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 gépek csatlakoztatásáb...
Miért kelt egyre nagyobb figyelmet a Node-RED az ipari automatizálásban
Az ipari automatizálás évtizedeken át nagymértékben támaszkodott speciális programozási nyelvekre és szabadalmaztatott mérnöki környezetekre. Ma azonban a gyártók nyomás alatt állnak, hogy gyorsabban vezessenek be összekapcsolt rendszereket, miközben csökkentik a mérnöki ráfordítást. Ez a változás felgyorsította az olyan alacsony kódigényű fejlesztési platformok iránti érdeklődést, mint a Node-RED.
A Node-RED eredetileg Node.js-alapú, eseményvezérelt programozási eszközként készült, mára azonban komoly ipari peremalkalmazási platformmá fejlődött. A mérnökök ma már az operatív technológia (OT) és az információtechnológia (IT) összekapcsolására használják, különösen az ipari IoT- és intelligensgyár-megoldások bevezetése során.
A hagyományos szoftverfejlesztéssel ellentétben a Node-RED lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy fogd és vidd módszerrel, vizuálisan állítsanak össze alkalmazásokat csomópontok használatával. Ennek eredménye a gyorsabb bevezetés, az egyszerűbb integráció és a fejlett programozási szakértelemtől való kisebb függőség.
1. ábra. A Node-RED széles körben elismert alacsony kódigényű platformmá vált az ipari IoT- és ipari peremhálózati számítástechnikai alkalmazások számára.
Az alacsony kódigényű fejlesztés megtalálja a helyét a gyártóüzemekben
A létradiagramoktól a vizuális munkafolyamatokig
Az ipari automatizálás évek óta alkalmaz grafikus programozást. A PLC-létradiagramok, a funkcióblokkdiagramok és a robotok betanítási felületei már jóval azelőtt csökkentették a programozás összetettségét, hogy az „alacsony kódigényű” kifejezés népszerűvé vált volna.
A Node-RED ezt a szemléletet kiterjeszti a modern, adatközpontú automatizálásra. Ahelyett, hogy kizárólag a gépszekvenciákra összpontosítanának, a mérnökök most olyan munkafolyamatokat hozhatnak létre, amelyek adatokat mozgatnak a PLC-k, HMI-k, adatbázisok, felhőplatformok és vállalati rendszerek között.
Ez a képesség különösen fontossá vált, ahogy a gyártók korszerűsítik örökölt vezérlőrendszereiket. A régebbi PLC-infrastruktúrát üzemeltető létesítmények gyakran az Allen-Bradley vagy a Mitsubishi Electric platformjaival együtt használják a Node-RED-et, 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 ezt a folyamatot gyökeresen megváltoztatja. A mérnökök előre elkészített kommunikációs csomópontok és műszerfalak segítségével órák alatt működőképes alkalmazásokat helyezhetnek üzembe.
Böngészőalapú felülete a bevezetés akadályait is csökkenti. Miután telepítették egy IPC-re vagy peremszerverre, a mérnöki környezet dedikált munkaállomási szoftver nélkül, egy szabványos webböngészőn keresztül is elérhetővé válik.
2. ábra. Az alacsony kódigényű fejlesztési platformok csökkentik a szoftverek összetettségét, miközben felgyorsítják az ipari alkalmazások bevezetését.
A Node-RED térnyerése mögött álló technológiai előnyök
Adatmozgatásra és kapcsolódásra tervezve
A Node-RED alapvetően az eszközök és a szoftverrétegek között dolgozza fel és továbbítja az adatokat. A hasznos adatok numerikus értékeket, JSON-struktúrákat, logikai állapotokat vagy ipari vezérlők által generált gépeseményeket tartalmazhatnak.
A platform támogatja az ipari környezetekben gyakran használt protokollokat, köztük az OPC UA, az MQTT, a Modbus TCP, a HTTP 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 kompakt hardverplatformoktól – a Raspberry Pi eszközeitől az ipari IPC-ken és virtuális szervereken át – számos rendszeren működhet.
Edge computing nehéz infrastruktúra nélkül
A modern IIoT-architektúrák egyre inkább az edge computingra támaszkodnak a késleltetés csökkentése és a felhőforgalom minimalizálása érdekében. A Node-RED természetesen illeszkedik ehhez a stratégiához, mivel képes helyben feldolgozni a gépadatokat, mielőtt csak a kritikus információkat továbbítaná a magasabb szintű rendszerek felé.
Egy tipikus telepítés során az edge szerver a vezérlőszekrényben kap helyet. Az eszköz egyidejűleg csatlakozik a géphálózathoz és a vállalati hálózathoz, biztonságos fordítási rétegként működve az OT- és IT-rendszerek között.
A régebbi automatizálási infrastruktúrájukat korszerűsítő létesítmények számára ez a megközelítés költséghatékony modernizációs utat kínál. A mérnökök teljes körű vezérlési 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 a hálózatba kapcsolt 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 eszközei olcsóvá tették az ipari kísérletezést, így a mérnökök nagyvállalati infrastruktúra költségei nélkül készíthettek prototípusokat IIoT-alkalmazásokhoz.
Az ipari beszállítók később a koncepciót DIN-sínre szerelhető, megerősített burkolattal, szélesebb üzemi hőmérséklet-tartománnyal és ipari tápegység-támogatással rendelkező IPC-k bevezetésével bővítették.
Telepítés után a Node-RED közvetlenül képes együttműködni GPIO-interfészekkel, érzékelőkkel, relékkel és ipari kommunikációs modulokkal. A mérnökök gyorsan létrehozhatnak gépi műszerfalakat, környezetfelügyeleti rendszereket vagy egyszerű felügyeleti alkalmazásokat.
A prototípuskészítésen túl
Ami kezdetben a barkácsoló közösség eszköze volt, 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 egyszerűsítése érdekében. Az elosztott automatizálási projektekben az olyan platformok kommunikációs infrastruktúrája, mint az ipari hálózati rendszerek, fontos szerepet játszik az OT és az IT közötti megbízható adatáramlás fenntartásában.
4. ábra. A Node-RED-irányítópultok egyetlen böngészőalapú felületen kombinálhatják a folyamatvizualizációt, a kezelői vezérlést és az edge-analitikát.
A Node-RED munkafolyamat-környezete
Folyamok, node-ok és eseményfeldolgozás
A Node-RED-alkalmazások egymással összekapcsolt node-okból felépülő folyamokból állnak. Minden node egy adott feladatot hajt végre, például adatokat szűr, módosítja a hasznos adatokat, 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 az irányítástechnikai mérnökök és az IT-csapatok között.
A platform fejlett testreszabást lehetővé tevő JavaScript-függvénycsomópontokat is támogat. Ez a hibrid megközelítés lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy szükség esetén az alacsony kódigényű egyszerűséget teljes programozási rugalmassággal kombinálják.
Hatalmas nyílt ökoszisztéma
További jelentős előnye a nyílt közösségi ökoszisztéma. Több ezer, közösség által fejlesztett node érhető el ipari protokollokhoz, felhőalapú API-khoz, adatbázisokhoz és analitikai 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 böngészőalapú irányítópultok könnyű HMI-funkcionalitást és valós idejű gépadatokat biztosíthatnak a kezelők számára.
A Node-RED helye az automatizálás jövőjében
A Node-RED nem fogja felváltani 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 növekvő hiányt hidal át az automatizálási hardver és a vállalati szoftver között. Ahogy a gyárak egyre nagyobb összekapcsolhatóságot, prediktív analitikát és felhőintegrációt igényelnek, az alacsony kódigényű edge-platformok stratégiai jelentősége egyre nő.
A következő évtized legsikeresebb gyártói várhatóan bevált vezérlőhardvereket kombinálnak majd rugalmas szoftverrétegekkel, amelyek gyorsan képesek alkalmazkodni az üzemeltetési igényekhez. A Node-RED jól illeszkedik ehhez az irányhoz, mivel csökkenti a fejlesztés akadályait, miközben megőrzi az integráció rugalmasságát.
Valódi értéke nem a mérnökök lecserélésében 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 területén. Szakmai hátterébe olyan automatizálási integrációs projektek tartoznak, amelyekben Siemens, Rockwell Automation, Beckhoff Automation és Emerson folyamatirányító rendszereket alkalmaztak gyártó- és energetikai létesítményekben.
