تتطلع الشركات الصناعية دائمًا إلى تحسين قدرتها التنافسية من حيث الإنتاجية والربحية والمرونة والجودة وخفة الحركة. سيستخدم معظمهم تقنيات الصناعة 4.0 لحل هذه المشكلة.
ومن خلال الاستثمار بشكل أكبر في التحول الرقمي للمصنع، فإنهم يريدون تحقيق مستوى عالٍ من الأتمتة، وسجلات أفضل لتتبع جودة المنتج، وتوسيع نطاق الإنتاج، والتنمية المستدامة للمؤسسات.
ولكن قبل المضي قدمًا في إعداد الميزانية، يجب عليهم الرجوع خطوة إلى الوراء والنظر في ما إذا كانت البنية التحتية لتكنولوجيا المعلومات والتكنولوجيا التشغيلية في مصنعهم يمكنها دعم عدد كبير من الأنظمة والمعدات الجديدة الإضافية. وهذا اعتبار مهم تتجاهله معظم الشركات.
وفي قلب الصناعة 4.0 يوجد إنترنت الأشياء الصناعي (IIoT)، الذي يمكّن المصانع من ربط أجهزتها وأجهزة الاستشعار والروبوتات والأجهزة الأخرى بالإنترنت وببعضها البعض.
أحد التحديات الرئيسية في تنفيذ إنترنت الأشياء الصناعية هو اختيار معيار الاتصال المناسب الذي يمكنه تلبية متطلبات الصناعة 4.0. MQTT Sparkplug هو بروتوكول اتصال مصمم خصيصًا لـ IIoT. سوف نتعمق في MQTT Sparkplug ونرى ما الذي ستقدمه للصناعة 4.0.
ما هو MQTT Sparkplug؟
MQTT Sparkplug هو بروتوكول مراسلة مبني على أعلى MQTT، وهو بروتوكول مراسلة مستخدم على نطاق واسع لإنترنت الأشياء. إنه يتمتع بالفعل بجميع مزايا بروتوكول MQTT.
تم تصميم MQTT Sparkplug خصيصًا لـ IIoT ويتضمن ميزات إضافية تجعله مناسبًا للتطبيقات الصناعية. وهو بروتوكول مفتوح المصدر يتم اعتماده على نطاق واسع في الصناعة.
يتبع MQTT Sparkplug نموذج MQTT للنشر والاشتراكمما يعني أن الأجهزة والمضيفين يمكنهم العمل بشكل مستقل ولديهم اتصالات بيانات في الوقت الفعلي للاستجابة بسرعة للتغيرات في عملية الإنتاج. كما أنها تحدد رسالة موحدة بتنسيق ثنائي، والتي توفر طريقة متسقة وفعالة لنقل البيانات بين الأنظمة والأجهزة المضيفة.
تطور MQTT Sparkplug
تم إصدار بروتوكول Sparkplug في البداية كإصدار 1.0 بواسطة Cirrus Link Solutions في مايو 2016. وخضع لتحديثات لاحقة، بما في ذلك الإصدار 2.1 في ديسمبر 2016، والذي قدم "Payload B"، والإصدار 2.2 في أكتوبر 2019، عندما أعادت Cirrus Link تسمية البروتوكول لـ مؤسسة Eclipse وأضفت رمز العلامة التجارية.
تشير هذه التطورات إلى التحسين المستمر والنمو لبروتوكول Sparkplug في مجال الأتمتة الصناعية وإنترنت الأشياء الصناعي.
في العام الماضي، أعلنت مجموعة عمل Sparkplug عن معيار بروتوكول جديد، الإصدار 3.0، الذي يجلب تطورات كبيرة وإضفاء الطابع الرسمي على بروتوكول Industry 4.0.
الفوائد العامة لـ MQTT Sparkplug للصناعة 4.0
يقدم MQTT Sparkplug العديد من الفوائد لأنظمة إنترنت الأشياء الصناعية في الصناعة 4.0:
- التدرجية: يسمح للمصانع بإضافة أجهزة وأجهزة استشعار جديدة حسب الحاجة دون التأثير على أداء النظام.
- حماية: يوفر طريقة آمنة لنقل البيانات بين الأجهزة باستخدام ام كيو تي تي تي ال اس التشفير والمصادقة.
- التقييس: يضمن الاتساق وقابلية التشغيل البيني بين الأجهزة والأنظمة المضيفة من مختلف الشركات المصنعة.
- كفاءة الشبكة: يساعد حجم الحزمة الصغير وتنسيق الرسائل الثنائية الفعال على تقليل استخدام النطاق الترددي للنظام.
كما يوفر أيضًا معايير الاتصال لدمج السحابات والأنظمة والأجهزة المختلفة.
- التكامل مع المنصات السحابية: يسمح MQTT Sparkplug للمصانع بتخزين البيانات وتحليلها في السحابة، ويتيح التحليلات المتقدمة وقدرات التعلم الآلي.
- التكامل مع الأنظمة القديمة: مع MQTT Sparkplug، يمكن دمج الأنظمة القديمة بسهولة من خلال Edge Node، مما يمكّن المصانع من الاستفادة من بنيتها التحتية الحالية.
تقارب تكنولوجيا المعلومات والتكنولوجيا التشغيلية
لا تزال غالبية الشركات تستخدم تقنيات الصناعة 3.0 للإنتاج. في معظم أنظمة الصناعة 3.0، كانت أنظمة تكنولوجيا المعلومات والتكنولوجيا التشغيلية منفصلة ومتميزة، حيث تركز أنظمة تكنولوجيا المعلومات على معالجة البيانات وإدارتها وتركز أنظمة التكنولوجيا التشغيلية على التحكم في العمليات المادية والآلات.
في الرسم التخطيطي لهرم الأتمتة الموضح، ينتمي ERP وMES إلى أنظمة تكنولوجيا المعلومات، بينما SCADA وPLC وSENSORS وما إلى ذلك، هي أنظمة OT.
وكما هو مطلوب في الصناعة 4.0، سيتم إضافة تقنيات أكثر تقدمًا مثل الحوسبة السحابية والبيانات الضخمة والروبوتات إلى البنية التحتية للتصنيع.
كلما زاد عدد الأنظمة والأجهزة التي سيتم إضافتها، زاد تعقيد البنية التحتية للأتمتة. في النهاية، هناك العديد من قنوات الاتصال المتشابكة أو غير المنظمة بين الأجهزة أو الأنظمة.
على الرغم من أن جميع الأنظمة تستخدم بروتوكولات فردية مثل OPC-UA للتواصل مع بعضها البعض، إلا أن شبكة الاتصال المعقدة بين العميل والخادم وآلية التوجيه لا تزال تشكل تحديات للمصنع من حيث إمكانية التشغيل البيني وتبادل البيانات.
ولمواجهة هذه التحديات، تركز مبادرات Sparkplug على تطوير قنوات وبروتوكولات اتصال موحدة يمكن استخدامها عبر الأجهزة والأنظمة المختلفة. تطوير نماذج بيانات موحدة أو أنطولوجيات تتيح إمكانية التشغيل البيني بين الأجهزة أو الأنظمة الفرعية المختلفة.
من خلال تقديم وسيط Sparkplug وبوابة عمليات البيانات معًا كمركز بيانات مركزي للبنية التحتية لتكنولوجيا المعلومات والتكنولوجيا التشغيلية، ترتبط جميع الأنظمة والأجهزة المضيفة بالتساوي بمركز البيانات المركزي هذا لتبادل البيانات.
يمكن للأنظمة المضيفة Sparkplug مثل ERP وMES والمنصات السحابية أن تستهلك مباشرة رسائل البيانات من PLC والأجهزة والآلات والروبوتات، مما يحقق تقارب تكنولوجيا المعلومات والتكنولوجيا التشغيلية.
مساحة الاسم الموحدة: ميزة Sparkplug لتبسيط إدارة إنترنت الأشياء (IIoT).
إحدى الميزات الرئيسية لـ Sparkplug هي استخدام أ مساحة الاسم الموحدة. مساحة الاسم هي نظام تسمية يستخدم لتحديد وتنظيم الكائنات في النظام.
في سياق الصناعة 4.0، هناك عادةً العديد من الأجهزة وأجهزة الاستشعار والأنظمة التي تحتاج إلى التواصل مع بعضها البعض. قد يكون لكل جهاز أو نظام نظام تسمية أو معرف فريد خاص به، مما يجعل من الصعب دمجهما وإدارتهما بشكل متماسك.
تتيح مساحة الاسم الموحدة اتباع نهج إدارة مركزي. بفضل مساحة الاسم الموحدة، يمكن للمسؤولين مراقبة جميع الأجهزة والأنظمة الموجودة في الشبكة وإدارتها بسهولة من مكان واحد.
يمكن أن يكون هذا مفيدًا بشكل خاص في البيئات الصناعية واسعة النطاق حيث قد يكون هناك مئات أو آلاف الأجهزة والأنظمة التي يجب إدارتها.
بالإضافة إلى ذلك، تسهل مساحة الاسم الموحدة أيضًا أتمتة مهام التحكم في النظام ومراقبته. من خلال توفير طريقة موحدة لتحديد الأجهزة والأنظمة والتفاعل معها، يمكن استخدام Sparkplug لأتمتة المهام مثل تكوين الجهاز وتحديثات البرامج وتشخيص النظام. يمكن أن يساعد ذلك في تقليل عبء عمل المسؤولين وتحسين الكفاءة العامة للعمليات الصناعية.
توفر مساحة الاسم الموحدة أيضًا طريقة موحدة لتنظيم البيانات وهيكلتها، مما يسمح بتمثيل البيانات السياقية والموحدة. بفضل مساحة الاسم الموحدة، يمكن لأي نظام لتكنولوجيا المعلومات استهلاك البيانات من أي نظام تشغيلي، والعكس صحيح، دون الحاجة إلى تخطيط بيانات أو ترجمة واسعة النطاق.
يمكن أن تستفيد تطبيقات المستهلك مثل AI/ML وHistorian وSCADA من بيانات بنية البيانات الموحدة، مما يؤدي إلى تحسين معالجة البيانات من حيث السرعة وتكامل البيانات.
يؤدي استخدام مساحة الاسم الموحدة في Sparkplug إلى تبسيط عملية إدارة ومراقبة الأنظمة الصناعية في بيئات Industry 4.0.
من خلال تمكين الإدارة المركزية، وتسهيل الأتمتة، وتحسين قدرات استكشاف الأخطاء وإصلاحها، تساعد مساحة الاسم الموحدة على تحسين الكفاءة والفعالية الشاملة للعمليات الصناعية.
بناء حل MQTT Sparkplug
لتنفيذ حل MQTT Sparkplug، نحتاج إلى مكونين: خادم MQTT وعقدة الحافة.
يتم استخدام خادم MQTT كوسيط مركزي للتعامل مع الاتصال بين الأجهزة والتطبيقات في بيئة إنترنت الأشياء الصناعية (IIoT). يكون خادم MQTT مسؤولاً عن تلقي الرسائل من الأجهزة، وإعادة توجيهها إلى المشتركين المناسبين، وتخزين الرسائل لاسترجاعها لاحقًا إذا لزم الأمر.
عقدة الحافة هي جهاز أو بوابة تعمل كوسيط بين الأجهزة ووسيط MQTT. يمكنه التعامل مع معالجة البيانات المحلية وتجميعها، بالإضافة إلى تخزين البيانات مؤقتًا وإعادة توجيهها إلى وسيط MQTT. تُستخدم العقد الطرفية عادةً في بيئات إنترنت الأشياء الصناعية (IIoT) حيث تولد العديد من الأجهزة كميات كبيرة من البيانات وحيث يكون النطاق الترددي للشبكة محدودًا.
في سياق MQTT Sparkplug، تكون العقد الطرفية مسؤولة عن تنفيذ مواصفات Sparkplug، والتي تتضمن التعامل مع تسجيل الأجهزة، وترميز البيانات وفك تشفيرها باستخدام تنسيق الحمولة النافعة Sparkplug، وتنظيم البيانات باستخدام تنسيق مساحة اسم موضوع Sparkplug.
تتواصل عقدة الحافة مع خادم MQTT باستخدام بروتوكول MQTT، ويمكنها أيضًا تشغيل برامج إضافية لإجراء التحليلات المحلية أو معالجة البيانات.
باستخدام مساحة اسم موحدة، يمكن للأجهزة والأنظمة اكتشاف بعضها البعض والتواصل معها بسهولة، بغض النظر عن أنظمة التسمية الخاصة بها. وهذا يجعل من السهل جدًا دمج وإدارة الأنظمة المعقدة في بيئات Industry 4.0 ويساعد على ضمان مشاركة البيانات بدقة واتساق عبر الشبكة.
MQTT Sparkplug مقابل OPC UA
يعد كل من MQTT Sparkplug وOPC UA من بروتوكولات الاتصال البارزة في مجال إنترنت الأشياء الصناعي.
يعتمد MQTT Sparkplug على بروتوكول MQTT، وهو بروتوكول مراسلة خفيف الوزن للنشر/الاشتراك. في المقابل، يعد OPC UA بروتوكولًا أكثر شمولاً وتعقيدًا يشمل جوانب نمذجة الاتصالات والمعلومات.
إن التصميم القابل للتطوير والفعال لـ Sparkplug يجعله مناسبًا للأجهزة والشبكات المحدودة الموارد ذات النطاق الترددي المحدود. يعد OPC UA أكثر استهلاكًا للموارد وغالبًا ما يتم استخدامه في الأنظمة التي تتطلب إنتاجية أعلى للبيانات أو تفاعلات معقدة.
يمكن العثور على مقارنة أكثر شمولاً بين هذين البروتوكولين في مقارنة بين بروتوكولات إنترنت الأشياء الصناعية: MQTT Sparkplug مقابل OPC-UA
فوائد إنترنت الأشياء
في الختام، MQTT Sparkplug هو بروتوكول قوي وفعال يجلب العديد من الفوائد لعالم إنترنت الأشياء الصناعية. إن نقل البيانات بكفاءة وآليات مدمجة لاكتشاف الأجهزة ونمذجة البيانات تجعلها خيارًا مثاليًا لتوصيل وإدارة الشبكات الصناعية واسعة النطاق.
ومن خلال الاستفادة من MQTT Sparkplug، يمكن للشركات إطلاق العنان لرؤى البيانات في الوقت الفعلي، وتحسين الكفاءة التشغيلية، ودفع الابتكار في عملياتها الصناعية.
مع استمرار نمو وتطور إنترنت الأشياء الصناعية، ستلعب MQTT Sparkplug بلا شك دورًا حاسمًا في تشكيل مستقبل الاتصال الصناعي، مما يتيح أنظمة صناعية أكثر ذكاءً وأكثر اتصالاً وكفاءة.
- محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
- أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
- أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
- أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
- المصدر https://www.iotforall.com/mqtt-sparkplug-bridging-it-and-ot-in-industry-4-0
