Node-RED a vzestup low-code průmyslové automatizace

Proč Node-RED získává pozornost v průmyslové automatizaci

Po desetiletí se průmyslová automatizace silně opírala o specializované programovací jazyky a proprietární inženýrská prostředí. Dnes jsou však výrobci pod tlakem, aby rychleji nasazovali propojené systémy a současně snižovali režii související s vývojem. Tento posun urychlil zájem o vývojové platformy s nízkým podílem kódu, jako je Node-RED.

Node-RED, původně vyvinutý jako nástroj pro programování řízené událostmi postavený na Node.js, se vyvinul v plnohodnotnou platformu pro průmyslové edge aplikace. Inženýři jej nyní používají k propojení provozních technologií (OT) a informačních technologií (IT), zejména při nasazování IIoT a chytrých továren.

Na rozdíl od tradičního vývoje softwaru umožňuje Node-RED inženýrům vizuálně sestavovat aplikace pomocí uzlů typu přetáhni a pusť. Výsledkem je rychlejší nasazení, jednodušší integrace a menší závislost na pokročilých programátorských znalostech.

Obrázek 1. Node-RED se stal široce uznávanou platformou s nízkým podílem kódu pro aplikace IIoT a průmyslových edge computingových řešení.

Vývoj s nízkým podílem kódu nachází uplatnění ve výrobních provozech

Od žebříčkové logiky k vizuálním pracovním postupům

Průmyslová automatizace již léta využívá grafické programování. Žebříčková logika PLC, funkční bloková schémata a rozhraní pro učení robotů snižovaly složitost programování dávno předtím, než se pojem „low-code“ stal populárním.

Node-RED rozšiřuje tuto filozofii do moderní automatizace zaměřené na data. Namísto zaměření pouze na posloupnost operací strojů mohou inženýři nyní vytvářet pracovní postupy, které přenášejí data mezi PLC, HMI, databázemi, cloudovými platformami a podnikovými systémy.

Tato schopnost se stala obzvláště důležitou s tím, jak výrobci modernizují starší řídicí systémy. Provozy využívající starší infrastrukturu PLC často kombinují Node-RED s platformami od Allen-Bradley nebo Mitsubishi Electric, aby zjednodušily sběr dat a připojení ke cloudu bez nutnosti nahrazovat stávající zařízení.

Odlišný přístup k průmyslovému softwaru

Tradiční vývoj průmyslového softwaru může vyžadovat týdny programování, testování a ladění. Node-RED tento proces výrazně mění. Inženýři mohou pomocí předpřipravených komunikačních uzlů a dashboardů nasadit funkční aplikace během několika hodin.

Jeho rozhraní založené na prohlížeči také snižuje překážky při nasazování. Po instalaci na IPC nebo edge server se inženýrské prostředí zpřístupní prostřednictvím standardního webového prohlížeče bez potřeby specializovaného softwaru pro pracovní stanice.

Obrázek 2. Vývojové platformy s nízkým podílem kódu snižují složitost softwaru a zároveň urychlují nasazování průmyslových aplikací.

Technické výhody stojící za růstem Node-RED

Vytvořeno pro přesun dat a konektivitu

Node-RED ve své podstatě zpracovává a směruje data mezi zařízeními a softwarovými vrstvami. Datové náklady mohou zahrnovat číselné hodnoty, struktury JSON, booleovské stavy nebo události strojů generované průmyslovými řídicími jednotkami.

Platforma podporuje protokoly běžně používané v průmyslovém prostředí, včetně komunikace OPC UA, MQTT, Modbus TCP, HTTP a WebSocket. Díky této široké podpoře protokolů může Node-RED fungovat jako odlehčená middleware vrstva mezi výrobními zařízeními a cloudovými analytickými systémy.

Protože platforma běží na Node.js, může fungovat na kompaktních hardwarových platformách od zařízení Raspberry Pi přes průmyslové IPC až po virtuální servery.

Edge computing bez rozsáhlé infrastruktury

Moderní architektury IIoT se stále více spoléhají na edge computing, který snižuje latenci a omezuje provoz v cloudu. Node-RED do této strategie přirozeně zapadá, protože může zpracovávat data ze strojů lokálně a předávat dál pouze kritické informace.

Typické nasazení umisťuje edge server do řídicího rozvaděče. Zařízení se současně připojuje k síti strojů a podnikové síti a funguje jako zabezpečená překladová vrstva mezi systémy OT a IT.

Pro provozy modernizující starší automatizační infrastrukturu představuje tento přístup nákladově efektivní cestu modernizace. Inženýři mohou integrovat starší PLC, distribuované systémy I/O a platformy SCADA bez kompletního přepracování řídicího systému.

Obrázek 3. Kompaktní průmyslové počítače stále častěji slouží jako edge brány pro aplikace Node-RED v propojených továrnách.

Průmyslová edge zařízení podporují rozšíření

Proč je hardware Raspberry Pi důležitý

Jedním z hlavních důvodů popularity Node-RED je dostupnost hardwaru. Zařízení Raspberry Pi zlevnila průmyslové experimentování a umožnila inženýrům prototypovat aplikace IIoT bez nákladů na infrastrukturu podnikové úrovně.

Průmysloví dodavatelé později tento koncept rozšířili zavedením IPC kompatibilních s montáží na lištu DIN, s odolnými kryty, širším rozsahem provozních teplot a podporou průmyslového napájení.

Po nasazení může Node-RED přímo komunikovat s rozhraními GPIO, senzory, relé a moduly průmyslové komunikace. Inženýři mohou rychle vytvářet přehledové panely strojů, systémy monitorování prostředí nebo jednoduché dohledové aplikace.

Rozšíření nad rámec prototypování

To, co začalo jako nástroj komunity tvůrců, se nyní objevuje v komerčních automatizačních platformách. Průmysloví dodavatelé stále častěji integrují Node-RED do nativních řídicích ekosystémů a reagují tak na poptávku po flexibilních pracovních postupech s minimem programování.

Někteří výrobci nyní kombinují Node-RED s produkty pro průmyslovou komunikaci a edge branami, aby zjednodušili převod protokolů. V distribuovaných automatizačních projektech hraje komunikační infrastruktura z platforem, jako jsou systémy průmyslových sítí, důležitou roli při udržování spolehlivého toku dat mezi OT a IT.

Obrázek 4. Dashboardy Node-RED mohou v jediném rozhraní založeném na prohlížeči kombinovat vizualizaci procesů, ovládací prvky pro operátory a edge analytiku.

Uvnitř prostředí pracovních postupů Node-RED

Toky, uzly a zpracování událostí

Aplikace Node-RED se skládají z toků vytvořených z propojených uzlů. Každý uzel provádí konkrétní úkol, například filtruje data, upravuje datové části, odkládá akce nebo komunikuje s externími zařízeními.

Data proudí aplikací zleva doprava. Technici mohou vizuálně sledovat logiku procesu, aniž by museli číst rozsáhlý zdrojový kód, což zlepšuje řešení problémů a spolupráci mezi odborníky na řízení a IT týmy.

Platforma podporuje také funkční uzly JavaScriptu pro pokročilé úpravy. Tento hybridní přístup umožňuje technikům kombinovat jednoduchost low-code řešení s plnou flexibilitou programování, kdykoli je to potřeba.

Rozsáhlý otevřený ekosystém

Další významnou výhodou je otevřený komunitní ekosystém. K dispozici jsou tisíce uzlů vytvořených komunitou pro průmyslové protokoly, cloudová API, databáze a analytické platformy.

Na rozdíl od mnoha proprietárních průmyslových softwarových sad se Node-RED vyhýbá nákladnému licencování za běh. Díky této flexibilitě je atraktivní pro pilotní projekty, systémy vzdáleného monitorování a výrobce strojů vyvíjející škálovatelné architektury.

Obrázek 5. Prohlížečové dashboardy vytvořené v Node-RED mohou operátorům poskytovat odlehčené funkce HMI a živá data ze strojů.

Kde Node-RED zapadá do budoucnosti automatizace

Node-RED nenahradí programovací prostředí PLC pro deterministické řízení strojů. Systémy pohybu v reálném čase, bezpečnostní aplikace a vysokorychlostní řízení procesů stále vyžadují tradiční průmyslové řídicí jednotky.

Node-RED však zaplňuje stále větší mezeru mezi automatizačním hardwarem a podnikovým softwarem. S tím, jak továrny vyžadují lepší konektivitu, prediktivní analytiku a integraci s cloudem, získávají low-code edge platformy strategický význam.

Nejúspěšnější výrobci v příštím desetiletí pravděpodobně zkombinují osvědčený řídicí hardware s flexibilními softwarovými vrstvami, které se dokážou rychle přizpůsobit provozním požadavkům. Node-RED tomuto směřování dobře odpovídá, protože snižuje překážky při vývoji a zároveň zachovává flexibilitu integrace.

Jeho skutečná hodnota nespočívá v nahrazení inženýrů. Místo toho zvyšuje produktivitu techniků tím, že automatizačním týmům umožňuje soustředit se na funkčnost systémů namísto opakujících se úkolů spojených se softwarovou infrastrukturou.

Oliver Grant — reportér pro průmyslové systémy
Oliver Grant má více než 14 let zkušeností s průmyslovou automatizací, infrastrukturou IIoT a technologiemi edge computingu. Jeho praxe zahrnuje projekty integrace automatizace se systémy řízení procesů Siemens, Rockwell Automation, Beckhoff Automation a Emerson v průmyslových a energetických provozech.