Защо Node-RED привлича все повече внимание в индустриалната автоматизация

В продължение на десетилетия индустриалната автоматизация разчиташе основно на специализирани програмни езици и патентовани инженерни среди. Днес обаче производителите са под натиск да внедряват свързани системи по-бързо, като същевременно намаляват инженерните разходи. Тази промяна ускори интереса към платформи за разработка с малко код като Node-RED.

Първоначално разработен като инструмент за програмиране, управляван от събития и изграден върху Node.js, Node-RED се превърна в сериозна платформа за индустриални edge приложения. Днес инженерите го използват за свързване на оперативните технологии (OT) с информационните технологии (IT), особено при внедряването на IIoT и интелигентни фабрики.

За разлика от традиционната разработка на софтуер, Node-RED позволява на инженерите визуално да изграждат приложения чрез възли, които се плъзгат и пускат. Резултатът е по-бързо внедряване, опростена интеграция и по-малка зависимост от задълбочени програмни умения.

Фигура 1. Node-RED се превърна в широко разпознаваема платформа с малко код за приложения в IIoT и индустриалните edge изчисления.

Разработката с малко код намира място в производството

От стълбцова логика към визуални работни потоци

Индустриалната автоматизация от години използва графично програмиране. Стълбцовата логика на PLC, функционалните блокови диаграми и интерфейсите за програмиране на роботи намалиха сложността на програмирането много преди терминът „low-code“ да стане популярен.

Node-RED пренася тази философия в съвременната автоматизация, ориентирана към данните. Вместо да се фокусират само върху последователността на машинните операции, инженерите вече могат да създават работни потоци, които прехвърлят данни между PLC, HMI, бази данни, облачни платформи и корпоративни системи.

Тази възможност стана особено важна, тъй като производителите модернизират остарелите системи за управление. Обектите, които използват по-стара PLC инфраструктура, често комбинират Node-RED с платформи от Allen-Bradley или Mitsubishi Electric, за да опростят събирането на данни и свързването с облачни услуги, без да заменят съществуващото оборудване.

Различен подход към индустриалния софтуер

Традиционната разработка на индустриален софтуер може да изисква седмици кодиране, тестване и отстраняване на грешки. Node-RED променя този процес значително. Инженерите могат да внедряват функционални приложения в рамките на часове, като използват предварително създадени комуникационни възли и табла за управление.

Базираният на браузър интерфейс също улеснява внедряването. След като бъде инсталирана на IPC или edge сървър, инженерната среда става достъпна чрез стандартен уеб браузър, без да е необходим специализиран софтуер за работна станция.

Фигура 2. Платформите за разработка с малко код намаляват сложността на софтуера, като същевременно ускоряват внедряването на индустриални приложения.

Техническите предимства зад развитието на Node-RED

Създаден за пренос на данни и свързаност

В основата си Node-RED обработва и маршрутизира данни между устройства и софтуерни слоеве. Полезните данни могат да включват числови стойности, JSON структури, булеви състояния или машинни събития, генерирани от индустриални контролери.

Платформата поддържа протоколи, които често се използват в индустриална среда, включително OPC UA, MQTT, Modbus TCP, HTTP и WebSocket комуникация. Тази широка поддръжка на протоколи позволява на Node-RED да функционира като олекотен междинен слой между фабричните активи и облачните системи за анализ.

Тъй като платформата работи върху Node.js, тя може да функционира на компактни хардуерни платформи — от устройства Raspberry Pi до индустриални IPC системи и виртуални сървъри.

Периферни изчисления без тежка инфраструктура

Съвременните IIoT архитектури все повече разчитат на периферни изчисления за намаляване на латентността и ограничаване на трафика към облака. Node-RED естествено се вписва в тази стратегия, тъй като може да обработва данните от машините локално, преди да препрати само критичната информация нагоре по веригата.

При типично внедряване периферният сървър се поставя в шкафа за управление. Устройството се свързва едновременно към мрежата на машината и корпоративната мрежа, като действа като защитен слой за преобразуване между OT и IT системите.

За обектите, които модернизират по-старата си инфраструктура за автоматизация, този подход предлага икономичен път към модернизация. Инженерите могат да интегрират стари PLC системи, разпределени I/O системи и SCADA платформи, без цялостно преработване на системите за управление.

Фигура 3. Компактните индустриални компютри все по-често служат като периферни шлюзове за приложения на Node-RED в свързани фабрики.

Индустриалните периферни устройства стимулират внедряването

Защо хардуерът Raspberry Pi е важен

Една от основните причини за популярността на Node-RED е достъпността на хардуера. Устройствата Raspberry Pi направиха индустриалните експерименти евтини, като позволиха на инженерите да създават прототипи на IIoT приложения без разходите за инфраструктура от корпоративен мащаб.

По-късно индустриалните доставчици разшириха концепцията, като представиха IPC устройства, съвместими с DIN шина, със здрави корпуси, по-широк диапазон на работните температури и поддръжка на индустриално захранване.

След внедряване Node-RED може да взаимодейства директно с GPIO интерфейси, сензори, релета и модули за индустриална комуникация. Инженерите могат бързо да създават табла за машини, системи за мониторинг на околната среда или олекотени приложения за надзор.

Разширяване отвъд прототипирането

Това, което започна като инструмент за общността на създателите, вече се среща в комерсиални платформи за автоматизация. Индустриалните доставчици все по-често интегрират Node-RED в собствените си екосистеми за управление, отчитайки търсенето на гъвкави работни процеси с малко или никакъв код.

Някои производители вече комбинират Node-RED с продукти за индустриална комуникация и периферни шлюзове, за да опростят преобразуването на протоколи. В разпределените проекти за автоматизация комуникационната инфраструктура от платформи като системите за индустриална мрежова свързаност играе важна роля за поддържането на надежден поток от данни между OT и IT.

Фигура 4. Таблата на Node-RED могат да съчетават визуализация на процеси, операторски контроли и периферна аналитика в един-единствен интерфейс, базиран на браузър.

Вътре в средата за работни процеси на Node-RED

Потоци, възли и обработка на събития

Приложенията на Node-RED се състоят от потоци, изградени от взаимосвързани възли. Всеки възел изпълнява конкретна задача, като филтриране на данни, промяна на полезни данни, забавяне на действия или комуникация с външни устройства.

Данните преминават отляво надясно през приложението. Инженерите могат визуално да проследяват логиката на процесите, без да четат обширен изходен код, което подобрява отстраняването на неизправности и сътрудничеството между инженерите по системи за управление и ИТ екипите.

Платформата поддържа и JavaScript функционални възли за разширена персонализация. Този хибриден подход позволява на инженерите да съчетават простотата на разработката с малко или никакъв код с пълна гъвкавост при програмиране, когато е необходимо.

Масивна отворена екосистема

Друго съществено предимство е отворената екосистема, изградена от общността. Налични са хиляди разработени от общността възли за индустриални протоколи, облачни API, бази данни и аналитични платформи.

За разлика от много собствени индустриални софтуерни пакети, Node-RED не изисква скъпи лицензи за изпълнение. Тази гъвкавост го прави привлекателен за пилотни проекти, системи за дистанционен мониторинг и производители на машини, разработващи мащабируеми архитектури.

Фигура 5. Браузърните табла, създадени с Node-RED, могат да предоставят на операторите базова HMI функционалност и данни от машините в реално време.

Мястото на Node-RED в бъдещето на автоматизацията

Node-RED няма да замени средите за програмиране на PLC за детерминирано управление на машини. Системите за управление на движения в реално време, приложенията за безопасност и високоскоростното управление на процеси все още изискват традиционни индустриални контролери.

Node-RED обаче запълва нарастващата празнина между хардуера за автоматизация и корпоративния софтуер. Тъй като фабриките се нуждаят от по-добра свързаност, прогнозна аналитика и интеграция с облачни услуги, периферните платформи с малко или никакъв код придобиват стратегическо значение.

Най-успешните производители през следващото десетилетие вероятно ще съчетават доказан хардуер за управление с гъвкави софтуерни слоеве, способни бързо да се адаптират към оперативните изисквания. Node-RED се вписва добре в тази посока, защото намалява затрудненията при разработката, като същевременно запазва гъвкавостта при интеграцията.

Истинската му стойност не е в заместването на инженерите. Вместо това той повишава производителността на инженерните екипи, като позволява на екипите по автоматизация да се съсредоточат върху функционалността на системите, а не върху повтарящи се задачи по софтуерната инфраструктура.

Оливър Грант — старши репортер, отразяващ индустриалните системи
Оливър Грант има повече от 14 години опит в отразяването на индустриалната автоматизация, IIoT инфраструктурата и технологиите за периферни изчисления. Професионалният му опит включва проекти за интеграция на системи за автоматизация със системи за управление на процеси на Siemens, Rockwell Automation, Beckhoff Automation и Emerson в производствени и енергийни обекти.