MQTT i Industriel Automation

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) er en forbindelsesstandard til effektiv dataudveksling

Det er en standard protokol designet til pålidelig og effektiv dataudveksling mellem enheder og systemer over netværk.

Protokollen er særligt populær inden for industrielle automationsanvendelser på grund af dens enkelthed. Det er en letvægtsprotokol, der bruger den tilgængelige båndbredde effektivt og er pålidelig i levering af beskeder.

Derudover kan protokollen opsættes meget fleksibelt i forhold til Quality of Service og bruger publish/subscribe princippet i stedet for den traditionelle klient/server.

MQTT er en kommunikationsprotokol, der følger en publisher-subscriber-model. Det betyder, at der er en klient, der fungerer som en udgiver (publisher) af data, hvor enheder fungerer enten som udgivere eller abonnenter af data. Udbydere (publishers) sender data med specifikke emner (topics), og abonnenter (subscribers) modtager disse data ved at abonnere på de relevante emner.

Protokollen kræver minimal båndbredde og ressourcer, hvilket gør det ideelt til brug i IoT-enheder og netværk med begrænsede ressourcer.

MQTT fungerer ved hjælp af en central komponent kaldet en MQTT broker. Brokeren er ansvarlig for at formidle kommunikationen mellem udgivere og abonnenter. Når en udgiver ønsker at sende data, opretter den forbindelse til MQTT brokeren og sender en besked med et bestemt emne (topic). Abonnenter, der er interesseret i specifikke emner, registrerer sig hos brokeren og modtager beskeder, der er mærket med de relevante emner.

På denne måde kan udgivere og abonnenter kommunikere uden direkte at kende hinanden.

MQTT brokeren opretholder også en liste over tilsluttede klienter og deres abonnementsoplysninger. Der findes forskellige open source (mest kendt er Mosquito) og kommercielle MQTT brokere (mest kendt er HiveMQ), der kan implementeres på forskellige platforme.

Udover det fleksible set-up i kommunikationsarkitektur, kan indholdet af beskederne også udfyldes efter eget skøn. Beskeder kan struktureres ud fra såkaldte Topics: en hierarkisk reference til et bestemt emne, der ligner en URL. Beskeder kan derefter udgives på det pågældende sted med frit udfyldeligt indhold, dvs. nyttelasten. Abonnenter kan vælge mellem emnerne i hierarkiet og definere nyttelasten efter behov. Til dette bruges ofte JSON-formatet, som producerer tekst, der er let at læse og fortolke for mennesker.

Sparkplug B er en MQTT-baseret standard specielt designet til industrielle automationsscenarier. Denne standard definerer et ensartet format for dataudveksling og enhedsstyring mellem MQTT-enheder i et industrielt miljø. Sparkplug B-standarden gør det nemt at oprette forbindelse mellem forskellige IoT-enheder, softwareapplikationer og cloud-tjenester i industriel automation.

Som nævnt er brugen af ​​MQTT stigende, også inden for industriel automation. Store cloud-udbydere såsom Microsoft, Google og Amazon foretrækker denne protokol til at registrere data og tilbyder derfor MQTT-indgangspunkter såsom Azure IoT Hub. På den anden side er det på grund af protokollens enkelhed muligt at indlejre en MQTT-klient på alle slags enheder: fra komplette Windows-systemer til små Raspberry Pi’s og Arduino-kort. I dag er der endda sensorer, der kan publicere deres data direkte i MQTT.

I industriel automation er der ofte mange sensorer og aktuatorer spredt over et anlæg. Disse enheder kan kommunikere med hinanden ved hjælp af MQTT. Sensorer fungerer som udgivere og sender data om f.eks. temperatur, tryk eller fugtighed. Aktuatorer, såsom motorer eller ventilatorer, kan være abonnenter, der modtager kommandoer og styringsbeskeder via MQTT. Dette muliggør realtidsstyring af enheder og feedbackloop.

Industriel automation kræver ofte overvågning af forskellige parametre og dataopsamling fra forskellige enheder. MQTT gør det nemt at indsamle data fra forskellige kilder ved at abonnere på specifikke emner. Data fra sensorer, maskiner eller produktionslinjer kan sendes til en MQTT broker, hvor andre systemer kan abonnere og behandle disse data. Dette giver mulighed for realtidsanalyse, overvågning og fejlfinding.

Industrielle anlæg kan have et stort antal enheder spredt over forskellige placeringer. MQTT gør det muligt at oprette forbindelse til disse enheder på tværs af forskellige netværk. Ved at bruge MQTT kan operatører og vedligeholdelsesteam fjernstyre og overvåge enheder og systemer i realtid. Dette letter flådestyring og minimerer nedetid, da man kan identificere og løse problemer hurtigt.

Industriel automation omfatter ofte komplekse systemer, såsom SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) eller ERP (Enterprise Resource Planning). MQTT giver mulighed for at integrere disse systemer ved at fungere som en bro mellem forskellige protokoller og enheder. Data fra forskellige systemer kan sendes via MQTT til centrale systemer, der bruger disse data til at træffe beslutninger og optimere processer.

Læs også: 3 måder at bygge et Unified Namespace med Intelligence Hub

MQTT er en stadig mere populær protokol, især til transport af data fra fysiske enheder til skyen. For på trods af, at denne protokol har eksisteret i mere end 20 år, ser den ud til at være særdeles velegnet til at være med til at forme Industrial Internet of Things (IIoT), som har været stigende de seneste år.