Node-RED és az alacsony kódú ipari automatizálás térnyerése
A Node-RED átalakítja az ipari automatizálást azáltal, hogy alacsony kódolású fejlesztést hoz az élőszámításba, az IIoT-ba és a gépek összekapcsolásába. A Raspberry Pi élőszámítógépektől a teljes k...
Miért kap egyre nagyobb figyelmet a Node-RED az ipari automatizálásban?
Évtizedeken át az ipari automatizálás nagymértékben támaszkodott speciális programozási nyelvekre és zárt mérnöki környezetekre. Ma azonban a gyártók nyomás alatt állnak, hogy gyorsabban telepítsenek összekapcsolt rendszereket, miközben csökkentik a mérnöki terheket. Ez a változás felgyorsította az érdeklődést az olyan alacsony kódolású fejlesztési platformok iránt, mint a Node-RED.
Eredetileg eseményvezérelt programozási eszközként fejlesztették Node.js-re építve, a Node-RED mára komoly ipari él alkalmazásplatformmá fejlődött. A mérnökök mostanra az OT (üzemeltetési technológia) és az IT (információs technológia) közötti híd szerepét töltik be, különösen az IIoT és az okosgyár telepítésekben.
A hagyományos szoftverfejlesztéssel ellentétben a Node-RED lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy vizuálisan, drag-and-drop csomópontok segítségével állítsák össze az alkalmazásokat. Ennek eredménye a gyorsabb telepítés, az egyszerűbb integráció és a fejlett programozói szakértelem iránti csökkentett igény.
1. ábra. A Node-RED széles körben elismert alacsony kódolású platformmá vált az IIoT és az ipari él számítástechnikai alkalmazások terén.
Az alacsony kódolású fejlesztés otthonra talál a gyár padlóján
A létra logikától a vizuális munkafolyamatokig
Az ipari automatizálás évek óta alkalmazza a grafikus programozást. A PLC létra logika, a funkcióblokk-diagramok és a robot tanítófelületek mind csökkentették a programozás bonyolultságát jóval azelőtt, hogy az „alacsony kódolás” kifejezés népszerűvé vált volna.
A Node-RED ezt a filozófiát kiterjeszti a modern, adatközpontú automatizálásra. A gépszekvenciákra való kizárólagos fókusz helyett a mérnökök most már olyan munkafolyamatokat hozhatnak létre, amelyek adatokat mozgatnak PLC-k, HMI-k, adatbázisok, felhőplatformok és vállalati rendszerek között.
Ez a képesség különösen fontossá vált, ahogy a gyártók modernizálják a régi vezérlőrendszereket. Az idősebb PLC infrastruktúrát használó létesítmények gyakran kombinálják a Node-RED-et az Allen-Bradley vagy Mitsubishi Electric platformjaival, hogy egyszerűsítsék az adatgyűjtést és a felhőkapcsolatot anélkül, hogy lecserélnék a meglévő berendezéseket.
Egy más megközelítés az ipari szoftverfejlesztésben
A hagyományos ipari szoftverfejlesztés hetekig tartó kódolást, tesztelést és hibakeresést igényelhet. A Node-RED ezt a folyamatot drámaian megváltoztatja. A mérnökök órák alatt telepíthetnek működő alkalmazásokat előre elkészített kommunikációs csomópontokkal és irányítópultokkal.
A böngészőalapú felület csökkenti a telepítési akadályokat is. Miután telepítették egy IPC-re vagy él szerverre, a mérnöki környezet egy szabványos webböngészőn keresztül érhető el dedikált munkaállomás szoftver nélkül.
2. ábra. Az alacsony kódolású fejlesztési platformok csökkentik a szoftver bonyolultságát, miközben felgyorsítják az ipari alkalmazások telepítését.
A Node-RED növekedésének műszaki előnyei
Adatmozgatásra és kapcsolódásra tervezve
Alapvetően a Node-RED adatokat dolgoz fel és irányít eszközök és szoftverrétegek között. A hasznos terhelések tartalmazhatnak numerikus értékeket, JSON struktúrákat, logikai állapotokat vagy ipari vezérlők által generált gépi eseményeket.
A platform támogatja az ipari környezetekben gyakran előforduló protokollokat, beleértve az OPC UA-t, MQTT-t, Modbus TCP-t, HTTP-t és WebSocket kommunikációt. Ez a széles protokolltámogatás lehetővé teszi, hogy a Node-RED könnyű köztes rétegként működjön a gyári eszközök és a felhőalapú elemző rendszerek között.
Mivel a platform Node.js-en fut, képes működni kompakt hardverplatformokon, a Raspberry Pi eszközöktől az ipari IPC-kig és virtuális szerverekig.
Élő számítástechnika nehéz infrastruktúra nélkül
A modern IIoT architektúrák egyre inkább az élő számítástechnikára támaszkodnak a késleltetés csökkentése és a felhőforgalom minimalizálása érdekében. A Node-RED természetesen illeszkedik ebbe a stratégiába, mert képes helyben feldolgozni a gépi adatokat, mielőtt csak a kritikus információkat továbbítaná felfelé.
Egy tipikus telepítés során az élő szervert a vezérlőszekrényben helyezik el. Az eszköz egyszerre csatlakozik a gépi hálózathoz és a vállalati hálózathoz, biztonságos fordító rétegként működve az OT és IT rendszerek között.
Azoknak a létesítményeknek, amelyek régebbi automatizálási infrastruktúrát korszerűsítenek, ez a megközelítés költséghatékony modernizációs utat kínál. A mérnökök integrálhatják a régi PLC-ket, elosztott I/O rendszereket és SCADA platformokat anélkül, hogy teljes vezérlőrendszert kellene újratervezniük.
3. ábra. A kompakt ipari számítógépek egyre inkább élőkapuként szolgálnak a Node-RED alkalmazások számára a kapcsolt gyárakban.
Az ipari élő eszközök hajtják az elfogadást
Miért fontos a Raspberry Pi hardver
A Node-RED népszerűségének egyik fő oka a hardver elérhetősége. A Raspberry Pi eszközök olcsóvá tették az ipari kísérletezést, lehetővé téve a mérnökök számára, hogy IIoT alkalmazásokat prototípusként fejlesszenek ki vállalati infrastruktúra költségek nélkül.
Az ipari beszállítók később továbbfejlesztették a koncepciót, bevezetve DIN-sín kompatibilis IPC-ket megerősített burkolattal, szélesebb működési hőmérséklet-tartománnyal és ipari tápegység támogatással.
A telepítés után a Node-RED közvetlenül képes kommunikálni GPIO interfészekkel, érzékelőkkel, relékkel és ipari kommunikációs modulokkal. A mérnökök gyorsan létrehozhatnak gépi műszerfalakat, környezeti megfigyelő rendszereket vagy könnyű felügyeleti alkalmazásokat.
Túl a prototípus-készítésen
A kezdetben maker-közösségi eszközként indult Node-RED ma már kereskedelmi automatizálási platformokban is megjelenik. Az ipari beszállítók egyre inkább integrálják a Node-RED-et natív vezérlőrendszerekbe, felismerve a rugalmas, alacsony kódolású munkafolyamatok iránti igényt.
Néhány gyártó mostanában a Node-RED-et ipari kommunikációs termékekkel és élőkapukkal kombinálja a protokollfordítás egyszerűsítése érdekében. Az elosztott automatizálási projektekben olyan platformok kommunikációs infrastruktúrája, mint az ipari hálózati rendszerek, fontos szerepet játszik a megbízható OT-IT adatáramlás fenntartásában.
4. ábra. A Node-RED műszerfalak egyetlen böngésző alapú felületen belül kombinálhatják a folyamatvizualizációt, az üzemeltetői vezérléseket és az edge elemzéseket.
A Node-RED munkafolyamat környezetében
Áramlások, node-ok és eseményfeldolgozás
A Node-RED alkalmazások áramlásokból állnak, amelyek összekapcsolt node-okból épülnek fel. Minden node egy adott feladatot végez, például adat szűrést, terhelés módosítást, késleltetett műveleteket vagy kommunikációt külső eszközökkel.
Az adatok balról jobbra áramlanak az alkalmazáson keresztül. A mérnökök vizuálisan követhetik a folyamatlogikát anélkül, hogy kiterjedt forráskódot kellene olvasniuk, javítva ezzel a hibakeresést és az együttműködést a vezérlési mérnökök és az IT csapatok között.
A platform támogatja a JavaScript funkció node-okat is a fejlett testreszabáshoz. Ez a hibrid megközelítés lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy az alacsony kódolás egyszerűségét teljes programozási rugalmassággal kombinálják, ha szükséges.
Egy hatalmas nyílt ökoszisztéma
Egy másik nagy előnye a nyílt közösségi ökoszisztéma. Több ezer hozzájárult node érhető el ipari protokollokhoz, felhő API-khoz, adatbázisokhoz és elemző platformokhoz.
Ellentétben sok zárt ipari szoftvercsomaggal, a Node-RED elkerüli a drága futtatási licencdíjakat. Ez a rugalmasság vonzóvá teszi pilóta projektekhez, távoli megfigyelő rendszerekhez és gépgyártók számára, akik skálázható architektúrákat fejlesztenek.
5. ábra. A Node-RED-del készített böngésző alapú műszerfalak könnyű HMI funkciókat és élő gépi adatokat biztosíthatnak az üzemeltetők számára.
Hol illeszkedik a Node-RED az automatizálás jövőjébe
A Node-RED nem fogja helyettesíteni a PLC programozási környezeteket a determinisztikus gépvezérlésben. A valós idejű mozgásrendszerek, biztonsági alkalmazások és nagysebességű folyamatvezérlés továbbra is hagyományos ipari vezérlőket igényelnek.
Ugyanakkor a Node-RED egy növekvő rést tölt be az automatizálási hardver és a vállalati szoftver között. Ahogy a gyárak egyre nagyobb csatlakoztathatóságot, prediktív elemzéseket és felhőintegrációt igényelnek, az alacsony kódolású edge platformok stratégiailag egyre fontosabbá válnak.
A következő évtized legjobb gyártói valószínűleg bevált vezérlő hardvert kombinálnak majd rugalmas szoftverrétegekkel, amelyek gyorsan alkalmazkodnak az üzemeltetési igényekhez. A Node-RED jól illeszkedik ehhez az irányhoz, mert csökkenti a fejlesztési nehézségeket, miközben megőrzi az integrációs rugalmasságot.
Az igazi értéke nem a mérnökök helyettesítése. Ehelyett az automatizálási csapatoknak lehetővé teszi, hogy a rendszerfunkcionalitásra összpontosítsanak ahelyett, hogy ismétlődő szoftverinfrastruktúra feladatokkal foglalkoznának, így növeli a mérnöki termelékenységet.
Oliver Grant — vezető ipari rendszerek tudósító
Oliver Grant több mint 14 éves tapasztalattal rendelkezik az ipari automatizálás, az IIoT infrastruktúra és az edge computing technológiák területén. Háttérmunkája magában foglalja az automatizálási integrációs projekteket, amelyek Siemens, Rockwell Automation, Beckhoff Automation és Emerson folyamatirányító rendszereket érintenek gyártó- és energetikai létesítményekben.