菲尼克斯电气|基于PLCnext的IIoT-MQTT介绍与应用

　　伴随着“工业4.0”、“中国制造2025”及“两化融合”等战略的推进，信息技术与工业控制技术深度融合，物联网、边缘计算、云计算、机器学习等新技术应用日趋广泛，工业现场云边端的数据传递便成为了关键。在众多高效、实时、可靠的数据通信协议中，MQTT则是应用最广泛的一种。

　　什么是MQTT呢?

　　MQTT(Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议)，该协议由IBM公司在1999年开发，主要为了在不可靠的网络中实现可靠且轻量的消息传输，它被设计为极轻量级、基于发布/订阅方式的消息传输协议，它是基于TCP/IP应用层的通信协议，它的主要优点在于以极少的代码和有限的带宽，为远程设备提供实时可靠的消息服务。

　　MQTT如何工作的呢?

　　MQTT协议中有三种身份：发布者(Publisher)、Broker、订阅者(Subscriber)。其中，消息的发布者和订阅者都是客户端，一个客户端可以既是发布者又是订阅者。不同的客户端通过向Broker发布或订阅相同主题的消息实现信息的传递。Broker仅是消息的中转站， 它把接收的发布者发布的内容，发送给订阅该主题的订阅者，这么看来Broker就像是邮局，发布/订阅的内容就像邮件，主题可以看成地址，消息就像我们要传递的信件内容。

　　通过发布/订阅的方式，MQTT很容易实现双向通信，很容易解决工业现场通过云平台进行反向控制的痛点!

　　MQTT报文格式了解如何做到可靠且轻量?

　　MQTT的所有控制报文都包含固定报文头(Fixed Header)，有些控制报文包含可变报文头(Variable Header)和有效负荷(Payload)。

　　消息格式：

　　固定报文头 | 可变报文头 | 有效负荷

　　1、固定报文头包含两部分，第一部分是第一个字节，主要用来表示控制报文类型和Qos(消息质量)等级;第二部分从第二个字节开始表示剩余报文长度，该长度是后面可变报文头和有效负荷的总长度。

　　2、可变报文头主要包含协议名、协议版本、连接标志、心跳间隔时间、连接返回码、主题名等，这部分之所以称为可变报文头，是因为针对不同的控制报文类型，部分的长度、内容、含义都是不一样的，主要是为了能辅助完成这14种控制报文类型。

　　3、有效负荷就是消息的主体，才是最终要传递的内容，只有以下几种消息类型，会带有效负荷：CONNECT、PUBLISH、SUBSCRIBE、SUBACK、UNSUBSCRIBE。

　　PLCnext融合MQTT

　　菲尼克斯PLCnext在物联网应用中不仅原生支持Proficloud，结合MQTT增加应用的多样性，以及对多平台的兼容性，比如对Visu+、第三方SCADA、手机客户端的通信等，方便快捷的实现远程监控、参数设定、故障检测等功能。

　　大家都知道PLCnext最大的特点就是支持高级语言编程，因此我们在对MQTT的应用上支持两种配置方式：

　　1、在IEC61131标准中，可以直接调用MQTT功能块，实现对Broker的连接和终止、发布和订阅等功能，结合ST编程可以快速实现有效载荷的解析。该功能块可以在PLCnext store中下载后，直接安装库文件后免费使用。

　　2、PLCnext支持多种高级语言编程，我们在GitHub发布了基于Paho MQTT C++ library开发的可以直接安装在PLCnext上的ACF程序，PLCnext的控制程序通过GSD调用MQTT客户端的数据。在GitHub上可以免费下载该库文件，部署完成后客户可以直接使用MQTT客户端功能进行二次开发。

　　PLCnext MQTT应用工程案例

　　国内某石油钻采设备厂商，需要通过云平台对海上设备进行数据采集、参数设定、反向控制等远程运维功能，海上钻采设备一般都采用无线连接公网，但周边无线基站信号一般都不稳定，这种不稳定的网络环境且期望小流量的应用场景，使用MQTT完全可以解决。

　　最终，客户选择把MQTT Broker部署在云平台，用菲尼克斯的PLCnext作为边缘控制器，PLCnext对下监控现场设备，对上通过菲尼克斯4G路由建立网络，通过PLCnext的MQTT客户端功能实现现场设备的远程运维。

　　PLCnext原生支持Proficloud，加上MQTT的加持，菲尼克斯可以提供完整的IIoT：工业物联网解决方案!