Il controllo low-code si avvicina all'automazione industriale

Le piattaforme di progettazione low-code continuano a trasformare il modo in cui tecnici e ingegneri dell'automazione affrontano i piccoli progetti di controllo. Ciò che un tempo richiedeva un'ampia attività di scripting può ora essere implementato tramite ambienti di programmazione grafica come Node-RED.

In questo progetto, un Raspberry Pi e un sensore di temperatura DS18B20 costituiscono la base di un controller compatto della temperatura. La configurazione dimostra come i moderni strumenti low-code possano collegare lo sviluppo fai da te ai concetti pratici dell'automazione industriale.

Figura 1. Le piattaforme hardware Raspberry Pi supportano sempre più attività leggere di automazione e monitoraggio.

Perché il controllo della temperatura rimane un esercizio fondamentale di ingegneria

La regolazione della temperatura introduce gli ingegneri a concetti fondamentali dell'automazione, tra cui l'acquisizione dei dati dai sensori, le uscite digitali e la logica di controllo. Anche i progetti semplici rivelano come le condizioni di feedback influenzino il comportamento delle apparecchiature in tempo reale.

Il progetto utilizza un controller Raspberry Pi, un sensore digitale di temperatura DS18B20 e l'ambiente di programmazione Node-RED. Questa combinazione riduce la complessità dello sviluppo mantenendo la visibilità sul processo di controllo sottostante.

Figura 2. Layout compatti per il cablaggio dei sensori consentono una prototipazione rapida per i sistemi di monitoraggio ambientale.

I sensori digitali riducono la complessità dell'integrazione

Il vantaggio del DS18B20

I dispositivi tradizionali per la misurazione della temperatura, come RTD e termocoppie, richiedono spesso hardware aggiuntivo per il condizionamento del segnale. Il DS18B20 semplifica l'integrazione perché comunica digitalmente tramite il protocollo 1-Wire.

Un singolo cavo di segnale supporta più sensori sulla stessa linea di comunicazione. Questa architettura riduce la densità del cablaggio e rende il progetto interessante per le applicazioni di rilevamento distribuito.

Per gli ingegneri che lavorano con piattaforme di controllo distribuito, l'integrazione scalabile dei sensori rimane un tema cruciale nel panorama moderno Sistemi di controllo DCS e ambienti di automazione edge.

Cablaggio del sensore e connessioni GPIO

Il sensore richiede un semplice schema di cablaggio con una resistenza di pull-up da 4,7 kΩ. L'alimentazione e la massa si collegano direttamente al Raspberry Pi, mentre la linea di segnale va a un pin di ingresso GPIO.

Più sensori possono condividere la stessa linea di ingresso, rendendo la configurazione efficiente per i sistemi compatti con risorse I/O limitate.

Figura 3. Il corretto posizionamento della resistenza di pull-up garantisce prestazioni stabili della comunicazione 1-Wire.

Node-RED trasforma la logica di controllo in un flusso di lavoro visivo

Creazione dell’ambiente di runtime

Node-RED elimina gran parte delle difficoltà di programmazione associate ai sistemi embedded basati su Linux. La sua interfaccia basata su browser consente agli utenti di creare flussi logici utilizzando blocchi funzionali drag-and-drop.

Dopo l’installazione, pacchetti aggiuntivi consentono la comunicazione con il sensore DS18B20 e l’hardware GPIO del Raspberry Pi. L’interfaccia diventa disponibile localmente tramite l’indirizzo standard del runtime di Node-RED.

Figura 4. Node-RED sostituisce lo scripting tradizionale con blocchi di programmazione visiva e diagnostica in tempo reale.

Lettura dei dati della temperatura in tempo reale

Il primo passaggio di programmazione consiste nell’aggiungere il nodo DS18B20 al flusso e nell’assegnare il sensore target. Un nodo di debug visualizza quindi i valori della temperatura in tempo reale per la verifica e la risoluzione dei problemi.

Anche la temporizzazione della scansione periodica deve essere configurata con attenzione. Frequenze di interrogazione eccessive possono aumentare inutilmente l’utilizzo del processore sull’hardware embedded.

Figura 5. I nodi di debug forniscono visibilità immediata sui dati del sensore durante la messa in servizio.

Creazione della logica della temperatura

Utilizzo delle condizioni dello switch per il controllo delle uscite

Il nodo switch funge da motore decisionale dell’applicazione. Quando la temperatura misurata supera la soglia configurata, la logica instrada il payload verso il percorso di uscita.

Una seconda condizione gestisce le temperature inferiori al setpoint, garantendo il corretto ripristino dell’uscita durante il raffreddamento.

Figura 6. La logica a soglia crea una risposta di controllo a circuito chiuso semplice ma efficace.

Pilotaggio delle uscite GPIO

I nodi di uscita GPIO richiedono valori binari, quindi i nodi di modifica convertono il risultato logico in 1 o 0. Questi valori pilotano quindi il pin di uscita selezionato del Raspberry Pi.

Questo approccio rispecchia la struttura logica utilizzata negli ambienti PLC più grandi, inclusi i sistemi modulari Sistemi PLC e PAC installati negli stabilimenti produttivi.

Figura 7. La conversione del payload garantisce la compatibilità tra le funzioni logiche e le uscite fisiche.

Una volta collegato, il nodo di uscita attiva il pin GPIO ogni volta che la temperatura misurata supera la soglia configurata. Il sistema riporta quindi l'uscita a uno stato basso dopo che la temperatura scende al di sotto del limite.

Figura 8. Il flusso di lavoro completo combina rilevamento, logica decisionale e controllo dell'uscita fisica.

Dal prototipo fai da te al controllo edge industriale

Il progetto rimane volutamente semplice, ma riflette una tendenza più ampia nell'ambito dell'automazione industriale. Gli ambienti low-code compaiono sempre più spesso nei gateway edge, nei sistemi IIoT e nelle applicazioni di monitoraggio distribuito.

Gli ingegneri possono estendere la piattaforma con dashboard, database cloud, gestione degli allarmi o connettività con sistemi historian. Ulteriori logiche di filtraggio possono inoltre ridurre i cicli brevi e migliorare la stabilità operativa.

Figura 9. La visualizzazione tramite dashboard offre agli operatori maggiore visibilità e funzionalità di monitoraggio remoto.

Il vero significato di Node-RED nell'automazione

L'importanza di Node-RED va oltre i progetti amatoriali. La sua architettura visiva riduce la distanza tra tecnologia operativa e automazione basata sul software.

Poiché i produttori continuano ad adottare infrastrutture di edge computing e IIoT, è probabile che gli strumenti di sviluppo low-code diventino compagni standard dei tradizionali ambienti PLC e DCS. Per gli ingegneri che entrano oggi nel settore dell’automazione, comprendere queste piattaforme ibride sta diventando sempre più importante.

In termini pratici, questo controllore di temperatura dimostra con quale rapidità sia oggi possibile implementare un sistema di automazione funzionante. Ciò che un tempo richiedeva firmware personalizzato e lunghi cicli di sviluppo oggi può essere assemblato visivamente in pochi minuti.

Autore: Daniel Mercer | Giornalista senior specializzato in sistemi industriali | Daniel ha 14 anni di esperienza nella redazione di articoli su piattaforme di controllo industriale, automazione embedded e sistemi di edge computing. La sua esperienza comprende progetti di integrazione sul campo che coinvolgono Siemens, Emerson DeltaV, sistemi di processo Honeywell e architetture Beckhoff Automation.