MQTT vs OPC UA: llevar datos de máquinas a sistemas IT

La mayoría de los proyectos de automatización acaban teniendo que entregar datos de máquinas a sistemas situados fuera de la red de control: un servidor SCADA, un MES, una base de datos o una plataforma en la nube. Dos protocolos dominan esta tarea. Este artículo compara MQTT vs OPC UA en términos prácticos: cómo se comunica cada uno, cómo se describen y protegen los datos y qué sistemas suelen recibirlos. Termina con una visión general de los dispositivos ICP DAS que soportan uno o ambos protocolos.

Dos modelos de comunicación diferentes

MQTT es un protocolo de publicación/suscripción. Los dispositivos se conectan como clientes a un broker central y publican mensajes en temas como site1/line2/press4/temperature. Las aplicaciones que se suscriben a un tema reciben sus mensajes. Publicadores y suscriptores no necesitan conocerse entre sí. Los puertos por defecto son el 1883 para TCP sin cifrar y el 8883 para MQTT sobre TLS.

OPC UA se utiliza principalmente en modo cliente/servidor. El dispositivo o la pasarela ejecuta un servidor OPC UA, y un cliente como un sistema SCADA se conecta a él, explora el espacio de direcciones, lee y escribe valores y se suscribe a los cambios. El puerto por defecto es el 4840. La especificación también define un modo de publicación/suscripción, pero la mayoría de los servidores y clientes instalados usan cliente/servidor.

Esto es importante para el diseño de la red. Con MQTT, el dispositivo de campo abre la conexión, lo que resulta adecuado en instalaciones tras NAT o un cortafuegos que solo permite tráfico saliente. Con OPC UA cliente/servidor, el cliente debe poder alcanzar al servidor, por lo que ambos suelen estar en la misma red o conectados mediante una VPN.

Modelo de información frente a carga útil

MQTT transporta bytes. El protocolo no define qué contiene un mensaje, por lo que la estructura de los temas, el formato de la carga útil (a menudo JSON), las unidades y las marcas de tiempo deben acordarse entre emisor y receptor. Convenciones como Sparkplug B añaden una carga útil definida, pero solo si ambos lados las soportan.

OPC UA incluye un modelo de información. Cada valor es un nodo con un tipo de dato, una marca de tiempo, un código de estado y atributos opcionales como la unidad de ingeniería y la descripción. Un cliente puede explorar el servidor para saber qué está disponible, sin necesidad de una lista de registros aparte.

En la práctica, MQTT es rápido de configurar y flexible, pero documentar los temas y las cargas útiles es responsabilidad suya. OPC UA requiere más configuración en ambos lados, pero los datos se describen a sí mismos.

Seguridad

MQTT se apoya en TLS para el cifrado, en usuario y contraseña o certificados de cliente para la autenticación, y en reglas de acceso del broker que controlan quién puede publicar o suscribirse a qué temas. OPC UA tiene la seguridad integrada en el protocolo: certificados de aplicación, los modos de seguridad None, Sign y SignAndEncrypt, y autenticación de usuario. En ambos casos la protección solo funciona si se configura. Un broker en el puerto 1883 sin autenticación, o un endpoint OPC UA con modo de seguridad None, queda abierto a cualquiera que pueda alcanzarlo.

MQTT vs OPC UA de un vistazo

Cómo elegir para su proyecto

• Elija MQTT cuando muchos dispositivos distribuidos envíen datos a un sistema central o en la nube, cuando las instalaciones se conecten por 4G o Internet, o cuando IT ya disponga de un broker.
• Elija OPC UA cuando un SCADA, MES o historiador en la red de planta deba leer datos estructurados a través de su cliente OPC UA.
• Use ambos cuando los mismos datos sean necesarios en planta y en IT. Un servidor de comunicaciones puede servir OPC UA al SCADA y publicar los mismos valores en un broker.

Compruebe qué soporta el sistema receptor antes de elegir el hardware de campo. El receptor suele decidir el protocolo.

Dispositivos ICP DAS con MQTT y OPC UA

Ambos protocolos en un mismo dispositivo

Los servidores de comunicaciones de la serie UA (UA-2241M, UA-2841M, UA-5231M y UA-7231M) leen datos mediante Modbus TCP, Modbus RTU/ASCII, MQTT y EtherNet/IP, y los ofrecen simultáneamente a través de un servidor OPC UA, MQTT y SNMP. Incluyen un broker MQTT, escriben datos en bases de datos como MS SQL, MySQL y MariaDB con recuperación de datos sin conexión, y soportan HTTPS, un cliente OpenVPN y listas blancas de IP.

Los módulos de I/O OPC UA de ICP DAS, como el U-7526M (AI, AO, DI y DO) y el U-7544M (8 DI y 8 DO), combinan I/O integradas con un servidor y cliente OPC UA, un cliente MQTT y una API RESTful que pueden funcionar simultáneamente. Disponen de un switch Ethernet de dos puertos, pueden alimentarse por PoE y soportan reglas IF-THEN-ELSE.

MQTT a nivel de dispositivo

• Controladores edge WISE como WISE-5231M y WISE-2841M: cliente MQTT con publicación, suscripción y SSL, además de Modbus TCP/RTU y SNMP.
• Módulos de I/O WISE-75xxM como WISE-7526M: cliente MQTT (sin SSL) y Modbus TCP.
• I/O Ethernet ET-2200 como ET-2217: publica el estado de las I/O, se suscribe a temas y se reconecta automáticamente.
• I/O de ciberseguridad ETS-7200 como ETS-7255: MQTT con TLS opcional, Modbus TCP/TLS y HTTPS.
• Módulos MQ-7200M como MQ-7244M: MQTT 3.1 y Modbus TCP.
• Registradores de datos CL-200 como CL-202-E para CO2, temperatura y humedad: Modbus TCP y MQTT sobre Ethernet.

En el lado receptor, BRK-2841M es un broker MQTT dedicado para MQTT 3.1, 3.1.1 y 5.0 con QoS, mensajes retenidos, último testamento, autenticación, cifrado y puenteo. Escribe en bases de datos como MySQL y almacena en búfer los datos en microSD durante las caídas de comunicación.

OPC UA en controladores

Los PAC Win-GRAF como XP-9188-IoT y RPAC-2658M ejecutan programas IEC 61131-3 e incluyen un servidor OPC UA, por lo que el control y el acceso a los datos se gestionan en un único dispositivo.

Envíenos una descripción de sus fuentes de datos y del sistema receptor, y nuestro equipo técnico de ventas le sugerirá una combinación adecuada.