Node-RED وصعود الأتمتة الصناعية منخفضة الكود

لماذا يكتسب Node-RED اهتمامًا في الأتمتة الصناعية

لعقود، اعتمدت الأتمتة الصناعية بشكل كبير على لغات برمجة متخصصة وبيئات هندسية مملوكة. اليوم، مع ذلك، يواجه المصنعون ضغوطًا لنشر أنظمة متصلة بسرعة مع تقليل العبء الهندسي. هذا التحول سرّع الاهتمام بمنصات التطوير منخفضة الكود مثل Node-RED.

تم تطويره في الأصل كأداة برمجة مدفوعة بالأحداث مبنية على Node.js، تطور Node-RED إلى منصة تطبيقات حافة صناعية جدية. يستخدمه المهندسون الآن لربط تكنولوجيا العمليات (OT) وتكنولوجيا المعلومات (IT)، خاصة في نشرات IIoT والمصانع الذكية.

على عكس تطوير البرمجيات التقليدي، يسمح Node-RED للمهندسين بتجميع التطبيقات بصريًا باستخدام عقد السحب والإفلات. النتيجة هي نشر أسرع، وتكامل مبسط، وتقليل الاعتماد على خبرة برمجية متقدمة.

الشكل 1. أصبح Node-RED منصة منخفضة الكود معروفة على نطاق واسع لتطبيقات IIoT وحوسبة الحافة الصناعية.

يجد التطوير منخفض الكود مكانًا في أرض المصنع

من منطق السلم إلى تدفقات العمل المرئية

احتضنت الأتمتة الصناعية البرمجة الرسومية لسنوات. منطق السلم في PLC، ومخططات كتل الوظائف، وواجهات تعليم الروبوت كلها خففت من تعقيد البرمجة قبل أن يصبح مصطلح "منخفض الكود" شائعًا.

يمتد Node-RED بهذه الفلسفة إلى الأتمتة الحديثة المعتمدة على البيانات. بدلاً من التركيز فقط على تسلسل الآلات، يمكن للمهندسين الآن إنشاء تدفقات عمل تنقل البيانات بين PLCs و HMIs وقواعد البيانات ومنصات السحابة وأنظمة المؤسسات.

أصبحت هذه القدرة مهمة بشكل خاص مع تحديث المصنعين لأنظمة التحكم القديمة. غالبًا ما تجمع المنشآت التي تستخدم بنية PLC القديمة بين Node-RED ومنصات من Allen-Bradley أو Mitsubishi Electric لتبسيط جمع البيانات والاتصال السحابي دون استبدال المعدات الحالية.

نهج مختلف للبرمجيات الصناعية

يمكن أن يتطلب تطوير البرمجيات الصناعية التقليدي أسابيع من الترميز والاختبار وتصحيح الأخطاء. يغير Node-RED هذه العملية بشكل كبير. يمكن للمهندسين نشر تطبيقات وظيفية خلال ساعات باستخدام عقد اتصال ولوحات تحكم مُعدة مسبقًا.

تخفض واجهته المعتمدة على المتصفح أيضًا حواجز النشر. بمجرد تثبيته على جهاز IPC أو خادم الحافة، يصبح بيئة الهندسة متاحة من خلال متصفح ويب قياسي دون الحاجة إلى برنامج محطة عمل مخصص.

الشكل 2. تقلل منصات التطوير منخفضة الكود من تعقيد البرمجيات مع تسريع نشر التطبيقات الصناعية.

المزايا التقنية وراء نمو Node-RED

مصمم لنقل البيانات والاتصال

في جوهرها، يعالج Node-RED ويوجه البيانات بين الأجهزة وطبقات البرمجيات. يمكن أن تشمل الحمولة القيم الرقمية، وهياكل JSON، والحالات المنطقية، أو أحداث الآلة التي تولدها وحدات التحكم الصناعية.

تدعم المنصة البروتوكولات الشائعة في البيئات الصناعية، بما في ذلك OPC UA و MQTT و Modbus TCP و HTTP و WebSocket. يتيح هذا الدعم الواسع للبروتوكولات لـ Node-RED العمل كطبقة وسيطة خفيفة الوزن بين أصول المصنع وأنظمة تحليلات السحابة.

نظرًا لأن المنصة تعمل على Node.js، يمكن تشغيلها على منصات أجهزة مدمجة تتراوح من أجهزة Raspberry Pi إلى حواسيب IPC الصناعية والخوادم الافتراضية.

الحوسبة على الحافة بدون بنية تحتية ثقيلة

تعتمد بنى IIoT الحديثة بشكل متزايد على الحوسبة على الحافة لتقليل الكمون وتقليل حركة المرور السحابية. يتناسب Node-RED بشكل طبيعي مع هذه الاستراتيجية لأنه يمكنه معالجة بيانات الآلة محليًا قبل إرسال المعلومات الحرجة فقط إلى الأعلى.

عادةً ما يتم وضع خادم الحافة داخل خزانة التحكم. يتصل الجهاز في نفس الوقت بشبكة الآلة وشبكة المؤسسة، ليعمل كطبقة ترجمة آمنة بين أنظمة OT و IT.

بالنسبة للمرافق التي تقوم بترقية بنية الأتمتة القديمة، يوفر هذا النهج مسار تحديث فعال من حيث التكلفة. يمكن للمهندسين دمج PLCs القديمة، وأنظمة الإدخال/الإخراج الموزعة، ومنصات SCADA دون إعادة تصميم كاملة للتحكم.

الشكل 3. تخدم الحواسيب الصناعية المدمجة بشكل متزايد كبوابات حافة لتطبيقات Node-RED في المصانع المتصلة.

أجهزة الحافة الصناعية تدفع الاعتماد

لماذا تهم أجهزة Raspberry Pi

أحد الأسباب الرئيسية لشعبية Node-RED هو سهولة الوصول إلى الأجهزة. جعلت أجهزة Raspberry Pi التجارب الصناعية غير مكلفة، مما سمح للمهندسين بنمذجة تطبيقات IIoT دون تكاليف بنية تحتية على مستوى المؤسسات.

قام الموردون الصناعيون لاحقًا بتوسيع المفهوم من خلال تقديم حواسيب IPC متوافقة مع سكة DIN مع حاويات مقواة، ونطاقات تشغيل أوسع، ودعم طاقة صناعية.

بمجرد نشره، يمكن لـ Node-RED التفاعل مباشرة مع واجهات GPIO وأجهزة الاستشعار والمرحلات ووحدات الاتصال الصناعية. يمكن للمهندسين إنشاء لوحات تحكم للآلات، وأنظمة مراقبة بيئية، أو تطبيقات إشرافية خفيفة بسرعة.

التوسع إلى ما بعد النماذج الأولية

ما بدأ كأداة لمجتمع الصانعين أصبح الآن جزءًا من منصات الأتمتة التجارية. يدمج البائعون الصناعيون Node-RED بشكل متزايد في أنظمة التحكم الأصلية، معترفين بالطلب على تدفقات عمل مرنة منخفضة الكود.

يقوم بعض المصنعين الآن بدمج Node-RED مع منتجات الاتصالات الصناعية وبوابات الحافة لتبسيط ترجمة البروتوكولات. في مشاريع الأتمتة الموزعة، تلعب بنية الاتصالات من منصات مثل أنظمة الشبكات الصناعية دورًا مهمًا في الحفاظ على تدفق بيانات موثوق بين OT و IT.

الشكل 4. يمكن للوحات تحكم Node-RED دمج تصور العمليات، ضوابط المشغل، وتحليلات الحافة داخل واجهة واحدة مستندة إلى المتصفح.

داخل بيئة سير عمل Node-RED

التدفقات، العقد، ومعالجة الأحداث

تتكون تطبيقات Node-RED من تدفقات مبنية من عقد مترابطة. تقوم كل عقدة بمهمة محددة مثل تصفية البيانات، تعديل الحمولة، تأخير الإجراءات، أو التواصل مع الأجهزة الخارجية.

تتدفق البيانات من اليسار إلى اليمين عبر التطبيق. يمكن للمهندسين متابعة منطق العملية بصريًا دون قراءة كود المصدر المكثف، مما يحسن من استكشاف الأخطاء والتعاون بين مهندسي التحكم وفرق تكنولوجيا المعلومات.

تدعم المنصة أيضًا عقد دوال جافا سكريبت للتخصيص المتقدم. يسمح هذا النهج الهجين للمهندسين بدمج بساطة الكود المنخفض مع مرونة البرمجة الكاملة عند الحاجة.

نظام بيئي مفتوح ضخم

ميزة رئيسية أخرى هي نظام المجتمع المفتوح. هناك آلاف العقد المساهمة المتاحة لبروتوكولات الصناعة، وواجهات برمجة التطبيقات السحابية، وقواعد البيانات، ومنصات التحليلات.

على عكس العديد من مجموعات البرمجيات الصناعية المملوكة، يتجنب Node-RED تراخيص التشغيل المكلفة. تجعل هذه المرونة منه خيارًا جذابًا للمشاريع التجريبية، وأنظمة المراقبة عن بُعد، وبناة الآلات الذين يطورون هياكل قابلة للتوسع.

الشكل 5. يمكن للوحة التحكم المستندة إلى المتصفح التي تم إنشاؤها باستخدام Node-RED أن توفر للمشغلين وظائف HMI خفيفة وبيانات حية للآلات.

مكانة Node-RED في مستقبل الأتمتة

لن يحل Node-RED محل بيئات برمجة PLC للتحكم الحتمي في الآلات. لا تزال أنظمة الحركة في الوقت الحقيقي، وتطبيقات السلامة، والتحكم عالي السرعة في العمليات تتطلب وحدات تحكم صناعية تقليدية.

ومع ذلك، يملأ Node-RED فجوة متزايدة بين أجهزة الأتمتة والبرمجيات المؤسسية. مع زيادة طلب المصانع على الاتصال، والتحليلات التنبؤية، والتكامل السحابي، أصبحت منصات الحوسبة الطرفية منخفضة الكود ذات أهمية استراتيجية.

من المرجح أن يجمع المصنعون الأكثر نجاحًا خلال العقد القادم بين أجهزة التحكم المثبتة وطبقات برمجية مرنة قادرة على التكيف بسرعة مع متطلبات التشغيل. يتماشى Node-RED جيدًا مع هذا الاتجاه لأنه يقلل من الاحتكاك في التطوير مع الحفاظ على مرونة التكامل.

القيمة الحقيقية له ليست في استبدال المهندسين، بل في تعزيز إنتاجية الهندسة من خلال السماح لفرق الأتمتة بالتركيز على وظائف النظام بدلاً من المهام المتكررة في بنية البرمجيات.

أوليفر جرانت — مراسل أول للأنظمة الصناعية
يتمتع أوليفر جرانت بخبرة تزيد عن 14 عامًا في تغطية أتمتة الصناعة، وبنية IIoT التحتية، وتقنيات الحوسبة الطرفية. تشمل خلفيته مشاريع تكامل الأتمتة التي تتضمن أنظمة سيمنس، وروكويل أوتوميشن، وبيكهوف أوتوميشن، وأنظمة التحكم في العمليات من إيمرسون عبر مرافق التصنيع والطاقة.