OPC-UA & MQTT: dos protocolos y un destino
Está claro que el destino de estos dos protocolos no es el mismo que encontraron Paul Newman y Robert Redford al final de la película “Dos hombres y un destino” (1969). No, estos protocolos están aquí para vencer y para ayudar a los usuarios de la industria en su camino hacia la Industria 4.0.
Cuando hablamos de protocolos industriales, pensamos sin duda en aquellos que nos permiten comunicarnos con nuestros PLCs o equipos de campo. Seguro que has pensado en protocolos como Modbus RTU (1979), PROFIBUS DP (1989), CAN (1986), CANopen (1994), Modbus TCP (1999), Ethernet-IP (1990) o PROFINET (1989). Si hacemos una búsqueda rápida en Google, veremos que estos son los que primero aparecen. Ahora nos fijamos en las fechas entre paréntesis, en los años de lanzamiento (aproximado en algunos casos): ¿Qué vemos?... todos son protocolos del siglo pasado, potentes, robustos, rápidos… pero pensados para instalaciones de hace más de 20 años, incluso más de 40 para los más antiguos.
La industria ha cambiado, hoy estamos inmersos en lo que muchos llaman, llamamos, la 4ª revolución industrial. Tras la aparición de la máquina de vapor y la mecanización, de la fabricación en cadena y el uso de la electricidad y de la automatización y de las TIC, es el momento de la digitalización, la Inteligencia Artificial y el IIoT.
Probablemente la Inteligencia Artificial o “Busines Intelligence” sea el elemento fundamental de esta 4ª revolución industrial y lo que necesita para funcionar son datos. Grandes cantidades de datos (Big Data) y herramientas de análisis para la obtención de resultados o modelos. Y estos datos se generan en la planta, en la máquina, en los sensores, actuadores, motores o controladores. Todos estos elementos son capaces de proporcionar los datos que necesitamos para mejorar nuestro producto, maximizar la productividad de nuestra planta o enbarcarnos en nuevos modelos de negocio, como la venta de servicios o consumibles para nuestras máquinas.
La comunicación entre los elementos de planta está perfectamente garantizada por los protocolos mencionados anteriormente, pero, ¿cómo envío estos datos fuera de la red de OT?
Para responder esta pregunta primero debemos realizarnos otra, otra que es la que realmente importa: ¿dónde tengo que enviar los datos? Aquí tenemos dos posibilidades: a un sistema dentro de la propia fábrica o a un sistema externo que centraliza y analiza los datos de diferentes fábricas. Y para cada una de estas opciones tenemos un protocolo que nos ayuda en la comunicación.
Esquema de comunicación OPC-UA
Otras características que hacen de OPC-UA el estándar elegido para las comunicaciones en planta son su escalabilidad, su independencia de la plataforma que lo ejecuta y su capacidad para segmentar la red de IT de la red de OT. De esta manera podemos conectar el proceso de la planta a un PC basado en Windows, a una Tablet Android y al iPhone de última generación del jefe de producción y todo ello de forma ¡completamente segura!
Y, hablando de seguridad, hay que destacar que OPC-UA dispone de funciones de seguridad tanto en la capa de Autenticación (autenticación de cliente, servidor y de mensajes para la sesión UA) como en la capa Comunicaciones (todas las comunicaciones OPC-UA están cifradas y firmadas).
El estándar OPC-UA está mantenido por la OPC Foundation, entidad responsable también de su desarrollo. La lista de miembros de la OPC Fundation es muy extensa, hay más de 800, pero podemos destacar empresas como Microsoft, IBM, Amazon Web Services, Siemens o HMS Networks.
MQTT: Para la comunicación fuera de planta, MQTT (Message Queue Telemetry Transport) se ha convertido en el estándar de-facto para la industria. Es verdad que es un protocolo de finales de los 90, pero no fue hasta 2010, cuando IBM lanzó la especificación V3.1 del protocolo, que este empezó a ser tenido en cuenta en el mundo del IIoT. En 2014 pasó a ser un estándar OASIS (Organization for the Advancement of Structured Information Standards) y en 2016 un estándar ISO (International
Esquema de comunicación MQTT
¿Por qué MQTT ha sido el protocolo ganador frente a otros como CoAP, LWM2M, XMPP, AMQP? Por dos motivos fundamentales.
El primero, la comunidad MQTT. Desde que IBM decidió enviar el protocolo a OASIS, la combinación de “open-source” y “open-standard” eliminaron las barreras para adoptar MQTT y cualquiera podía implementarlo de forma gratuita. A esto podemos añadir la aparición de diferentes “Brokers open-source”. Mosquito fue el primero, pero la comunidad MQTT continuó creciendo y se lanzaron varias herramientas cliente que permitían la depuración de aplicaciones y otros “Brokers” “open-source”, como HiveMQ o VerneMQ. Incluso HiveMQ llegó a publicar una serie de artículos que explicaban en detalle cómo usar la especificación MQTT. La comunidad estaba facilitando a los desarrolladores aprender, experimentar y adoptar MQTT.
El segundo motivo es su propio diseño y utilidad. Es capaz de enviar mensajes y mantener comunicaciones fiables incluso sobre redes poco fiables. Se basa en un protocolo de publicación / suscripción muy simple y ligero, diseñado para redes de bajo ancho de banda, alta latencia o poco fiables. Su sencillez permite implementar de forma fácil clientes MQTT y al ser un protocolo pub. / sub. es por naturaleza bidireccional y da respuesta a la mayoría de aplicaciones IIoT.
Esta ligereza y sencillez no están reñidas con la seguridad, para poder ser un protocolo de I4.0 tienes que ser seguro y MQTT implementa servicios de seguridad, con tráfico cifrado SSL/TLS y autenticación por nombre de usuario y contraseña o por certificados.
Equipando las máquinas con Ewon Flexy puedes integrar los protocolos de comunicaciones OPC-UC y MQTT en tus instalaciones entrando así en la Industria 4.0
César Ricón Bada,
Product manager en tecnologías IIoT en SIDE
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