Auswahl des richtigen Industrie-Kommunikationsprotokolls

Lernen Sie die wichtigsten Unterschiede zwischen Cloud- und Automatisierungsprotokollen (MQTT, REST und OPC UA) kennen und erfahren Sie, wie Sie das richtige Protokoll für Ihr System auswählen und wie diese funktionieren.

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Businesswoman with tablet in a modern factory

Inhaltsverzeichnis

Welches Kommunikationsprotokoll sollten Sie wählen?
Was sind MQTT, REST und OPC UA?
Nahtlose Kommunikation schafft intelligentere Systeme

Die effiziente, sichere und skalierbare Vernetzung von Maschinen, Sensoren und anderen Systemen kann eine komplexe Angelegenheit sein.

Die Wahl des richtigen Kommunikationsprotokolls mag auf den ersten Blick eine Kleinigkeit erscheinen, doch bei der Auswahl zwischen MQTT, REST und OPC UA kann man leicht den Überblick verlieren.

In diesem Artikel werden wir die gängigsten Kommunikationsprotokolle untersuchen, von ihrer Funktionsweise über ihre Einsatzgebiete bis hin zu ihren größten Einschränkungen.

So finden Sie ganz einfach den richtigen Standard – und können sicherstellen, dass Ihre Anwendung so reibungslos, effizient und zuverlässig wie möglich funktioniert.

Welches Kommunikationsprotokoll sollten Sie wählen?

Hier eine kurze Zusammenfassung der Kommunikationsprotokolle und für welche Anwendungen sie sich am besten eignen.

Illustration of cloud and automation protocols

Selbstverständlich funktionieren diese Kommunikationsstandards nicht völlig unabhängig voneinander. Sie werden oft miteinander kombiniert, sodass die Stärken des einen Protokolls die Herausforderungen des anderen ausgleichen können.

Beispielsweise sieht man häufig die Bezeichnung „OPC UA über MQTT“, wobei OPC UA-Daten in Form von MQTT-Nachrichten übertragen werden, um die Sicherheit zu verbessern und gleichzeitig Bandbreite zu sparen.

Worin besteht der Unterschied zwischen MQTT, REST und OPC UA?

Die Wahl des richtigen Kommunikationsstandards kann anfangs verwirrend sein. Letztendlich geht es bei der Wahl des richtigen Protokolls darum, die einzigartigen Eigenschaften von MQTT, REST und OPC UA zu verstehen und diese Eigenschaften mit der eigenen Anwendung in Einklang zu bringen.

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MQTT
REST
OPC UA

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Was ist MQTT?

Ein leichtgewichtiges Netzwerkprotokoll für die IoT-Kommunikation.

MQTT basiert auf einem Public-Subscribe-Modell, was bedeutet, dass Geräte und Anwendungen (oder „MQTT-Clients“) Daten zu „Themen“ an einen zentralen Broker senden.

Andere Anwendungen oder Clients können diese Themen über den Broker abonnieren, um die zugehörigen Nachrichten zu erhalten.

Hauptmerkmale

Asynchrone Kommunikation
Geringer Bandbreiten- und Geräteressourcenbedarf
Eine Vielzahl von Quality-of-Service-Stufen (QoS) (von 0 bis 2) ermöglicht es den Benutzern, das perfekte Gleichgewicht zwischen Zuverlässigkeit und Netzwerkeffizienz zu finden. QoS 0 kann für häufige, nicht kritische Daten verwendet werden, während 1 und 2 für Nachrichten verwendet werden können, bei denen eine Zustellungsbestätigung unerlässlich ist.

Wann sollte es verwendet werden?

MQTT eignet sich perfekt für kleinere IoT-Geräte und -Plattformen.

Es handelt sich außerdem um ein leistungsstarkes Protokoll für den Einsatz in Sensornetzwerken.

Daher wird es häufig als Kommunikationsprotokoll im Kontext der vorausschauenden Wartung eingesetzt. Deshalb spielt MQTT eine entscheidende Rolle in unserem digiBOX-Verstärker; durch die Verwendung von MQTT in Kombination mit openDAQ haben wir die Integration der digiBOX in eine breite Palette von Cloud-Anwendungen und Analyseprozessen vereinfacht.

MQTT in Aktion

Das Szenario: Ein Automobilhersteller möchte Sensordaten seiner Maschinen in Echtzeit aufzeichnen, um Anomalien frühzeitig erkennen zu können.

Das Publish-Subscribe-Prinzip von MQTT macht es zum idealen Kommunikationsprotokoll.

Die Sensoren senden kontinuierlich Daten an einen zentralen MQTT-Broker, der diese an die entsprechenden Systeme verteilt. Anhand dieser Daten können Ingenieure sowohl die Maschinenleistung als auch die Umgebungsparameter überwachen und so jeden Aspekt des Maschinenbetriebs optimieren.

Entscheidend ist, dass die Daten schnell und zuverlässig übertragen werden. Dadurch können Ingenieure schnell auf Probleme reagieren und haben die Gewissheit, dass ihnen weder ein Warnsignal noch eine Chance zur Optimierung ihrer Produkte entgeht.

Was ist REST?

Ein auf HTTP-Anfragen basierender Architekturstil für Web-Schnittstellen.

Bei der Verwendung von REST stellt ein Server Ressourcen über eine Webschnittstelle – die REST- API – bereit.

Client-Anwendungen greifen dann über eine eindeutige Adresse auf eine Ressource zu. Die Anwendungen verwenden dann HTTP-Methoden wie GET, POST, PUT oder DELETE, um Daten abzurufen, zu erstellen, zu ändern oder zu löschen.

Hauptmerkmale

Client-Server-Modell
Zustandslos – Alle API Anfragen sind in sich abgeschlossen und voneinander unabhängig.
Mehrschichtige Architekturen unterstützen Skalierbarkeit. Da der Kunde nur die Benutzeroberfläche kennt, bleibt die eigentliche technologische Umsetzung verborgen.

Wann sollte es verwendet werden?

Da REST auf gängigen Internettechnologien basiert, ist es viel einfacher zu verwenden und in bestehende Infrastrukturen zu integrieren als andere Protokolle.

Daher werden REST-APIs von einer Vielzahl von Webdiensten, Webanwendungen und Cloud-Plattformen genutzt.

Sie können jedoch auch REST-APIs zur Kommunikation mit industriellen Geräten verwenden – wie Sie im Folgenden sehen werden.

REST in Aktion

Das Szenario: Ein Hersteller von Sensoren für Industrieanlagen sucht nach einer Möglichkeit, Sensordaten aus einer Produktionshalle auf eine zentrale Cloud-Plattform zu übertragen.

In dieser Situation vereinfachen REST-APIs die standardisierte HTTP-Kommunikation zwischen den Maschinen und der Cloud. Sie lassen sich zudem problemlos in bestehende MES- und ERP-Systeme integrieren, sodass der Hersteller schnell und mit minimalen Unterbrechungen betriebsbereit ist.

Und wenn die Produktion des Herstellers ausgeweitet wird, stellt REST sicher, dass die Analyse- und Optimierungsprozesse des Herstellers entsprechend skaliert werden können.

Was ist OPC UA?

Ein industrieller Kommunikationsstandard für den Datenaustausch zwischen Automatisierungsgeräten und Softwaresystemen. Es hat sich als einer der wichtigsten Standards in der industriellen Automatisierung etabliert und findet branchen- und anwendungsübergreifend Anwendung.

Maschinen und Geräte verschiedener Hersteller können OPC UA verwenden, um Daten in einem standardisierten Format bereitzustellen oder zu Steuerungszwecken zu empfangen.

Damit OPC UA funktioniert, benötigt es einen OPC UA-Server, der zwischen proprietären Schnittstellen und dem OPC UA-Standard „übersetzen“ kann.

Hauptmerkmale:

Plattformunabhängig und erweiterbar
Integrierte Authentifizierungs- und Verschlüsselungssicherheitsmechanismen
Unterstützt komplexe Datenmodellierung
Technologieabstraktion

Wann sollte es verwendet werden?

Software wie MES- oder ERP-Systeme verwenden OPC-UA-Clients, um Daten abzurufen und an die Steuerungen zu übermitteln.

OPC UA wird in unserem ClipX-Einkanal-Signalaufbereiter verwendet, wodurch industrielle Anlagen zu einem zusammenhängenden, kommunikativen System verbunden werden können – alles basierend auf nahtloser Datenerfassung.

OPC UA in Aktion

Das Szenario: Ein Fertigungsunternehmen wünscht sich eine nahtlose Kommunikation zwischen den SPS- und SCADA-Steuerungssystemen in seiner Produktionshalle.

Die Fähigkeit von OPC UA, die Übertragung von Maschinendaten zu standardisieren, macht es zur perfekten Lösung für diese Anwendung. Es ist außerdem in der Lage, komplexe Datenmodelle abzubilden und so sicherzustellen, dass die richtigen Informationen immer am richtigen Ort ankommen, egal wie komplex das Ökosystem des Herstellers auch werden mag. Dank der integrierten Sicherheitsebene von OPC UA weiß der Hersteller, dass seine Daten auch vor Cyberkriminellen sicher sind.

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Nahtlose Kommunikation schafft intelligentere Systeme

Bei Kommunikationsprotokollen gibt es keine Einheitslösung.

MQTT bietet geringe Komplexität und Effizienz für IoT-Netzwerke, REST sorgt für Einfachheit und Skalierbarkeit webbasierter Infrastrukturen und OPC UA ermöglicht einen robusten und sicheren Datenaustausch für industrielle Umgebungen.

Manchmal ist ein hybrider Ansatz die klügste Lösung – die Kombination verschiedener Protokolle, um ihre Stärken zu vereinen und ihre Schwächen auszugleichen.

Egal ob Sie Maschinen, Sensoren oder Cloud-Systeme verbinden – das Verständnis der zugrunde liegenden Protokolle hilft Ihnen, intelligentere, schnellere und sicherere Systeme zu entwickeln.

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Hauptmerkmale:

Wann sollte es verwendet werden?

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