OPC Foundation

Nicht gegen, sondern mit MQTT!

7. April 2022, 9:25 Uhr | Meinrad Happacher
Edge/Cloud Kommunikation - Nicht gegen, sondern mit MQTT
© WrightStudio/stock.adobe.com

MQTT ist ein gesetztes Protokoll für die Edge/Cloud-Kommunikation. Aber auch die OPC Foundation will mit OPC UA nicht nur den Feldbereich, sondern auch die Edge/Cloud-Kommunikation besetzen. Ihr Appell: Mit OPC UA einen Wildwuchs an MQTT-Zuordnungen vermeiden!

Nach der Fokussierung auf die Kommunikation auf Feldebene setzt die OPC Foundation eine Reihe von Aktivitäten im Bereich der Cloud fort, um eine harmonisierte Lösung für die Prozess- und Fabrikautomation anzubieten, die vom Feld bis in die Cloud skaliert. Die großen IoT-Anbieter wie AWS, Google Cloud, IBM, Microsoft, SAP und Siemens unterstützen diese Initiative eines sicheren, standardisierten Informationsaustausches in Edge-to-Cloud-Anwendungen auf Basis von OPC UA.

Stefan Hoppe, Präsident der OPC Foundation sagt: »Viele positionieren OPC UA nur für die Kommunikation der ,letzten Meile´ zum Gerät in der Feld- und Edge-Ebene und gehen intuitiv von MQTT für die Edge/Cloud-Konnektivität aus.« Auch die OPC Foundation favorisiert MQTT als Protokoll in die Cloud – aber als unterlagerte Infrastruktur für ,OPC UA over MQTT´ für den Transport standardisierter Informationen.

Den Grund hierfür führt Hoppe folgendermaßen aus: »MQTT ist ein payload-agnostic-Protokoll, was bedeutet, es gibt keine Definition der Nachrichten-Nutzlast und es verhält sich damit quasi wie damals bei Modbus: Sicherlich sehr einfach gehalten – aber ohne eine inhaltliche standardisierte Beschreibung der Daten. Im Zeitalter der Digitalisierung ist das nicht mehr Stand der Technik.« Hoppes Schreckens-Szenario: »Würden nun alle Hersteller von Steuerungen ihr eigenes Hersteller-spezifisches Mapping auf MQTT definieren und würden das zudem auch noch andere Konsortien tun – dann hätten wir am Ende einen Zoo von MQTT-Zuordnungen!« Mit einer einfachen USB-Schnittstelle für Maschinen als Plug&Produce-Lösung »hätte das allerdings nichts mehr zu tun.« Deshalb plädiert Hoppe für eine Einigung auf ein einziges Mapping auf Basis von OPC UA.

Argumente für diesen technologischen Weg

Zunächst: Die OPC Foundation hat im Februar 2018 OPC UA PubSub – über UDP und MQTT – veröffentlicht; OPC UA ist der IEC 62541 Standard. Zudem hat sich die OPC Foundation in den letzten Jahren die weltweite Akzeptanz von OPC UA als offenen Standard für die sichere Interoperabilität von Produktionssystemen über OT- und IT-Netzwerke hinweg erarbeitet. So gibt es über 850 registrierte OPC Foundation Mitglieder, die ein großes, schnell wachsendes Ökosystem von Endanwendern, Standardisierungsgremien und Anbietern unterstützen.

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Zudem verwendet OPC UA eine standardisierte Methode zur Definition, Erkennung und Nutzung von Informationsmodellen (IMs) und Diensten, die mit den Produktionssystemen verbunden sind.  Dieser standardisierte Ansatz für den semantischen Informationsaustausch verhindert die Bindung an einen bestimmten Anbieter und die kostspielige kundenspezifische Programmierung, die für die Aufnahme von nicht standardisierten IMs in der Cloud erforderlich ist.

Mit der Einführung der UA Cloud Library sind OPC UA IMs global für alle Cloud-Anwendungen verfügbar, so dass es für Cloud-Anwendungen einfach ist, OPC UA-basierte semantische Informationen sowie Live-Daten aus dem Edge-Bereich direkt zu nutzen.

Transportunabhängiger IEC-Standard

OPC UA unterstützt als transportunabhängiger IEC-Standard zwei verschiedene Kommunikationsmuster: Client/Server (über TCP oder WebSockets) sowie Publish/Subscribe (über UDP oder MQTT), um den unterschiedlichen Anforderungen der Industrie gerecht zu werden – von Produktionssystemen bis hin zu Edge- und Cloud-Szenarien. Während im Umfeld von transaktionalem Verhalten à la SCADA/MES plus Automatisierung das OPC UA Client/Server-basierte Muster besser nutzbar ist – so ist das eher Cloud-orientierte ,Analytics-lastige´ Einsatzszenario mit OPC UA PubSub over MQTT leichter umzusetzen: Daten werden einmal versendet und sind damit , vergessen´ – Handshakes für weitere Aktionen sind nicht notwendig.

Plugfests zur Qualitätssicherung

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Stefan Hoppe, Präsident der OPC Foundation: »OPC UA ist die einzige harmonisierte Lösung für die Prozess- und Fabrikautomation, die vom Feld bis zur Cloud skaliert.«
© OPC Foundation

Das Programm der OPC Foundation zur Qualitätssicherung deckt die OPC UA Publish/Subscribe-Kommunikationsmuster bereits ab und bildet den ersten herstellerübergreifenden Multi-Cloud-Standard Test. Interoperabilitäts-Workshops mit führenden SPS-Anbietern wie Beckhoff und Siemens, die OPC UA-Daten von der Steuerung über MQTT senden, haben bereits begonnen. Als Kriterium für die Aufnahme in die Liste der Unterstützer zählt, dass die Unternehmen OPC UA over MQTT entweder bereits in ihren Produkten anbieten, oder, dass diese Umsetzung auf ihrer Entwicklungs-Roadmap steht. Zu den initial unterstützenden IT/OT-Unternehmen zählen Amazon Web Services, Beckhoff, Google Cloud, IBM, Microsoft, SAP und Siemens.

Weitere Cloud-Aktivitäten

Die OPC Foundation arbeitet derzeit an weiteren Projekten:

  • Die OPC UA Cloud Library: Zusammen mit CESMII, USA, macht es die gemeinsame Arbeitsgruppe ,The UA Cloud Library´ einfacher, OPC UA Informationsmodelle zu finden, zu teilen, zu erforschen und von Anwendungen, Endanwendern und Standardisierungsgremien zu nutzen. Derzeit enthält die UA Cloud Library bereits über 70 OPC UA Informationsmodelle, die sowohl von einzelnen Unternehmen als auch von internationalen Standardisierungsorganisationen erstellt wurden. Es gibt weltweit keine größere offenen Bibliothek mit standardisierten Informationsmodellen für die Automatisierung.
  • Die OPC UA Cloud Federation: Zusammen mit DIN erarbeitet eine Arbeitsgruppe eine Spezifikation für Industrial Cloud Federation (ICF), die auf OPC UA Technologie basiert und mit dieser realisiert wird. Sie beschreibt die Kommunikation zwischen Endpunkten von Cloud-Diensten und Endpunkten von Geräten, die sich physisch in einer Produktionsumgebung befinden. Die Kommunikation erfolgt über eine oder mehrere administrative Unternehmensgrenzen und Cloud-Systeme hinweg. ICF berücksichtigt sowohl die Kommunikation von Edge-Komponenten zu Cloud-Komponenten als auch die unternehmensübergreifende Kommunikation mit anderen Cloud-Systemen.

Nach Unterlagen der OPC Foundation


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