MQTT與遠程控制以及SCADA有何關聯?

聽聽專家怎么說

MQTT(消息隊列遙測傳輸)是一種低帶寬和低能耗的輕量級發布-訂閱網絡協議。它經常與物聯網相關聯，為本地或遠程站點之間實時信息的傳輸、集中和分發方面提供了許多優勢。

SCADA領域專家Atys Concept公司，同時也是PcVue的長期合作伙伴，其在授權許可下，我們在此提供一篇題為“MQTT可以為遠程管理帶來什么好處?”的文章，該文章于2021年5月25日發表在Atys Concept的博客上(來源見文章底部)。

專家觀點

VERDONE是一家總部位于法國圖盧茲的公司，專門從事自動化和監控解決方案的項目實施，已經使用MQTT協議開展了多個PcVue項目，通過3G連接對遠程站點進行遠程監控。Alexia Waroude（自動化工程師）和David Caillier（運營總監），回答了Atys Concept的問題，并分享了他們在該協議方面的經驗。

與其它協議相比，MQTT的優勢是什么?

MQTT有很多優點。首先，它是一個簡單易懂的協議，很容易在互聯網上找到教程，并快速建立一個合理的預算平臺。與LonWorks、KNX和BACnet協議相比，它是一個非常容易理解和學習的協議而LonWorks、KNX和BACnet協議則需要專業知識和定期實踐來確保很好地掌握它們。

MQTT對于監控的啟動和維護非常高效。通過使用代理作為通信的中心點，可以輕松快速地確定通信問題的根源: 人們只需要同時訂閱發布者和發布者的數據，停止代理一方或另一方的通信可以確定問題是來自PLC/代理鏈接還是來自代理/組態軟件鏈接。

MQTT Explorer診斷工具簡化了這些操作來發現通信問題。相比較Modbus IP,您必須使用WireShark這類的工具來查看過去的幀，這不是很方便；至于BACnet，查找問題可能會花費更多的時間。

MQTT是一種事件驅動型協議，因此它的帶寬非常低。在我們的一個項目中，從40個水塔中按每5分鐘的頻率檢索數據每月僅需600MB ! 純事件驅動還有第二個好處:當一個變量改變值時，數據立即傳輸到組態軟件。因此，我們使用MQTT中的PLC通信和通過3G連接到PcVue®的代理進行了測試。從組態軟件發送命令到返回PLC中的計算狀態之間的時間間隔不超過一秒。

MQTT被設計為從1到n進行通信(編輯注:從發布者到訂閱者進行理解)。以水塔遠程控制為例，當探頭的溫度測量值或儀表指標發生變化時，該值會同時發送到監測和能源管理軟件。PLC只需發出一個刷新變量的請求

MQTT協議集成了鏈路故障時的緩存。對于3G遠程連接的站點，如果連接中斷，PLC會將事件存儲在其中央單元中。一旦連接重新建立，代理就會發布所有的事件，而組態軟件會恢復所有的歷史數據;沒有數據丟失。代理和組態軟件之間也是如此。

值得指出的是，此操作對MQTT來說是固有操作，不需要像使用Modbus TCP/IP那樣進行編程。此外，在我們使用的 PcVue® 監控程序的情況下，有效載荷是用Json編碼的，支持在有效載荷結構中傳遞時間戳。同時這也意味著所有數據都在數據源處有時間戳。這對于識別非常有用，在連接丟失后進行緩存的情況下，它支持在監控程序中恢復正確的時間戳數據。

最后，MQTT是免版稅的、可靠和安全的，并且兼容網絡安全的限制要求: 實現登錄就可以訪問代理和加密交換。

特別適合MQTT的應用程序有哪些?為什么?

該協議與IoT 設備一起上市。對于必須通過3G管理通信的偏遠站點，使用這種需要很少流量的事件驅動協議確實可以做一些事情。水處理領域是一個很好的應用示例，高壓變電站的管理也是如此。

為什么？因為它是純事件驅動的，帶有時間戳的源數據。因此，在高壓站切換或斷開連接的情況下，我們會很快收到帶有正確日期的警告。

Modbus曾經是唯一完全開放且工作良好的協議，因而，所有使用Modbus IP創建的站，點都可以移動到MQTT。事實上，Modbus的最大缺點是通信由主站主動進行，這意味著需要查詢從站。

MQTT與Modbus相比的最大優勢是，一旦事件發生變化，從站就會發布數據。最后，MQTT可以很好地替代Modbus，因為它支持在源代碼處設置時間戳，并兼具事件驅動協議的優勢，這些更易于理解和配置!

部署MQTT有哪些限制和困難?

關于代理的可靠性和位置選擇？

在我們的項目中，我們選擇在安裝PcVue®采集服務器的地方安裝代理。代理也是冗余的，并且每個 PLC 可以同時在2個代理上發布。

因此，可以部署由兩臺采集服務器支持的兩個代理軟件程序進行監控。然后，在PcVue的情況下，監管的冗余遵循其中一個代理。

關于網絡安全要求？

MQTT 通過驗證發布者-代理和代理-訂閱者的連接來集成安全性，與 Modbus 等其他協議相比，這是一個額外的優勢。

此外，在水塔遠程控制應用中，本地PLC主動建立了VPN隧道。PLC 建立了一個通過 3G 連接到監控器的 IPsec 隧道，所有交換機都通過 VPN 隧道。

沒有從外部直接到代理的接收端口，我們首先必須通過 VPN 連接。我們可以說代理正在本地網絡上監聽，因為設備位于具有固定 IP 地址的 VPN 上。

代理如何？

我們選擇了免版稅的代理 Mosquito®，多年來它已被用于許多應用程序。在我們的應用程序中，它從未出現問題。

如果您想獲得特定的專用支持，也可以使用付費軟件。但是，應該注意，使用端對端的VPN基礎設施連接代理，代理不再會負責安全性問題。

您如何看待該協議的未來？

越來越多的制造商對 MQTT 感興趣，我們相信它的使用將會增長。今天，我們已經實現了PcVue® SCADA和WAGO® PLC的應用。MQTT被優化地集成到PcVue中，因為他們的研發包含了一個透明模式，支持給PcVue®變量賦予與MQTT中的主題相同的名稱。

在 PcVue® 中不再需要對通信編程；這為編程節省了大量時間，而且也非常易于使用和維護。

在我們的應用中，PcVue® WAGO® 包的工作性能令人印象深刻。此外，使用新協議的第一個項目通常很困難，因為需要獲得很多經驗，并且需要知道很多沒有寫在文檔中的知識，但在我們這個項目中并非如此。

您是如何為您的第一個案例集成MQTT的?

關于遙控應用，我們已經考慮了兩三年，MQTT具備了遠程控制應用的所有品質。此外，我們多年來一直在集成PcVue®軟件，并得到其分銷商ATYS CONCEPT的產品專業知識的支持。

從過去來看，該項目是基于有經典遠程讀取解決方案的舊PSTN協議。我們與PcVue®的廠商ARC Informatique進行了深入溝通，最后決定將MQTT協議集成到PcVue®中，正如我之前所說的，這是一種非常有趣的方法，因為在PcVue®中編程通信非常簡單。

這是一個雙贏的合作伙伴關系，我們取得了出色的成果，并且現在讓PcVue®從眾多競爭對手中脫穎而出。

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文章來源：https://www.atys-concept.com/blog-de-la-performance/articles-supervision/quel-interet-mqtt-pour-telegestion/

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