Aktuální vydání

celé číslo

04

2024

Průmyslové roboty a automatizace výrobních a montážních linek

celé číslo

Kombinácia protokolov ADS a MQTT

So zvyšujúcou sa globalizáciou trhu narastajú požiadavky na vzájomnú konektivitu počítačových systémov. V tomto článku je uvedené jedno z viacerých riešení od spoločnosti Beckhoff, ktorým je možné dosiahnuť stabilný a bezpečný vzdialený prístup.

 

Protokol ADS

Architektúra systému TwinCAT (The Windows Control and Automation Technology) je tvorená individuálnymi softvérovými modulmi (TwinCAT PLC, HMI, NC atď.). Pre účely efektívnej komunikácie modulov vyvinula spoločnosť Beckhoff Automation otvorený komunikačný protokol ADS (Automation Device Specification). Predstavuje transportnú vrstvu, ktorá umožňuje acyklickú komunikáciu pre výmenu dát a parametrizáciu formou jednoduchých príkazov ADS. Zároveň slúži k interakcii s vývojovým prostredím TwinCAT3 Engineering, ďalšími službami a aplikáciami. Dôležitú úlohu zohráva ADS Router, ktorý vytvára a definuje spojenie (rou­te) medzi dvomi zariadeniami ADS.

V prípade vytvorenia siete počítačov a zariadení je protokol ADS prenášaný protokolom TCP/IP alebo UDP/IP (obr. 1).

 

Protokol MQTT

MQTT (Message Queue Telemetry Transport) je komunikačný protokol typu publisher/subscriber, ktorý umožňuje výmenu správ medzi aplikáciami. Centrálnym komponentom je tzv. Message Broker, ktorý distribuuje správy medzi jednotlivými aplikáciami alebo odosielateľmi a príjemcami správ. Message Broker izoluje odosielateľa a príjemcu, takže navzájom nepotrebujú poznať svoje adresy. Behom procesu odosielania a prijímania správ musí každý účastník kontaktovať brokera a ten sprostredkuje správu ďalej (obr. 2).

Z pohľadu protokolu ADS predstavuje ADS-over-MQTT nový transportný kanál.

 

Architektúra

Zariadenia a aplikácie sú v MQTT Message Brokeri reprezentované ako užívatelia (users). Konfigurácia MQTT Message Brokera umožňuje vytvárať virtuálne siete AMS (Automation Message Specification), v ktorých je užívateľom umožnená vzájomná interakcia. V sieti AMS sú ďalej bližšie špecifikované prístupové práva užívateľov medzi sebou (obr. 3).

 

Konfigurácia a zabezpečenie

ADS Router je súčasťou každého zariadenia Beckhoff. Definovanie spojenia routera ADS s brokerom MQTT sa docieli úpravou konfiguračného súboru XML na strane routera. Pre základné nastavenie postačuje uviesť port, IP adresu brokera, virtuálnu sieť AMS a názov užívateľa (user). Po uložení súboru je zmena akceptovaná pri inicializácii routera. Vďaka jednoduchému prenastaveniu routera je možná rýchla a efektívna implementácia ADS-over-MQTT aj do hotových alebo starších projektov (obr. 4).

Úlohu brokera pre ADS-over-MQTT môže plniť akýkoľvek MQTT Broker (RETAIN, QoS a pod.). Pri výbere je dôležité dbať na zabezpečenie, aby boli príkazy ADS dostatočne chránené. Beckhoff poskytuje plugin TcMqttPlug­in.dll pre brokera Eclipse Mosquitto. Plugin je súčasťou inštalácie TwinCAT a je dostupný na C:\TwinCAT\AdsApi\TcMqttPlugin alebo C:\TwinCAT\AdsApi\x64\TcMqttPlugin pre 64bitovú verziu brokera Mosquitto. Pomocou rozšírenia je možné nastaviť virtuálne siete AMS, autentifikáciu PSK (Pre-Shared Key) a prístupy k TwinCAT routers môžu byť overované pomocou ACL (Access Control List). Pokiaľ spojenie s brokerom nie je v dôveryhodnej sieti (napr. cez internet), odporúča sa využiť zabezpečenie TLS (Transport Layer Security) založené na certifikácii X.509. Detailný postup nastavenia spolu s príkladmi je uvedený v technickej dokumentácií k ADS-over-MQTT (obr. 5).

 

Záver

ADS-over-MQTT nájde uplatnenie všade tam, kde je prostredníctvom protokolu ADS vyžadovaný vzdialený prístup a súčasne je kladený dôraz na izolovanie vybraných skupín zariadení, vymedzenie prístupových práv a zabezpečenie a pritom zostáva zachovaná jednoduchosť pripojenia a transparentnosť siete. Funkcia ADS-over-MQTT je súčasťou TC1000 | TwinCAT 3 ADS a je zdarma. Vďaka jednoduchosti použitia je vhodná pre nové projekty a zároveň poskytuje maximálny komfort behom implementácie v existujúcich riešeniach. Viac informácií záujemcovia nájdu na stránkach spoločnosti Beck­hoff Automation https://www.beckhoff.com/, popr. v elektronickej dokumentácii k tomuto rozšíreniu dostupnej na https://infosys.beckhoff.com/ v sekcií TE1000 | TwinCAT 3 ADS-over-MQTT. Tiež sa možno obrátiť na oficiálne zastúpenie pre Česko a Slovenskú republiku na e-mailovej adrese info@beckhoff.cz, popr. info@beckhoff.sk.

 

Zdroje:

[1] Manual | EN TE1000 TwinCAT 3 | ADS-over-MQTT, 2021-06-28 | Version: 1.3.

[2] Manual | EN TE1000 TwinCAT 3 | ADS Basics, 2023-02-08 | Version: 2.1.3.

[3] Manual | EN TwinCAT 3 AmsNAT, 2021-08-24 | Version: 1.1.

 

(Beckhoff Automation s. r. o.)

 

Obr. 1. Architektúra systému TwinCAT

Obr. 2. MQTT Message Broker

Obr. 3. Virtuálne siete AMS

Obr. 4. ADS over MQTT

Obr. 5. Konfigurácia routera ADS a brokera MQTT