промисловому середовищі.

Іноді найрозумніший підхід — це гібридний: поєднання кількох протоколів, щоб використати їхні сильні сторони та компенсувати обмеження.

Незалежно від того, чи ви об’єднуєте машини, датчики або хмарні системи, розуміння принципів роботи цих протоколів допоможе вам створювати розумніші, швидші та безпечніші системи.