magyar elektronika

E-mail cím:*

Név:

Beckhoff IoT Datenaustauschformate 2017 001 02A szabványosított IoT-kommunikáció elősegíti az Ipar 4.0 irányelveinek megvalósítását

Az informatika és az automatizálás folyamatos közeledése következtében az ipari vezérlési projektekben egyre terjed a felhőalapú kommunikációs és adatszolgáltatások használata,  amely a PC-alapú vezérléstechnikát is egyre fontosabbá teszi. A Beckhoff TwinCAT automatizálási szoftverkörnyezete támogatja a kapcsolódó kommunikációs szabványokat, többek között az OPC UA, az MQTT és az AMQP protokollt, megkönnyítve a felhőalapú gyártási koncepciók megvalósítását.

 

Napjainkban már olyan úttörő automatizálási rendszerek hozhatók létre, amelyek nagy adatmennyiségek („big data”) kezelésével, adatbányászattal, valamint állapot- és teljesítményfigyeléssel bővítik ki a hagyományos vezérlőrendszerek lehetőségeit. Az Ipar 4.0 és az IoT (eszközök internete) stratégia azonban új adatkapcsolati képességeket követel meg az eszközöktől és szolgáltatásoktól. A klasszikus adatátviteli piramis nyelvén szólva nagy tömegű adatcsere zajlik az érzékelők és a magasabb átviteli rétegek között, miközben minden korszerű gyártóüzemben továbbra is fontos szerepet játszik az eszközök közötti horizontális kommunikáció.

A PC-alapú vezérlés ötvözi a felhőalapú szolgáltatásokat és az üzenetközvetítőket

A korszerű átviteli alkalmazásokat kulcsfontosságú technológiákkal támogató PC-alapú vezérlés sok mai automatizálási projekt szerves része. A felhő egyre szélesebb utat nyit az IoT projektek előtt. A felhőszolgáltatók absztrahált infrastruktúrákat és szolgáltatásokat kínálnak világszerte ügyfeleiknek, mérsékelve a rendszerek beállításának bonyolultságát.
A felhőalapú szolgáltatások körébe a háttérrendszereken tárolt és futtatott bonyolult gépi tanulási algoritmusokon kívül alapvető tárolási funkciók, például SQL vagy noSQL adatbázisok kezelése is beletartozik. Egy nyilvános felhőben futó szolgáltatással folytatott adatcsere során gyakran üzenetközvetítő („message broker”) fogadja az adatokat. Az átviteli protokoll szempontjából az üzenetközvetítő biztonságos és szabványos végpontot jelent az információk felhőbe továbbításához, továbbá lehetővé teszi más felhőszolgáltatások elérését és használatát (1. ábra). A nyilvános felhőkben elterjedten használt üzenetközvetítőkre példa többek között a Microsoft Azure™ IoT Hub, az Amazon Web Services IoT, az IBM Watson IoT és a Google IoT.

 

Beckhoff IoT Datenaustauschformate 2017 001 01

1. ábra Adatkapcsolati szolgáltatásként és különféle felhő-ökoszisztémák elérésére szolgáló kapuátjáróként egyaránt működő üzenetközvetítő („message broker”)

MQTT: az IoT kommunikációs protokollja

Mindezen platformok közös eleme az átviteli protokoll. Már korán megszületett a Message Queuing Telemetry Transport (MQTT) elnevezésű adattovábbítási eljárás, amelyet minden nagy nyilvános felhőszolgáltató átvett. Egyszerűsége és kevés járulékos adattartalma következtében vonzó lehet még olyan esetekben is, ahol kis beágyazott rendszereknek kell instabil átviteli vonalakon adatokat cserélniük akár a felhővel, akár egymással.
Az automatizálásban régóta ismert hagyományos kliens/szerver alapú alkalmazásokkal szemben az MQTT a közzététel/előfizetés (publisher/subscriber) elvén alapul, így, mivel kizárólag kimenő adatkapcsolatai vannak, egyszerűen beépíthető már meglévő informatikai infrastruktúrákba. Ezenfelül a szállítási csatorna védelméhez és az eszközhitelesítő folyamatok megvalósításához felhasználhatók a bevált biztonsági mechanizmusok is, például a TLS.
Annak ellenére, hogy a szállítási csatorna szabványos protokollja az MQTT, maga a protokoll alapján semmit nem lehet kikövetkeztetni az üzenet tartalmából. Ennek oka az, hogy ezen üzenetek tartalma teljes mértékben bináris, ezért az üzenetek felépítése és szakaszokra tagolása mindig alkalmazás-, illetve gyártóspecifikus. A felhőalapú rendszerek már hosszú évek óta elterjedten JSON (JavaScript Object Notation – a Javascript objektumalapú írásmódja) állományformátumban kódolják az üzenettartalmakat, de ezek egyediek is lehetnek, gyártónként és akár felhőszolgáltatónként is eltérő formátummal.

Az alkalmazás szempontjából a fentiek rendkívül megnehezítik az adatok további feldolgozását. Szerencsére az OPC Foundation szervezet OPC UA (Unified Architecture) átviteli protokollja lehetővé teszi a felhőn keresztüli, közzététel/előfizetés elvű átvitel előnyeinek kihasználását. Az OPC Foundation megfelelő munkacsoportja jelenleg a közzététel/előfizetés alapú OPC UA szabvány kiterjesztésén dolgozik. A választás azért esett az MQTT átviteli protokollra, mert az OPC UA architektúrában az átviteli csatorna cserélhető, és ezért nem kell átviteli csatornát fejleszteni a közzététel/előfizetés alapú mechanizmusokhoz. Ennek eredményeként nagyfokú kompatibilitás érhető el a meglévő rendszerekkel, amit hatványoz az MQTT fokozódó elterjedése a felhőalapú rendszerekben.

 

Beckhoff IoT Datenaustauschformate 2017 001 02

2. ábra A TwinCAT IoT és a TwinCAT OPC UA segítségével megvalósítható a szabványos kommunikáció a felhővel

A szabványos IoT-protokollok egyszerűen beépíthetők a TwinCAT környezetbe

Az új, TwinCAT-alapú IoT-megoldás esetében a széles körben használt TwinCAT 3 automatizálási szoftver ideális technológiai hátteret nyújt az Ipar 4.0 irányelvek és az IoT-adatátvitel megvalósításához. Ezenfelül a Beckhoff új be/kimeneti eszközei – például az EK9160 típusú IoT-buszcsatoló – könnyen konfigurálható módon építhetők be mind a nyilvános, mind a magánfelhőkben futó alkalmazásokba.
A TwinCAT OPC UA és TwinCAT IoT kiegészítő termékek szabványos, védett átviteli lehetőséget nyújtanak, ami nemcsak felhőkben használható – és ezzel még sokoldalúbbá teszik a TwinCAT automatizálási platformot. Ez utóbbi képességei közé tartozik a közzététel/előfizetés alapú MQTT átvitel, továbbá az OPC UA funkciók, mint például a hagyományos kliens/szerver alapú adattovábbítás, a hozzáférési, riasztási és állapotelőzmények elérése, valamint többféle, a vezérlési logika elérésére és a vele való kommunikációra szolgáló adatátviteli mechanizmus is. Az adattovábbítás történhet elterjedten használt felhőrendszerek – például a Microsoft Azure™, az Amazon Web Services, az IBM Watson és a Google IoT – segítségével, vagy vállalati és géphálózatok magánfelhőin keresztül. A Beckhoff-rendszerek tehát akár OPC UA segítségével, akár más gyártók rendszerein keresztül is képesek felhőhöz csatlakozni. Az OPC Foundation megfelelő munkacsoportjaival folytatott folyamatos együttműködésének köszönhetően a Beckhoff már a specifikáció kiterjesztésének véglegesítése előtt sikeresen megvalósította az OPC UA közzététel/előfizetés-alapú első prototípusait.

 

BECKHOFF Automation Kft.
1097 Budapest, Gubacsi út 6.
Tel.: + 36 1 501 9940
E-mail: info@beckhoff.hu
www.beckhoff.hu

Még több Beckhoff