Conectividade na Indústria 4.0: conhecendo os protocolos OPC UA e MQTT

Conectividade na Indústria 4.0: conhecendo os protocolos OPC UA e MQTT

15 Jul 2021

Como já visto aqui no Blog I&A, a interconectividade entre sistemas e máquinas tem atingido praticamente todos os setores da economia mundial, melhorando a coleta de dados e facilitando a integração entre os diferentes sistemas. A popularização dos conceitos envolvendo a Indústria 4.0 permitiu uma transformação dos negócios e dos processos em empresas dos mais variados segmentos.

Em mais um texto da série de artigos sobre os protocolos de comunicação, apresentamos a história e as características de dois dos modelos mais utilizados em aplicações da Indústria 4.0: OPC UA e MQTT

Vem com a gente conhecer mais sobre esses sistemas!

A história do OPC UA

Com o objetivo de desenvolver um protocolo de comunicação padrão que substituísse os modelos anteriores e se comunicasse com todos eles, empresas do segmento tecnológico se reuniram e desenvolveram o padrão OPC, em 1995. Sigla para Open Platform Communications, o modelo permite o acesso de dados em tempo real através do sistema operacional Windows. A primeira versão deste protocolo era chamada de OPC Classic e possuía três padrões:

  • OPC DA (Data Access): Definia a troca de dados, incluindo valores, tempo e informações de qualidade.
  • OPC A&E (Alarm and Events): Responsável pela troca de informações de mensagem do tipo alarme e eventos, assim como estado de variáveis e gerenciamento de estado.
  • OPC HDA (Historical Data Access): Apresentava métodos de consulta e análises que poderiam ser aplicadas em dados históricos.

No entanto, mesmo com a criação do protocolo OPC, os problemas não estavam resolvidos. Apesar do modelo oferecer a interconectividade entre dispositivos e ter sido aceito pelo mercado, ele se mantinha restrito ao Windows. Dessa forma, não podia ser utilizado em outros sistemas operacionais, como Linux e Mac (Apple), ou até mesmo em sistemas operacionais que rodem em controladores industriais, além de possuir uma segurança muito simples. Pensando nisso, foi desenvolvido o OPC UA.

Lançado em 2008, o OPC Unified Architecture garantiu a conexão entre os diversos dispositivos de chão de fábrica. O protocolo, que vem sendo implementado de forma cada vez maior nas indústrias, oferece comunicação independente de plataforma, segurança de dados, padronização e inteligência descentralizada

Por ser independente de plataforma o OPC UA implementa sua própria camada de segurança, baseada em uma infraestrutura de chave pública (PKI) que utiliza um padrão industrial de certificados digitais x.509 e autenticação de endereços, autorização, criptografia e integridade de dados. Ele também possui certos recursos adicionais, como redundância e monitoramento de conexão, fácil e rápida instalação e implementação multiplataforma.

Conhecendo o MQTT

O MQTT, sigla para Message Queue Telemetry Transport, é um dos protocolos de comunicação mais utilizados em aplicações IoT atualmente. Desenvolvido no final dos anos 1990 pela IBM, o modelo, que tem como base o padrão TCP/IP, possui suporte para a comunicação assíncrona entre as partes, ou seja, separa o emissor (“publicador” – publisher) e o receptor da mensagem (“assinante” – subscriber), tanto no espaço quanto no tempo. Dessa forma, é escalável em ambientes de rede que não são confiáveis.

O protocolo surgiu como uma alternativa para vincular sensores em pipelines de petróleo à satélites e tornou-se, oficialmente, um padrão aberto OASIS em 2014, quando passou a contar com suporte às linguagens de programação mais populares.

Com estrutura leve e flexível, o MQTT se tornou um dos protocolos mais reconhecidos quando o assunto é desenvolvimento de aplicações com alto grau de conexão. Ele pode ser utilizado em hardwares de dispositivos altamente restringidos ou em redes com largura de banda limitada e alta latência. Ele também oferece suporte a diferentes cenários de aplicativos para dispositivos e serviços IoT.

Quanto à sua comunicação, o MQTT define dois contatos na rede: um message broker, que nada mais é do que um servidor que recebe as mensagens dos clientes e roteia elas para o destino relevante, e inúmeros clientes, que podem ser qualquer coisa que interaja com o broker e assine essas mensagens. Ou seja, o cliente se conecta ao broker e publica o “assunto” e a mensagem para ele. O broker, então, envia as mensagens a outros clientes que assinaram esse assunto. O MQTT também utiliza a tecnologia de cibersegurança TLS para comunicações seguras através de chaves criptografadas.

Gostou deste conteúdo? Fique ligado para os próximos textos sobre protocolos de comunicação que serão publicados aqui. Enquanto isso, você pode ler mais sobre tecnologia e a Indústria 4.0 no Blog I&A e em nossas redes sociais.