A Node-RED és a low-code ipari automatizálás térnyerése
A Node-RED átalakítja az ipari automatizálást azáltal, hogy a low-code fejlesztést a peremhálózati számítástechnikába, az IIoT-ba és a gépkapcsolatokba is elhozza. A Raspberry Pi-alapú peremhálózat...
Miért kap egyre nagyobb figyelmet a Node-RED az ipari automatizálásban
Az ipari automatizálás évtizedeken át nagymértékben támaszkodott speciális programozási nyelvekre és védett mérnöki környezetekre. A gyártókra azonban ma nyomás nehezedik, hogy gyorsabban vezessenek be összekapcsolt rendszereket, miközben csökkentik a mérnöki ráfordítást. Ez a változás felgyorsította az olyan alacsony kódolásigényű fejlesztési platformok iránti érdeklődést, mint a Node-RED.
A Node.js-re épülő, eredetileg eseményvezérelt programozási eszközként kifejlesztett Node-RED komoly ipari peremalkalmazás-platformmá fejlődött. A mérnökök ma már az operatív technológia (OT) és az információtechnológia (IT) összekapcsolására használják, különösen IIoT- és intelligensgyár-bevezetéseknél.
A hagyományos szoftverfejlesztéstől eltérően a Node-RED lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy fogd és vidd csomópontokkal vizuálisan állítsanak össze alkalmazásokat. Az eredmény gyorsabb bevezetés, egyszerűbb integráció és kisebb függés a fejlett programozási szakértelemtől.
1. ábra. A Node-RED széles körben elismert alacsony kódolásigényű platformmá vált az IIoT- és ipari peremszámítástechnikai alkalmazások számára.
Az alacsony kódolásigényű fejlesztés megtalálja a helyét a gyártóüzemekben
A létradiagramoktól a vizuális munkafolyamatokig
Az ipari automatizálás évek óta alkalmaz grafikus programozást. A PLC-létradiagramok, a funkcióblokk-diagramok és a robotok betanítási felületei már jóval az „alacsony kódolásigényű” kifejezés elterjedése előtt csökkentették a programozás összetettségét.
A Node-RED ezt a szemléletet kiterjeszti a modern, adatközpontú automatizálásra. A kizárólag a gépszekvenciákra való összpontosítás helyett a mérnökök most olyan munkafolyamatokat hozhatnak létre, amelyek adatokat továbbítanak PLC-k, HMI-k, adatbázisok, felhőplatformok és vállalati rendszerek között.
Ez a képesség különösen fontossá vált, ahogy a gyártók modernizálják örökölt vezérlőrendszereiket. A régebbi PLC-infrastruktúrát működtető üzemek gyakran a Node-RED-et az Allen-Bradley vagy a Mitsubishi Electric platformjaival kombinálják, hogy egyszerűsítsék az adatgyűjtést és a felhőkapcsolatot a meglévő berendezések cseréje nélkül.
Az ipari szoftverek eltérő megközelítése
A hagyományos ipari szoftverfejlesztés hetekig tartó kódolást, tesztelést és hibakeresést igényelhet. A Node-RED drámaian megváltoztatja ezt a folyamatot. A mérnökök előre elkészített kommunikációs csomópontok és irányítópultok használatával órákon belül működőképes alkalmazásokat telepíthetnek.
Böngészőalapú felülete a bevezetés akadályait is csökkenti. Az IPC-re vagy peremszerverre telepítve a mérnöki környezet hagyományos webböngészőn keresztül, külön munkaállomási szoftver nélkül is elérhetővé válik.
2. ábra. Az alacsony kódolásigényű fejlesztési platformok csökkentik a szoftverek összetettségét, miközben felgyorsítják az ipari alkalmazások bevezetését.
A Node-RED növekedése mögött álló műszaki előnyök
Adatmozgatásra és csatlakoztathatóságra tervezve
A Node-RED alapvetően eszközök és szoftverrétegek között dolgozza fel és továbbítja az adatokat. A hasznos adatok numerikus értékeket, JSON-struktúrákat, logikai állapotokat vagy ipari vezérlők által generált gépi eseményeket tartalmazhatnak.
A platform támogatja az ipari környezetekben gyakran használt protokollokat, köztük az OPC UA-t, az MQTT-t, a Modbus TCP-t, a HTTP-t és a WebSocket-kommunikációt. Ez a széles körű protokolltámogatás lehetővé teszi, hogy a Node-RED könnyű köztesrétegként működjön a gyári eszközök és a felhőalapú analitikai rendszerek között.
Mivel a platform Node.js-en fut, a Raspberry Pi-eszközöktől az ipari IPC-ken át a virtuális szerverekig számos kompakt hardverplatformon működhet.
Edge computing nagy infrastruktúraigény nélkül
A modern IIoT-architektúrák egyre inkább az edge computingra támaszkodnak a késleltetés csökkentése és a felhőforgalom mérséklése érdekében. A Node-RED természetesen illeszkedik ehhez a stratégiához, mivel helyben képes feldolgozni a gépadatokat, és csak a kritikus információkat továbbítja a felhő felé.
Egy tipikus telepítés során az edge-szerver a vezérlőszekrényben kap helyet. Az eszköz egyidejűleg csatlakozik a géphálózathoz és a vállalati hálózathoz, így biztonságos fordítási rétegként működik az OT- és IT-rendszerek között.
A régebbi automatizálási infrastruktúrájukat korszerűsítő üzemek számára ez a megközelítés költséghatékony modernizációs utat kínál. A mérnökök teljes vezérlőrendszer-újratervezés nélkül integrálhatják a régi PLC-ket, az elosztott I/O-rendszereket és a SCADA-platformokat.
3. ábra. A kompakt ipari számítógépek egyre gyakrabban szolgálnak edge-átjáróként a Node-RED alkalmazásaihoz az összekapcsolt gyárakban.
Az ipari edge-eszközök ösztönzik az elterjedést
Miért fontos a Raspberry Pi hardvere?
A Node-RED népszerűségének egyik fő oka a hardver könnyű hozzáférhetősége. A Raspberry Pi-eszközök olcsóvá tették az ipari kísérletezést, így a mérnökök vállalati szintű infrastruktúraköltségek nélkül készíthettek prototípusokat IIoT-alkalmazásokhoz.
Az ipari beszállítók később továbbfejlesztették ezt a koncepciót, és DIN-sínre szerelhető IPC-ket vezettek be megerősített burkolattal, szélesebb üzemi hőmérséklet-tartománnyal és ipari tápegység-támogatással.
Üzembe helyezés után a Node-RED közvetlenül képes együttműködni GPIO-interfészekkel, érzékelőkkel, relékkel és ipari kommunikációs modulokkal. A mérnökök gyorsan létrehozhatnak gépi műszerfalakat, környezet-monitorozó rendszereket vagy egyszerű felügyeleti alkalmazásokat.
Túllépés a prototípuskészítésen
Ami egykor a készítői közösség eszközeként indult, ma már kereskedelmi automatizálási platformokon is megjelenik. Az ipari beszállítók egyre gyakrabban integrálják a Node-RED-et natív vezérlési ökoszisztémáikba, felismerve a rugalmas, kevés kódolást igénylő munkafolyamatok iránti igényt.
Egyes gyártók ma már a Node-RED-et ipari kommunikációs termékekkel és edge-átjárókkal kombinálják a protokollfordítás egyszerűsítésére. Az elosztott automatizálási projektekben az olyan platformok kommunikációs infrastruktúrája, mint az ipari hálózati rendszerek, fontos szerepet játszik az OT- és IT-rendszerek közötti megbízható adatáramlás fenntartásában.
4. ábra. A Node-RED-vezérlőpultok egyetlen böngészőalapú felületen egyesíthetik a folyamatvizualizációt, a kezelői vezérlést és az edge-elemzést.
A Node-RED munkafolyamat-környezetében
Folyamok, node-ok és eseményfeldolgozás
A Node-RED-alkalmazások egymással összekapcsolt node-okból felépülő folyamokból állnak. Minden node egy meghatározott feladatot hajt végre, például adatokat szűr, módosítja a payloadokat, késlelteti a műveleteket vagy külső eszközökkel kommunikál.
Az adatok balról jobbra haladnak az alkalmazáson keresztül. A mérnökök vizuálisan követhetik a folyamatlogikát anélkül, hogy kiterjedt forráskódot kellene olvasniuk, ami javítja a hibaelhárítást és az együttműködést a vezérléstechnikai mérnökök és az IT-csapatok között.
A platform JavaScript-funkciós node-okat is támogat a fejlett testreszabáshoz. Ez a hibrid megközelítés lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy szükség esetén az alacsony kódigényű egyszerűséget teljes programozási rugalmassággal ötvözzék.
Hatalmas nyílt ökoszisztéma
További jelentős előnye a nyílt közösségi ökoszisztéma. Több ezer, közreműködők által fejlesztett node érhető el ipari protokollokhoz, felhőalapú API-khoz, adatbázisokhoz és elemzési platformokhoz.
Számos szabadalmaztatott ipari szoftvercsomagtól eltérően a Node-RED nem igényel költséges futásidejű licencelést. Ez a rugalmasság vonzóvá teszi kísérleti projektekhez, távfelügyeleti rendszerekhez és skálázható architektúrákat fejlesztő gépgyártók számára.
5. ábra. A Node-RED-del létrehozott böngészős vezérlőpultok könnyű HMI-funkcionalitást és valós idejű gépadatokat biztosíthatnak a kezelők számára.
A Node-RED helye az automatizálás jövőjében
A Node-RED nem fogja kiváltani a PLC-programozási környezeteket a determinisztikus gépvezérlésben. A valós idejű mozgásrendszerekhez, biztonsági alkalmazásokhoz és nagy sebességű folyamatirányításhoz továbbra is hagyományos ipari vezérlőkre van szükség.
A Node-RED azonban egyre fontosabb rést tölt be az automatizálási hardver és a vállalati szoftver között. Ahogy a gyárak egyre nagyobb csatlakoztathatóságot, prediktív elemzést és felhőintegrációt igényelnek, az alacsony kódigényű edge-platformok stratégiai jelentősége növekszik.
A következő évtized legsikeresebb gyártói valószínűleg bevált vezérlőhardvert kombinálnak majd olyan rugalmas szoftverrétegekkel, amelyek gyorsan alkalmazkodnak a működési igényekhez. A Node-RED jól illeszkedik ehhez az irányhoz, mivel csökkenti a fejlesztési akadályokat, miközben megőrzi az integráció rugalmasságát.
Valódi értéke nem a mérnökök kiváltásában rejlik. Ehelyett az automatizálási csapatok termelékenységét növeli azáltal, hogy lehetővé teszi számukra, hogy az ismétlődő szoftverinfrastruktúra-feladatok helyett a rendszer funkcionalitására összpontosítsanak.
Oliver Grant — vezető ipari rendszerekkel foglalkozó újságíró
Oliver Grant több mint 14 éves tapasztalattal rendelkezik az ipari automatizálás, az IIoT-infrastruktúra és az edge computing technológiák bemutatása terén. Háttere kiterjed a Siemens, a Rockwell Automation, a Beckhoff Automation és az Emerson folyamatirányítási rendszereit érintő automatizálási integrációs projektekre gyártó- és energiaipari létesítményekben.