SPARKPLUG B vs OPC UA: Porównanie Protokółów Komunikacyjnych cz II

Wprowadzenie

W automatyce przemysłowej i Internetu Rzeczy (IIoT), protokoły komunikacyjne odgrywają kluczową rolę w zapewnieniu efektywnej wymiany danych między różnymi systemami i urządzeniami. Dwa popularne protokoły w tej dziedzinie to OPC UA i Sparkplug B. W tym artykule przedstawimy szczegółowe porównanie tych dwóch protokołów, ich architektury, formatów danych oraz zastosowań.

OPC UA (OPC Unified Architecture)

OPC UA to protokół komunikacyjny opracowany przez OPC Foundation, mający na celu standaryzację wymiany danych i informacji między różnymi systemami automatyki przemysłowej. Został wprowadzony w 2008 roku jako następca protokołów OPC Classic.

Schemat przedstawiający sieć klientów i serwerów OPC. Trzy bloki po lewej stronie oznaczone „Klient OPC (żądanie)” są połączone strzałkami z trzema blokami po prawej stronie oznaczonymi „Serwer OPC (odpowiedź)”. Niebieskie strzałki reprezentują żądania, a pomarańczowe strzałki oznaczają odpowiedzi. © HiveMQ GmbH.

Kluczowe cechy OPC UA:

Standaryzacja wymiany danych
Przesyłanie danych w formatach XML i binarnych
Architektura klient/serwer
Wykorzystanie protokołów TCP/IP i HTTP/SOAP
Bezpieczeństwo dzięki TLS i certyfikatom
Kompatybilność z bramami
Obszerna dokumentacja

Architektura OPC UA: OPC UA opiera się na architekturze klient/serwer i używa protokołów TCP/IP oraz HTTP/SOAP jako podstawowych technologii. Serwer OPC UA konwertuje sprzętowy protokół komunikacyjny w taki sposób, aby dane urządzenia były przekazywane za pośrednictwem standardowego modelu urządzenia. Klient OPC UA decyduje, kiedy i jakie dane serwer pobiera z systemów bazowych.

Schemat ilustruje integrację różnych urządzeń przemysłowych, czujników i protokołów z systemami SCADA, MES, Historian, Analytics i aplikacjami. Lewa strona pokazuje urządzenia i bramy, natomiast prawa strona łączy się z platformami oprogramowania, połączonymi strzałkami.

Sparkplug B

Sparkplug B to protokół oparty na MQTT, rozwijany przez Arlena Nippera, jednego z twórców MQTT. Jest to odpowiedź na potrzeby przemysłu, oferująca bardziej ustandaryzowany protokół niż OPC UA, ale o mniejszej złożoności.

Kluczowe cechy Sparkplug B:

Prosta implementacja
Dostarczanie danych dotyczących jakości usług (QoS)
Lekkość i efektywność pod względem przepustowości
Niezależność danych
Ciągłość sesji (retencyjność)
Scentralizowana architektura danych

Schemat przedstawiający architekturę systemu komunikacji przemysłowej z wykorzystaniem protokołu Sparkplug. Po lewej stronie znajdują się różne urządzenia, takie jak czujniki, wejścia cyfrowe i analogowe, urządzenia OPC UA i Modbus, połączone z trzema bramkami oraz sterownikiem PLC, wszystkie obsługujące Sparkplug. Te elementy łączą się z centralnym brokerem, który następnie przesyła dane do systemów MES, Historian, Analytics i innych aplikacji, również obsługujących Sparkplug, umieszczonych po prawej stronie.

Porównanie Architektury OPC UA i Sparkplug B

OPC UA: Architektura klient/serwer, zdecentralizowana struktura, protokoły TCP/HTTP oraz SOAP, bezpieczeństwo dzięki TLS i certyfikatom.
Sparkplug B: Oparta na MQTT, scentralizowana architektura danych z brokerem MQTT, prosta implementacja i lekkość.

Tabela porównująca charakterystyki Sparkplug B i OPC UA. W kolumnach wymienione są różne cechy: skalowalność, integralność danych, efektywność, łatwość integracji, łączność w chmurze, złożoność specyfikacji, lekkość oraz centralizacja. Sparkplug B charakteryzuje się wysoką skalowalnością, dobrą integralnością danych, wysoką wydajnością, łatwą integracją, łatwą łącznością w chmurze, prostą specyfikacją, lekkością oraz centralizacją. OPC UA natomiast cechuje się słabą skalowalnością, złożoną integralnością danych, niewydajnością, złożoną integracją, złożoną łącznością w chmurze, skomplikowaną specyfikacją z dokumentacją liczącą 1200 stron, a także brakiem lekkości i centralizacji.

Format Danych: OPC UA vs Sparkplug B

OPC UA: Preferuje format XML, ale może również przesyłać dane w JSON. Dane zawierają nagłówki z metadanymi, co zwiększa ich złożoność.
Sparkplug B: Format danych jest lżejszy i bardziej wydajny, bez dodatkowych nagłówków metadanych.

XML i JSON - główne różnice w formacie danych

Główna różnica obu protokołów polega na braku centralizacji w OPC UA, co w przypadku próby zbierania danych może być wyzwaniem.

Diagram porównujący struktury sieci MQTT/Sparkplug B i OPC UA, przy czym MQTT/Sparkplug B ma węzeł centralny, a OPC UA przedstawia w pełni połączoną sieć.

Podsumowanie

Oba protokoły, OPC UA i Sparkplug B, mają swoje unikalne zalety i są używane w różnych kontekstach przemysłowych. OPC UA oferuje bardziej kompleksową i bezpieczną strukturę, idealną dla skomplikowanych systemów wymagających wysokiego poziomu bezpieczeństwa i standaryzacji. Sparkplug B, z kolei, jest lżejszy, prostszy i bardziej wydajny, co czyni go idealnym wyborem dla aplikacji wymagających niskiego opóźnienia i prostoty implementacji.

← Powrót do bloga