MQTT und Sparkplug B: Wie Maschinendaten sauber ins MES kommen
MQTT und Sparkplug B sind die derzeit am schnellsten wachsenden Übertragungsstandards für Maschinendaten auf dem Shopfloor und eine zentrale Entscheidung bei jeder MES-Einführung in produzierenden Unternehmen im DACH-Raum. Während klassische Polling-Verfahren Maschinenwerte in festen Intervallen abfragen, arbeitet MQTT nach dem Publish/Subscribe-Prinzip: Geräte melden Änderungen, sobald sie auftreten. Laut Bitkom-Studie "Industrie 4.0" (2025) setzen bereits 42 Prozent der deutschen Industrieunternehmen ab 100 Beschäftigten IoT-Plattformen produktiv ein, weitere 35 Prozent planen den Einsatz. Diese Seite erklärt den Unterschied zwischen reinem MQTT und dem darauf aufbauenden Sparkplug-B-Standard, ordnet beide gegen OPC UA und klassisches Polling ein und zeigt, worauf Produktionsleiter beim MES-Anbietergespräch achten sollten.
Was MQTT und Sparkplug B eigentlich sind
MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) ist ein leichtgewichtiges Publish/Subscribe-Protokoll für Maschine-zu-Maschine-Kommunikation, ursprünglich 1999 von IBM und Arcom für Pipeline-Überwachung entwickelt und seit 2013 als offener Standard bei der OASIS geführt. Die aktuelle Fassung MQTT 5.0 wurde im März 2019 veröffentlicht.
Wichtig für Produktionsleiter: MQTT selbst definiert kein Datenformat. Es transportiert Bytes zwischen einem Broker und beliebig vielen Clients, aber was in der Nachricht steht, welche Maschine gemeint ist und ob ein Sensor gerade online ist, muss jede Implementierung selbst festlegen. Genau diese Lücke schließt Sparkplug B.
MQTT
Leichtgewichtiges Publish/Subscribe-Protokoll, offener Standard bei OASIS (ISO/IEC 20922). MQTT transportiert Nachrichten zwischen Broker und Clients, definiert aber kein Datenformat.
Sparkplug B
Offene Spezifikation, die auf MQTT aufsetzt und Topic-Namespace, Payload-Format und Session-State-Management für Echtzeit-SCADA- und Automatisierungsumgebungen definiert. Seit 2023 von der Eclipse Foundation verwaltet.
Straße und Verkehrsordnung
MQTT ist die Straße, Sparkplug B ist die Verkehrsordnung. Ohne Sparkplug kann jeder MQTT-Client eigene Regeln für Topics und Nachrichteninhalte erfinden, was zu inkompatiblen Insellösungen führt.
Mehr zu den Systemebenen im MES-Glossar und in der Einordnung MES, ERP, SCADA und MOM.
MQTT/Sparkplug B gegen OPC UA und klassisches Polling
Produktionsleiter hören drei Begriffe parallel: MQTT/Sparkplug B, OPC UA (IEC 62541) und klassisches Polling. Details zu OPC UA unter OPC UA für MES.
| Kriterium | Klassisches Polling | OPC UA | MQTT + Sparkplug B |
|---|---|---|---|
| Kommunikation | Pull (Client fragt ab) | Client-Server + PubSub | Publish/Subscribe über Broker |
| Datentyp | Kein Schema | Informationsmodell | Sparkplug: festes Protobuf-Schema |
| Zustand | Timeout | Session-Mechanismen | Birth/Death-Zertifikate |
| Netzwerklast | Linear steigend | Moderat | Gering (nur Änderungen) |
| Firewall | Viele Ports | Komplex | Ein Port zum Broker |
| Einsatzort | Altanlagen | Maschinenschnittstelle | Werksweite Verteilung |
| Norm | Keine | IEC 62541 | ISO/IEC 20922 / Eclipse |
Vom Polling zum Publish/Subscribe
Polling-Architekturen sind strikt bilateral. MQTT dreht das Modell um: Die Maschine verbindet sich einmalig mit einem Broker und veröffentlicht Werte bei Änderung. Mehrere Konsumenten können denselben Broker abonnieren. Kern des Unified-Namespace-Ansatzes.
Netzwerklast konkret nachgerechnet
| Szenario | Polling | MQTT/Sparkplug |
|---|---|---|
| Anfragen/Tag | 20 Maschinen x 5 Werte x 1/s = 8,64 Mio. | Nur bei Änderung, ca. 1-10% |
| Volumen | Alle Werte immer | Nur geänderte + Birth |
| Neue Konsumenten | Linearer Anstieg | Keine Zusatzlast |
Vereinfachte Modellannahme. Die Reduktion hängt vom Änderungsgrad der Werte ab.
Birth/Death-Zertifikate und Topic-Namespace
Sparkplug B führt Birth- und Death-Zertifikate ein: Beim Verbindungsaufbau sendet ein Gerät ein Birth-Zertifikat mit Metriken. Der Broker hält eine Death-Nachricht bereit, die bei Verbindungsabbruch veröffentlicht wird. Topic-Namespace: namespace/group_id/message_type/edge_node_id/[device_id]. Siehe auch MDE und BDE.
Der Broker als zentrale Infrastruktur
Ein Broker (HiveMQ, Mosquitto, EMQX) sitzt immer dazwischen und muss abgesichert und hochverfügbar betrieben werden. Neue Konsumenten wie Predictive Maintenance sind ohne Änderung der Maschinenanbindung anschließbar.
Interoperabilität und Einsatzgrenzen
Polling: Altanlagen. OPC UA: normativ geforderte Schnittstelle. MQTT/Sparkplug: viele Quellen + viele Konsumenten. Oft kombiniert: OPC UA an der Maschine, MQTT als Verteilschicht über Edge Computing. Mehr: Industrie 4.0.
Nicht geeignet: Echtzeit-Regelkreise (ms), wenige isolierte Maschinen, fehlende IT-Ressourcen für Broker-Betrieb.
Einordnung nach ISA-95: wo MQTT und Sparkplug B sitzen
Die internationale Norm IEC 62264 (basierend auf ISA-95) strukturiert den Informationsfluss zwischen Fertigungsebenen: Ebene 0/1 (Sensoren, SPS), Ebene 2 (SCADA), Ebene 3 (MES/MOM) und Ebene 4 (ERP).
Klassisches Polling und OPC UA sind in diesem Modell vertikal gedacht: Jede Ebene fragt bei der darunterliegenden an. MQTT mit Sparkplug B durchbricht diese Vertikalität: Der Broker macht Daten aus Ebene 0 bis 2 gleichzeitig für Konsumenten auf Ebene 3 und 4 verfügbar. Mehr zur Abgrenzung unter MES, ERP, SCADA und MOM.
Vertikale Integration
Jede Ebene fragt gezielt bei der darunterliegenden an. Das MES pollt bei SCADA, SCADA pollt bei der SPS. Viele bilaterale Verbindungen.
Horizontale Entkopplung
Der Broker macht Daten aus Ebene 0-2 gleichzeitig für MES (Ebene 3) und ERP/Cloud (Ebene 4) verfügbar, ohne dass jede Ebene eine eigene Schnittstelle pflegen muss.
Flexiblere Ebenen-Grenzen
Ein Anbieter mit nativer MQTT/Sparkplug-Unterstützung behandelt Ebenen-Grenzen flexibler. Das muss zur eigenen IT/OT-Sicherheitsarchitektur passen.
Was das für die MES-Auswahl bedeutet
Für die MES-Auswahl ist entscheidend, ob der Anbieter MQTT und Sparkplug B nativ unterstützt, über ein Zusatzmodul anbindet oder nur klassische Konnektoren im Portfolio hat. Keine Variante ist per se richtig oder falsch – es hängt vom Zielbild der Fertigung ab.
Wichtiger als die Marketingaussage "MQTT-fähig" ist die konkrete Prüfung: Wird Sparkplug B als Payload-Format unterstützt oder nur rohes MQTT? Wird ein Broker mitgeliefert? Mehr unter Anbieterneutralität bei Sectorlens.
Native Unterstützung?
Unterstützt die Plattform MQTT nativ, oder ist ein Zusatzmodul nötig? Wird Sparkplug B vollständig unterstützt?
Broker enthalten?
Liefert der Anbieter einen Broker mit, oder muss das Werk einen eigenen (HiveMQ, Mosquitto, EMQX) betreiben?
Authentifizierung?
Wie authentifizieren sich Geräte am Broker (Zertifikate, TLS, Benutzername/Passwort)?
Alt-Maschinen?
Wie geht der Anbieter mit Maschinen um, die weder OPC UA noch MQTT sprechen?
Zwölf Prüffragen vor dem Anbietergespräch
Diese Checkliste kann ein Produktionsleiter am Montag mitnehmen und direkt im nächsten Anbietergespräch einsetzen.
- Unterstützt Ihre MES-Plattform MQTT nativ, oder ist ein Zusatzmodul nötig?
- Wird Sparkplug B vollständig inklusive Birth/Death-Zertifikaten unterstützt?
- Liefern Sie einen Broker mit, oder muss das Werk einen eigenen betreiben?
- Wie authentifizieren sich Maschinen und Gateways am Broker?
- Welche Verschlüsselung ist Standard (TLS)? Ist Port 1883 vorgesehen?
- Wie verhält sich das System bei eingehendem Death-Zertifikat?
- Können mehrere Konsumenten denselben Broker gleichzeitig abonnieren?
- Wie gehen Sie mit Alt-Maschinen ohne MQTT um?
- Folgt der Topic-Namespace der Sparkplug-Konvention?
- Was passiert bei Broker-Ausfall (Hochverfügbarkeit)?
- Wie viele produktive Referenzen in vergleichbarer Größe?
- Rolle im Zusammenspiel mit einem Unified-Namespace-Konzept?
Sechs typische Fehler bei MQTT/Sparkplug-B-Einführungen
Reines MQTT ohne Sparkplug B
Ursache: MQTT gibt kein Datenschema vor, jede Abteilung definiert eigene Formate.
Gegenmaßnahme: Von Anfang an Sparkplug B als verbindliches Schema festlegen.
Broker als IT-Nebenaufgabe
Ursache: Broker auf Testserver installiert, nie für Produktion ausgelegt.
Gegenmaßnahme: Broker-Betrieb explizit im Betriebskonzept verankern.
Unverschlüsselte Verbindungen
Ursache: Port 1883 vom Test in Produktion übernommen.
Gegenmaßnahme: TLS als Pflicht in der Abnahme.
Birth/Death nicht integriert
Ursache: OEE verlässt sich auf Timeout statt auf Zertifikate.
Gegenmaßnahme: NBIRTH/NDEATH in Verfügbarkeitslogik einbinden.
Namespace nicht abgestimmt
Ursache: Jede Linie eigene Group-IDs, Auswertungen inkonsistent.
Gegenmaßnahme: Werksübergreifende Konvention, idealerweise als Teil eines Unified-Namespace-Konzepts.
Alt-Maschinen ausgeschlossen
Ursache: Nur neue MQTT-fähige Anlagen angebunden.
Gegenmaßnahme: Edge-Gateways für Protokollübersetzung (Modbus → MQTT) einplanen.
OT-Sicherheit bei MQTT/Sparkplug B nach IEC 62443
Ein zentraler Broker bündelt potenziell alle Maschinendaten – wer Zugriff darauf hat, sieht alles auf einmal. Die einschlägige Norm ist IEC 62443 (Industrial Automation and Control Systems Security).
Netzwerksegmentierung
Liegt der Broker in einer eigenen, vom IT-Netz getrennten DMZ zwischen OT und IT, oder ist er direkt im Produktionsnetz erreichbar?
Access Control Lists
Kann der Broker unterschiedlichen Clients unterschiedliche Rechte auf einzelne Topics zuweisen, oder hat jeder authentifizierte Client Zugriff auf den gesamten Namespace?
Update-Verantwortung
Wer verantwortet Sicherheitsupdates der Broker-Software (HiveMQ, Mosquitto, EMQX) und wie ist das in den OT-Patch-Prozess eingebunden?
Protokollierung
Werden Verbindungsversuche, Authentifizierungsfehler und ungewöhnliche Nachrichtenmuster protokolliert und überwacht?
Diese Fragen sind kein Grund, MQTT/Sparkplug B zu meiden: Ein sauber segmentierter, überwachter Broker ist in vielen Fällen leichter abzusichern als eine gewachsene Landschaft aus Dutzenden Punkt-zu-Punkt-Verbindungen.
Orientierungswerte für die Einführung
Erfahrungswerte aus Sectorlens-Auswahlprojekten seit 2022, als solche gekennzeichnet. Keine Listenpreise.
| Baustein | Typischer Aufwand | Quelle |
|---|---|---|
| Broker-Auswahl und -Aufsetzung (TLS, Hochverfügbarkeit) | 1 bis 3 Wochen | Sectorlens-Erfahrungswert |
| Anbindung MQTT-fähige Maschine | 1 bis 3 Tage pro Maschine | Sectorlens-Erfahrungswert |
| Anbindung Altmaschine über Edge-Gateway | 3 bis 10 Tage pro Maschine | Sectorlens-Erfahrungswert |
| Festlegung werksweite Namespace-Konvention | 1 bis 2 Wochen, einmalig | Sectorlens-Erfahrungswert |
| Integration Birth/Death in MES-Verfügbarkeit | 1 bis 4 Wochen | Sectorlens-Erfahrungswert |
Zu Lizenzkosten einzelner Hersteller keine pauschalen Zahlen. Details unter Preise und Modelle.
MQTT und Sparkplug B,
siebzehn Antworten.
Was ist der Unterschied zwischen MQTT und Sparkplug B?
MQTT ist ein reines Transportprotokoll nach dem Publish/Subscribe-Prinzip, das Nachrichten zwischen einem Broker und Clients überträgt, aber kein Datenformat vorgibt. Sparkplug B setzt auf MQTT auf und definiert ein festes Payload-Schema, eine Topic-Namespace-Konvention und Session-State-Management über Birth- und Death-Zertifikate.
Was bedeuten Birth- und Death-Zertifikate bei Sparkplug B?
Ein Birth-Zertifikat (NBIRTH, DBIRTH) wird beim Verbindungsaufbau gesendet und enthält alle aktuellen Metriken. Ein Death-Zertifikat wird automatisch vom Broker veröffentlicht, sobald die Verbindung eines Geräts unerwartet abbricht. So wissen alle Systeme zuverlässig, ob ein Wert noch aktuell ist.
Ist Sparkplug B ein offizieller internationaler Standard?
Sparkplug wird seit Ende 2023 von der Eclipse Foundation als international standardisierte Spezifikation verwaltet, nachdem Version 3.0 im Oktober 2022 veröffentlicht wurde. Ursprünglich stammt die Spezifikation von Cirrus Link Solutions (2016).
Braucht jedes MES automatisch MQTT-Unterstützung?
Nein. Wer wenige, punktuell anzubindende Maschinen hat, kommt oft mit OPC UA oder direkten SPS-Treibern aus. MQTT/Sparkplug B zeigt seine Stärke bei vielen heterogenen Datenquellen und mehreren gleichzeitigen Konsumenten.
Was ist ein MQTT-Broker, und muss das Unternehmen selbst einen betreiben?
Ein MQTT-Broker ist die zentrale Vermittlungsinstanz, über die alle Publish- und Subscribe-Nachrichten laufen (z. B. HiveMQ, Eclipse Mosquitto, EMQX). Je nach MES-Anbieter wird ein Broker mitgeliefert oder muss separat betrieben werden.
Wie unterscheidet sich MQTT/Sparkplug B von OPC UA?
OPC UA arbeitet primär Client-Server-basiert mit einem umfangreichen Informationsmodell. MQTT/Sparkplug B basiert auf einem zentralen Broker im Publish/Subscribe-Modell. Beide werden häufig kombiniert eingesetzt. Details unter OPC UA für MES.
Was ist ein Unified Namespace, und wie hängt er mit Sparkplug B zusammen?
Ein Unified Namespace macht alle Betriebsdaten eines Werks über eine einheitliche Topic-Struktur an einem Broker verfügbar. Sparkplug B liefert mit seiner festen Namespace-Konvention die technische Grundlage. Mehr unter Unified Namespace im MES.
Können ältere Maschinen ohne MQTT-Unterstützung trotzdem angebunden werden?
Ja, über Edge-Gateways, die klassische Protokolle wie Modbus TCP, OPC DA oder proprietäre SPS-Schnittstellen in MQTT/Sparkplug B übersetzen. Der Aufwand ist höher, aber geringer als eine vollständige Steuerungsmodernisierung.
Was ist Report-by-Exception bei MQTT?
Report-by-Exception bedeutet, dass ein Gerät Daten nur bei tatsächlicher Änderung veröffentlicht, statt in festen Intervallen zu senden. Das reduziert Netzwerklast und Broker-Auslastung erheblich.
MQTT und Sparkplug B klären die Technik.
Unsicher, wie gut Ihre Shopfloor-Konnektivität für ein neues MES vorbereitet ist?
MES-Matching: welche Systemklasse passt
Herstellerneutrale Vorauswahl auf Basis Ihrer Angaben, die bestehende Konnektivität und Anlagenlandschaft berücksichtigt. Ohne Registrierung, ohne Kosten.
- Herstellerneutrale Vorauswahl
- Berücksichtigt Konnektivität
- Keine Registrierung
MES Selection Portal
Systematischer Vergleich mehrerer MES-Anbieter mit Einbindung technischer Anforderungen wie MQTT/Sparkplug-B-Unterstützung. Begleitung bis zur Entscheidung.
- Systematischer Anbietervergleich
- MQTT/Sparkplug-B-Kriterien
- Begleitung bis zur Entscheidung
Bewertung Ihrer Shopfloor-Konnektivität
Einordnung, ob Polling, OPC UA oder MQTT/Sparkplug B zu Ihrer Anlagenlandschaft passt, mit erster Einschätzung zum Aufwand für Alt-Maschinen-Anbindung.
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