MQTT vs OPC UA: trasferire i dati macchina ai sistemi IT

Quasi tutti i progetti di automazione devono prima o poi portare i dati macchina fuori dalla rete di controllo: verso un server SCADA, un MES, un database o una piattaforma cloud. Due protocolli dominano questo compito. Questo articolo confronta MQTT e OPC UA in termini pratici: come comunica ciascuno, come i dati vengono descritti e protetti e quali sistemi li ricevono di solito. Si conclude con una panoramica dei dispositivi ICP DAS che supportano uno o entrambi i protocolli.

Due modelli di comunicazione diversi

MQTT è un protocollo publish/subscribe. I dispositivi si connettono come client a un broker centrale e pubblicano messaggi su topic come site1/line2/press4/temperature. Le applicazioni che si sottoscrivono a un topic ricevono i suoi messaggi. Publisher e subscriber non hanno bisogno di conoscersi a vicenda. Le porte predefinite sono la 1883 per TCP semplice e la 8883 per MQTT su TLS.

OPC UA si usa soprattutto in modalità client/server. Il dispositivo o il gateway esegue un server OPC UA, e un client come un sistema SCADA vi si connette, esplora lo spazio degli indirizzi, legge e scrive valori e si sottoscrive alle variazioni. La porta predefinita è la 4840. La specifica definisce anche una modalità publish/subscribe, ma la maggior parte dei server e dei client installati usa il modello client/server.

Questo aspetto incide sulla progettazione della rete. Con MQTT è il dispositivo di campo ad aprire la connessione, il che si adatta a siti dietro NAT o a un firewall che consente solo il traffico in uscita. Con OPC UA client/server, il client deve poter raggiungere il server, quindi di solito entrambi si trovano nella stessa rete o sono collegati tramite VPN.

Modello informativo rispetto al payload

MQTT trasporta byte. Il protocollo non definisce il contenuto di un messaggio, quindi struttura dei topic, formato del payload (spesso JSON), unità e timestamp devono essere concordati tra mittente e destinatario. Convenzioni come Sparkplug B aggiungono un payload definito, ma solo se entrambe le parti lo supportano.

OPC UA include un modello informativo. Ogni valore è un nodo con un tipo di dato, un timestamp, un codice di stato e attributi opzionali come unità di ingegneria e descrizione. Un client può esplorare il server per scoprire cosa è disponibile, senza una lista di registri separata.

In pratica, MQTT è rapido da configurare e flessibile, ma la documentazione di topic e payload è a carico dell'utente. OPC UA richiede una configurazione più complessa da entrambe le parti, ma i dati si descrivono da soli.

Sicurezza

MQTT si affida a TLS per la cifratura, a nome utente e password o certificati client per l'autenticazione, e a regole di accesso nel broker che controllano chi può pubblicare o sottoscriversi a quali topic. OPC UA ha la sicurezza integrata nel protocollo: certificati applicativi, le modalità di sicurezza None, Sign e SignAndEncrypt, e l'autenticazione utente. In entrambi i casi la protezione funziona solo se configurata. Un broker sulla porta 1883 senza autenticazione, o un endpoint OPC UA con modalità di sicurezza None, è aperto a chiunque possa raggiungerlo.

MQTT vs OPC UA in sintesi

Come scegliere per il proprio progetto

• Scegliete MQTT quando molti dispositivi distribuiti inviano dati a un sistema centrale o cloud, quando i siti si collegano tramite 4G o Internet, o quando l'IT gestisce già un broker.
• Scegliete OPC UA quando un SCADA, un MES o un historian sulla rete di impianto deve leggere dati strutturati tramite il proprio client OPC UA.
• Usate entrambi quando gli stessi dati servono in campo e in ambito IT. Un server di comunicazione può servire OPC UA al SCADA e pubblicare gli stessi valori su un broker.

Verificate cosa supporta il sistema ricevente prima di scegliere l'hardware di campo. Di solito è il ricevitore a determinare il protocollo.

Dispositivi ICP DAS con MQTT e OPC UA

Entrambi i protocolli in un solo dispositivo

I server di comunicazione della serie UA (UA-2241M, UA-2841M, UA-5231M e UA-7231M) leggono i dati tramite Modbus TCP, Modbus RTU/ASCII, MQTT ed EtherNet/IP e li rendono disponibili contemporaneamente tramite server OPC UA, MQTT e SNMP. Includono un broker MQTT, scrivono i dati su database come MS SQL, MySQL e MariaDB con recupero dei dati offline, e supportano HTTPS, un client OpenVPN e liste di IP consentiti.

I moduli I/O OPC UA di ICP DAS, come U-7526M (AI, AO, DI e DO) e U-7544M (8 DI e 8 DO), combinano I/O integrato con un server e client OPC UA, un client MQTT e un'API RESTful, funzionanti in simultanea. Dispongono di uno switch Ethernet a due porte, possono essere alimentati tramite PoE e supportano regole IF-THEN-ELSE.

MQTT a livello di dispositivo

• Edge controller WISE come WISE-5231M e WISE-2841M: client MQTT con publish, subscribe e SSL, oltre a Modbus TCP/RTU e SNMP.
• Moduli I/O WISE-75xxM come WISE-7526M: client MQTT (non SSL) e Modbus TCP.
• I/O Ethernet ET-2200 come ET-2217: pubblica lo stato degli I/O, si sottoscrive ai topic e si riconnette automaticamente.
• I/O di cybersecurity ETS-7200 come ETS-7255: MQTT con TLS opzionale, Modbus TCP/TLS e HTTPS.
• Moduli MQ-7200M come MQ-7244M: MQTT 3.1 e Modbus TCP.
• Data logger CL-200 come CL-202-E per CO2, temperatura e umidità: Modbus TCP e MQTT su Ethernet.

Lato ricevente, BRK-2841M è un broker MQTT dedicato per MQTT 3.1, 3.1.1 e 5.0 con QoS, messaggi retained, last will, autenticazione, cifratura e bridging. Scrive su database come MySQL e bufferizza i dati su microSD durante le interruzioni.

OPC UA nei controllori

I PAC Win-GRAF come XP-9188-IoT e RPAC-2658M eseguono programmi IEC 61131-3 e includono un server OPC UA, quindi controllo e accesso ai dati sono gestiti in un solo dispositivo.

Inviateci una descrizione delle vostre fonti dati e del sistema ricevente, e il nostro team di vendita tecnica suggerirà una combinazione adatta.