IoT-Dossier

OPC UA zu MQTT – industrielle Brücke und Unified Namespace

OPC-UA-Client-Brücke zum MQTT-Publisher: Unified Namespace, Sparkplug B, HiveMQ, AWS IoT.

Kurz gesagt
Ein OPC UA → MQTT-Brücke stellt als OPC-UA-Client eine Verbindung zu Ihren Servern (SPS, SCADA, Roboter) her und veröffentlicht die Werte der abonnierten Knoten in MQTT JSON oder Sparkplug B zu einem Cloud-Broker. Er ist die tragende Säule derUnified Namespace (UNS), die Referenzarchitektur der Industrie 4.0 zur Zentralisierung aller Produktionsdaten.

OPC UA: Das Protokoll der Industrie 4.0​

OPC UA (OPC Unified Architecture, IEC 62541) ist das Referenzprotokoll für Industrie 4.0. Im Gegensatz zu Modbus, das Register ohne Kontext bereitstellt, bietet OPC UA ein objektorientiertes Informationsmodell: Jede Variable ist ein typisierter Knoten in einem hierarchischen Adressraum, mit Metadaten (Engineering-Einheit, Bereich, Beschreibung), aufrufbaren Methoden und Ereignissen.

Moderne Steuerungen (Siemens S7-1500, Beckhoff CX, Rockwell ControlLogix), Roboter und neuere SCADA-Systeme verfügen alle über einen OPC-UA-Server. Die OPC-UA-→-MQTT-Brücke ermöglicht es, diese umfangreichen Daten zu extrahieren und in die Cloud-Architektur einzuspeisen.

Architektur der OPC-UA-→MQTT-Brücke​

Serveurs OPC UA Bridge Eziwan MQTT Broker / UNS
─────────────── ────────────── ─────────────────
Siemens-SPS ─┐ ┌── OPC UA-Client HiveMQ Cloud
Robot Beckhoff ─┤── TCP ───►│ Subscriptions MQTT AWS IoT Core
SCADA Ignition ─┤ │ MonitoredItems ──TLS► Mosquitto
MES Wonderware ─┘ │ Decode + Map Eziwan UNS
└── Sparkplug B / JSON

Die Bridge unterhält eine dauerhafte OPC-UA-Verbindung zu jedem Server. Sie erstellt OPC-UA-Abonnements mit MonitoredItems auf den zu überwachenden Knoten. Der Server sendet geänderte Werte proaktiv (Push-Modus), was wesentlich effizienter ist als das Modbus-Polling.

Zuordnung von OPC-UA-Knoten zu MQTT-Topics​

Die Konfiguration der Bridge besteht darin, OPC-UA-Node-IDs mit MQTT-Topics zu verknüpfen. Dabei gibt es zwei Ansätze:

Manuelle Zuordnung

OPC UA NodeID → Topic MQTT
ns=2;s=Station1.Pumpe.Druck → Werk/Leitung1/Pumpe01/Druck_bar
ns=2;s=Station1.Pumpe.Durchfluss → Werk/Leitung1/Pumpe01/Durchfluss_m³/h
ns=2;s=Station1.Pumpe.Status → Werk/Linie1/Pumpe01/Status

Automatische Zuordnung (OPC UA → UNS) Die Bridge durchläuft den OPC-UA-Adressraum und generiert automatisch eine entsprechende MQTT-Topic-Hierarchie. Dies ist der empfohlene Ansatz für Installationen mit vielen Knoten.

Unified Namespace: OPC UA als „Quelle der Wahrheit“​

Der Unified Namespace (UNS) ist die moderne IIoT-Architektur, die von Industrie-4.0-Experten empfohlen wird. Dabei fungiert ein zentraler MQTT-Broker (HiveMQ, EMQX, VerneMQ) als einziger Daten-Hub:

QuelleVeröffentlichung in der UNS
Steuerungen (OPC UA)OPC-UA-Brücke → MQTT
Ältere Geräte (Modbus RTU)Modbus-Bridge → MQTT
M-Bus-ZählerM-Bus-Bridge → MQTT
MES / ERPAPI → MQTT
IoT-SensorenNatives MQTT

Alle Anwendungen (SCADA, MES, Dashboards, KI) abonnieren den MQTT-Broker entsprechend ihren Anforderungen. Keine Punkt-zu-Punkt-Integrationen mehr: Jedes System veröffentlicht einmal, alle Verbraucher empfangen die Daten.

Sparkplug B: Die Spezifikation für das industrielle UNS​

Sparkplug B (Eclipse Foundation, spBv1.0) standardisiert den Einsatz von MQTT für das IIoT:

Aufbau der Themen:

spBv1.0/{group_id}/NBIRTH/{edge_node_id} ← Knotenverbindung
spBv1.0/{group_id}/DBIRTH/{edge_node_id}/{device_id} ← Connexion device
spBv1.0/{group_id}/NDATA/{edge_node_id} ← Knotendaten
spBv1.0/{group_id}/DDATA/{edge_node_id}/{device_id} ← Gerätedaten
spBv1.0/{group_id}/NDEATH/{edge_node_id} ← Abmeldung (LWT)

Vorteile von Sparkplug B:

  • Protobuf-Nutzdaten (binär, 3- bis 10-mal kompakter als JSON)
  • Verwaltung des Lebenszyklus der Geräte (BIRTH/DEATH)
  • Metrik-Aliase zur Reduzierung der Bandbreite
  • Kompatibilität mit der HiveMQ Sparkplug Extension, Ignition Cirrus Link und AWS IoT SiteWise

Sicherheit bei OPC UA + MQTT: Mehrschichtige Verteidigung​

Die Kombination aus OPC UA und MQTT bietet zwei Sicherheitsebenen:

OPC-UA-Schicht (Feld → Bridge):

  • Sicherheitsmodus: Sign & Encrypt (AES-256)
  • Authentifizierung: x509-Zertifikat oder Benutzername/Passwort
  • Überprüfung der Server- und Client-Zertifikate

MQTT-Schicht (Bridge → Cloud):

  • Transport: TLS 1.3
  • Authentifizierung: x509-Client-Zertifikat (Mutual TLS)
  • Autorisierung: ACL nach Topic auf dem Broker

Diese Defense-in-Depth-Architektur entspricht den Empfehlungen der Norm IEC 62443 zur Cybersicherheit industrieller Systeme.

Kompatibilität mit den wichtigsten Cloud-Plattformen​

PlattformProtokollSpezifisches Modul
AWS IoT CoreMQTT TLSAWS IoT SiteWise (natives OPC UA)
Azure IoT HubMQTT / AMQPAzure IoT OPC Publisher (Open Source)
HiveMQ CloudMQTT 5.0 + SparkplugNative Sparkplug-Erweiterung
Eziwan CloudMQTT TLSIntegriertes Dashboard + Benachrichtigungen
Ignition (Inductive Automation)MQTT TransmissionCirrus Link Sparkplug-Modul

Häufig gestellte Fragen

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