Node-RED a vzestup nízkokódové průmyslové automatizace

Proč Node-RED získává pozornost v průmyslové automatizaci

Desítky let průmyslová automatizace silně spoléhala na specializované programovací jazyky a proprietární inženýrská prostředí. Dnes jsou však výrobci pod tlakem nasazovat propojené systémy rychleji a zároveň snižovat inženýrské náklady. Tento posun urychlil zájem o platformy pro vývoj s nízkým kódem, jako je Node-RED.

Původně vyvinutý jako nástroj pro programování řízený událostmi postavený na Node.js, Node-RED se vyvinul v seriózní platformu pro průmyslové edge aplikace. Inženýři jej nyní používají k propojení operační technologie (OT) a informační technologie (IT), zejména v nasazeních IIoT a chytrých továren.

Na rozdíl od tradičního vývoje softwaru umožňuje Node-RED inženýrům vizuálně sestavovat aplikace pomocí uzlů přetahovaných myší. Výsledkem je rychlejší nasazení, zjednodušená integrace a menší závislost na pokročilých programátorských dovednostech.

Obrázek 1. Node-RED se stal široce uznávanou platformou s nízkým kódem pro aplikace IIoT a průmyslového edge computingu.

Vývoj s nízkým kódem nachází uplatnění na výrobní lince

Od žebříčkové logiky k vizuálním pracovním postupům

Průmyslová automatizace již léta využívá grafické programování. PLC žebříčková logika, funkční blokové diagramy a rozhraní pro programování robotů všechny snižovaly složitost programování dlouho před tím, než se stal populárním termín „low-code“.

Node-RED rozšiřuje tuto filozofii do moderní datově orientované automatizace. Místo zaměření pouze na sekvenování 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, když výrobci modernizují starší řídicí systémy. Zařízení s starší infrastrukturou PLC často kombinují Node-RED s platformami od Allen-Bradley nebo Mitsubishi Electric, aby zjednodušili sběr dat a připojení k cloudu bez nutnosti nahrazovat stávající vybavení.

Jiný přístup k průmyslovému softwaru

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

Jeho rozhraní založené na prohlížeči také snižuje překážky nasazení. Po instalaci na IPC nebo edge server je inženýrské prostředí přístupné přes standardní webový prohlížeč bez potřeby specializovaného softwaru na pracovních stanicích.

Obrázek 2. Platformy pro vývoj s nízkým kódem snižují složitost softwaru a zároveň urychlují nasazení průmyslových aplikací.

Technické výhody za růstem Node-RED

Navrženo pro pohyb dat a konektivitu

Node-RED v jádru zpracovává a směruje data mezi zařízeními a softwarovými vrstvami. Přenášená data mohou zahrnovat číselné hodnoty, JSON struktury, Booleovské stavy nebo strojové události generované průmyslovými řadiči.

Platforma podporuje protokoly běžné v průmyslovém prostředí, včetně OPC UA, MQTT, Modbus TCP, HTTP a WebSocket komunikace. Tato široká podpora protokolů umožňuje Node-RED fungovat jako lehká middleware vrstva mezi továrními 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 těžké infrastruktury

Moderní IIoT architektury stále více spoléhají na edge computing ke snížení latence a minimalizaci provozu do cloudu. Node-RED do této strategie přirozeně zapadá, protože může zpracovávat data ze strojů lokálně a předávat dál jen kritické informace.

Typické nasazení umisťuje edge server do řídicí skříně. Zařízení je současně připojeno k síti stroje i podnikové síti a funguje jako bezpečná překladová vrstva mezi OT a IT systémy.

Pro zařízení modernizující starší automatizační infrastrukturu tento přístup nabízí nákladově efektivní cestu k modernizaci. Inženýři mohou integrovat starší PLC, distribuované I/O systémy a SCADA platformy bez nutnosti kompletního přepracování řízení.

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

Průmyslová edge zařízení pohánějí adopci

Proč je hardware Raspberry Pi důležitý

Jedním z hlavních důvodů popularity Node-RED je dostupnost hardwaru. Zařízení Raspberry Pi umožnila průmyslové experimentování za nízké náklady, což inženýrům umožnilo prototypovat IIoT aplikace bez nákladů na infrastrukturu na úrovni podniku.

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

Po nasazení může Node-RED přímo komunikovat s rozhraními GPIO, senzory, relé a průmyslovými komunikačními moduly. Inženýři mohou rychle vytvářet přehledy strojů, systémy monitorování prostředí nebo lehké dozorčí aplikace.

Rozšiřování za hranice prototypování

To, co začalo jako nástroj pro komunitu tvůrců, se nyní objevuje v komerčních automatizačních platformách. Průmysloví dodavatelé stále častěji integrují Node-RED do nativních řídicích ekosystémů, protože rozpoznávají poptávku po flexibilních low-code pracovních postupech.

Někteří výrobci nyní kombinují Node-RED s průmyslovými komunikačními produkty a edge bránami, aby zjednodušili překlad protokolů. V distribuovaných automatizačních projektech hraje komunikační infrastruktura z platforem, jako jsou průmyslové síťové systémy, důležitou roli při udržování spolehlivého toku dat mezi OT a IT.

Obrázek 4. Dashboardy Node-RED mohou kombinovat vizualizaci procesů, ovládání operátora a edge analytiku v jednom rozhraní založeném na prohlížeči.

Uvnitř pracovního prostředí Node-RED

Toky, uzly a zpracování událostí

Aplikace Node-RED se skládají z toků postavených z propojených uzlů. Každý uzel vykonává konkrétní úkol, jako je filtrování dat, úprava dat, zpoždění akcí nebo komunikace s externími zařízeními.

Data proudí aplikací zleva doprava. Inženýři mohou vizuálně sledovat logiku procesu bez nutnosti číst rozsáhlý zdrojový kód, což zlepšuje řešení problémů a spolupráci mezi inženýry řízení a IT týmy.

Platforma také podporuje JavaScriptové funkční uzly pro pokročilou customizaci. Tento hybridní přístup umožňuje inženýrům kombinovat jednoduchost nízkokódového řešení s plnou programovací flexibilitou, když je to potřeba.

Obrovský otevřený ekosystém

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

Na rozdíl od mnoha proprietárních průmyslových softwarových sad Node-RED nevyžaduje drahé licencování za běhu. Tato flexibilita jej činí atraktivním pro pilotní projekty, systémy vzdáleného monitorování a výrobce strojů vyvíjející škálovatelné architektury.

Obrázek 5. Dashboardy v prohlížeči vytvořené pomocí Node-RED mohou operátorům poskytnout lehkou HMI funkčnost a živá data ze strojů.

Kde Node-RED zapadá do budoucnosti automatizace

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

Node-RED však zaplňuje rostoucí mezeru mezi automatizačním hardwarem a podnikovým softwarem. Jak továrny vyžadují více konektivity, prediktivní analytiky a integrace s cloudem, platformy s nízkým kódem pro edge se stávají strategicky důležitými.

Nejúspěšnější výrobci v příštím desetiletí pravděpodobně zkombinují osvědřený řídicí hardware s flexibilními softwarovými vrstvami, které se rychle přizpůsobí provozním požadavkům. Node-RED dobře zapadá do tohoto směru, protože snižuje tření při vývoji a zároveň zachovává flexibilitu integrace.

Jeho skutečná hodnota nespočívá v nahrazení inženýrů. Místo toho zvyšuje produktivitu inženýrů tím, že umožňuje automatizačním týmům soustředit se na funkčnost systému místo na opakující se úkoly spojené se softwarovou infrastrukturou.

Oliver Grant — seniorní reportér pro průmyslové systémy
Oliver Grant má více než 14 let zkušeností s průmyslovou automatizací, infrastrukturou IIoT a technologiemi edge computingu. Jeho zkušenosti zahrnují projekty integrace automatizace s využitím systémů Siemens, Rockwell Automation, Beckhoff Automation a Emerson pro řízení procesů v průmyslových a energetických zařízeních.