برنامه‌نویسی PLC و نقش تکنولوژی MQTT در اتوماسیون صنعتی مدرن

در سال‌های اخیر، دنیای اتوماسیون صنعتی با تغییرات چشمگیری روبه‌رو شده است. PLCها که سال‌ها به عنوان قلب سیستم‌های کنترلی مورد استفاده قرار می‌گیرند، امروزه دیگر تنها محدود به کنترل محلی ماشین‌آلات و خطوط تولید نیستند؛ بلکه نقش مهمی در ارتباطات داده‌ای و یکپارچه‌سازی با سیستم‌های IIoT (Industrial Internet of Things) پیدا کرده‌اند.

یکی از تکنولوژی‌های کلیدی که این تحول را ممکن ساخته، MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) است. این پروتکل سبک و کارآمد برای ارسال و دریافت داده‌ها بین دستگاه‌ها در محیط‌های صنعتی، بسیار مورد توجه قرار گرفته است.

چرا MQTT در برنامه‌نویسی PLC اهمیت دارد؟

سرعت و سبکی: پروتکل MQTT بسیار کم‌حجم بوده و برای انتقال داده‌های صنعتی با پهنای باند پایین بهینه‌سازی شده است.

معماری Publish/Subscribe: به جای مدل سنتی درخواست–پاسخ، دستگاه‌ها تنها با انتشار (Publish) داده‌ها یا اشتراک (Subscribe) در موضوعات (Topics) به اطلاعات دسترسی پیدا می‌کنند. این امر باعث ساده‌تر شدن معماری ارتباطی در پروژه‌های بزرگ می‌شود.

یکپارچه‌سازی با پلتفرم‌های ابری: بسیاری از شرکت‌ها برای مانیتورینگ، تحلیل و نگهداری پیشگیرانه، داده‌ها را به Cloud منتقل می‌کنند. PLC با پشتیبانی از MQTT می‌تواند داده‌ها را مستقیم به سرورهای ابری یا داشبوردهای SCADA پیشرفته ارسال کند.

افزایش انعطاف‌پذیری در برنامه‌نویسی: مهندسان می‌توانند علاوه بر منطق کنترلی سنتی، تبادل داده‌ها را هم در سطح کدهای PLC مدیریت کنند.

کاربرد عملی در پروژه‌ها

خطوط تولید هوشمند: PLC داده‌های حسگرها (دما، فشار، سرعت موتور و …) را به‌صورت MQTT به سرور مرکزی می‌فرستد و تصمیمات به‌روز برای بهینه‌سازی تولید گرفته می‌شود.

مانیتورینگ از راه دور: تکنسین‌ها می‌توانند وضعیت سیستم‌ها را از طریق اپلیکیشن‌های موبایل یا وب دریافت کنند.

نگهداری پیش‌بینانه (Predictive Maintenance): با تحلیل داده‌های جمع‌آوری شده از PLCها، می‌توان از خرابی زودهنگام تجهیزات جلوگیری کرد.

آینده برنامه‌نویسی PLC با MQTT

با گسترش Industry 4.0 و حرکت به سمت کارخانه‌های هوشمند، انتظار می‌رود استفاده از MQTT در کنار PLCها به یک استاندارد تبدیل شود. بسیاری از برندهای مطرح مانند Siemens، Beckhoff و Schneider در محصولات جدید خود ماژول‌ها و کتابخانه‌های MQTT را مستقیماً ارائه کرده‌اند. این یعنی مهندسین اتوماسیون باید علاوه بر مهارت در زبان‌های برنامه‌نویسی PLC (مثل Ladder، FBD، SCL)، به مفاهیم ارتباطات شبکه‌ای و پروتکل‌هایی مانند MQTT نیز مسلط باشند.

نمونه مثال از استفاده MQTT در TIA-PORTAL:

برنامه‌نویسی PLC با TIA Portal و استفاده از تکنولوژی MQTT

مقدمه

PLCهای زیمنس (مانند S7-1200 و S7-1500) به همراه نرم‌افزار TIA Portal یکی از پرکاربردترین ابزارها در صنعت اتوماسیون هستند. در پروژه‌های مدرن، صرفاً کنترل محلی کافی نیست؛ بلکه نیاز داریم داده‌ها از طریق پروتکل‌های سبک و مطمئن مثل MQTT به سیستم‌های ابری، سرورهای SCADA یا داشبوردهای مانیتورینگ منتقل شوند.

نحوه پیاده‌سازی MQTT در TIA Portal

زیمنس به‌صورت پیش‌فرض کتابخانه MQTT را در TIA Portal قرار نداده است، اما چند راه برای استفاده از آن وجود دارد:

استفاده از کتابخانه‌های آماده (MQTT Library for S7-1200/1500)

کتابخانه‌هایی توسط زیمنس یا شرکت‌های ثالث توسعه داده شده‌اند که می‌توان آن‌ها را به پروژه TIA Portal اضافه کرد.

این کتابخانه‌ها شامل بلوک‌های آماده (Function Blocks) برای:

اتصال به Broker

Publish داده‌ها

Subscribe به Topics

هستند.

ارتباط از طریق Node-RED یا Kepware به‌عنوان Gateway

در برخی پروژه‌ها، PLC داده‌ها را با OPC UA یا TCP/IP به یک سرور واسط (مانند Node-RED) می‌فرستد.

سپس این سرور داده‌ها را به MQTT تبدیل و به Cloud ارسال می‌کند.