Node-RED и възходът на индустриалната автоматизация с малко код

Защо Node-RED привлича все повече внимание в индустриалната автоматизация

В продължение на десетилетия индустриалната автоматизация разчиташе в голяма степен 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 разви в пълноценна 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 с функция „плъзгане и пускане“. Резултатът е по-бързо внедряване, опростена интеграция и по-малка зависимост от напреднали програмни умения.

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

Разработката с малко код намира приложение в производството

От стълбична логика към визуални работни процеси

Индустриалната автоматизация от години използва графично програмиране. Стълбичната логика на PLC, функционалните блокови диаграми и интерфейсите за обучение 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 процеси, които прехвърлят данни между PLC, HMI, бази данни, облачни платформи и корпоративни системи.

Тази възможност стана особено важна, тъй като производителите модернизират наследените системи за управление. Обектите, работещи със стара PLC инфраструктура, често комбинират Node-RED с платформи от Allen-Bradley или Mitsubishi Electric, за да опростят събирането на данни и свързването с облака, без да подменят 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 готови комуникационни възли и табла.

Интерфейсът, базиран на браузър, също улеснява внедряването. След инсталиране 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 растежа на Node-RED

Създаден за пренос и свързаност на данни

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, разпространени в индустриална среда, включително OPC UA, MQTT, Modbus TCP, HTTP и комуникация чрез WebSocket. Тази широка поддръжка на протоколи позволява на Node-RED да функционира като лек междинен слой между фабричните активи и облачните аналитични системи.

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

Периферни изчисления без тежка инфраструктура

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

Типичното внедряване поставя периферния сървър вътре в шкафa за управление. Устройството се свързва едновременно към машинната и корпоративната мрежа, като действа като защитен преводачески слой между OT и IT системите.

За предприятията, които модернизират по-старата си инфраструктура за автоматизация, този подход осигурява икономически ефективен път за модернизация. Инженерите могат да интегрират остарели PLC контролери, разпределени I/O системи и SCADA платформи без цялостно препроектиране 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, позволявайки 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 защитени корпуси, по-широк диапазон на работна температура и поддръжка на индустриално захранване.

След внедряването Node-RED може директно да взаимодейства с GPIO интерфейси, сензори, релета и модули за индустриални комуникации. Инженерите могат бързо да създават табла за машинен мониторинг, системи за наблюдение на околната среда или леки приложения за надзор.

Разширяване отвъд прототипирането

Това, което започна като инструмент за общността на създателите, вече се среща в комерсиалните платформи за автоматизация. Индустриалните доставчици все по-често интегрират Node-RED в собствени екосистеми за управление, отчитайки търсенето на гъвкави работни процеси с минимално количество код.

Някои производители вече комбинират Node-RED с продукти за индустриални комуникации и периферни шлюзове, за да улеснят преобразуването на протоколи. В разпределените проекти за автоматизация комуникационната инфраструктура от платформи като системи 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 периферен анализ 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 свързани помежду си възли. Всеки възел изпълнява конкретна задача, като филтриране на данни, промяна на полезния товар, 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 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 код и пълната гъвкавост на програмирането, когато е необходимо.

Огромна отворена екосистема

Друго основно предимство е отворената екосистема от общността. Налични са хиляди създадени от потребители възли за индустриални протоколи, облачни API, бази данни и аналитични платформи.

За разлика от много патентовани индустриални софтуерни пакети, Node-RED не изисква скъпи лицензи за изпълнение. Тази гъвкавост го прави привлекателен за пилотни проекти, системи за дистанционно наблюдение 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 детерминистично 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 все по-добра свързаност, прогнозен анализ и интеграция с облачни услуги, периферните платформи с малко 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 добре съответства на тази посока, тъй като намалява трудностите при разработката, като същевременно запазва гъвкавостта на 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, индустриални системи
Оливър Грант има над 14 години опит в отразяването на индустриалната автоматизация, IIoT инфраструктурата и технологиите за периферни изчисления. Професионалният му опит включва проекти за интеграция на автоматизация със системи за управление на процеси от Siemens, Rockwell Automation, Beckhoff Automation и Emerson в производствени и енергийни съоръжения.