Node-RED және төмен кодты өнеркәсіптік автоматтандырудың өрлеуі

Node-RED өнеркәсіптік автоматтандыруда неге назар аударуда

Ондаған жылдар бойы өнеркәсіптік автоматтандыру арнайы бағдарламалау тілдері мен меншікті инженерлік орталарға негізделді. Алайда бүгін өндірушілер қосылған жүйелерді жылдам орналастыруға және инженерлік шығындарды азайтуға мәжбүр. Бұл өзгеріс Node-RED сияқты төмен кодты дамыту платформаларына қызығушылықты арттырды.

Бастапқыда Node.js негізінде оқиғаға бағытталған бағдарламалау құралы ретінде жасалған Node-RED қазір маңызды өнеркәсіптік шет қосымшалар платформасына айналды. Инженерлер оны әсіресе IIoT және ақылды зауыттарды енгізуде операциялық технология (OT) мен ақпараттық технологияны (IT) байланыстыру үшін пайдаланады.

Дәстүрлі бағдарламалық жасақтаманы әзірлеуден айырмашылығы, Node-RED инженерлерге қосымшаларды визуалды түрде сүйреп апару түйіндері арқылы жинауға мүмкіндік береді. Нәтижесінде орналастыру жылдамдап, интеграция жеңілдеп, жоғары деңгейлі бағдарламалау біліктілігіне тәуелділік азаяды.

1-сурет. Node-RED IIoT және өнеркәсіптік шет есептеу қосымшалары үшін кең танылған төмен кодты платформаға айналды.

Төмен кодты дамыту зауыт алаңында өз орнын тапты

Саты логикасынан визуалды жұмыс ағындарына дейін

Өнеркәсіптік автоматтандыру графикалық бағдарламалауды жылдар бойы қолданды. PLC саты логикасы, функция блогының диаграммалары және роботты оқыту интерфейстері «төмен код» термині танымал болмас бұрын бағдарламалау күрделілігін азайтты.

Node-RED бұл философияны заманауи деректерге бағытталған автоматтандыруға кеңейтеді. Машина ретін ғана емес, инженерлер енді PLC, HMI, дерекқорлар, бұлт платформалары және кәсіпорын жүйелері арасында деректерді жылжытуға арналған жұмыс ағындарын жасай алады.

Бұл мүмкіндік өндірушілер ескі басқару жүйелерін жаңартқан кезде ерекше маңызды болды. Ескі PLC инфрақұрылымын пайдаланатын кәсіпорындар Node-RED-ті Allen-Bradley немесе Mitsubishi Electric платформаларымен біріктіріп, деректерді жинауды және бұлтқа қосылуды жеңілдетеді, бар жабдықты ауыстырмай.

Өнеркәсіптік бағдарламалық жасақтамаға басқа тәсіл

Дәстүрлі өнеркәсіптік бағдарламалық жасақтаманы әзірлеу бірнеше апта кодтау, тестілеу және ақауларды түзетуді талап етуі мүмкін. Node-RED бұл процесті айтарлықтай өзгертеді. Инженерлер алдын ала жасалған байланыс түйіндері мен бақылау тақталары арқылы бірнеше сағат ішінде функционалды қосымшаларды орналастыра алады.

Оның браузер негізіндегі интерфейсі орналастыру кедергілерін төмендетеді. IPC немесе шет серверіне орнатылғаннан кейін инженерлік орта арнайы жұмыс станциясының бағдарламалық жасақтамасынсыз стандартты веб-браузер арқылы қолжетімді болады.

2-сурет. Төмен кодты дамыту платформалары бағдарламалық жасақтаманың күрделілігін азайтып, өнеркәсіптік қосымшаларды жылдам орналастыруды қамтамасыз етеді.

Node-RED өсуінің техникалық артықшылықтары

Деректерді жылжыту және байланыс үшін жасалған

Node-RED негізінде құрылғылар мен бағдарламалық қабаттар арасында деректерді өңдеп, бағыттайды. Жүктемелерге сандық мәндер, JSON құрылымдары, Boolean күйі немесе өнеркәсіптік контроллерлер шығарған машина оқиғалары кіруі мүмкін.

Платформа өнеркәсіптік ортада жиі кездесетін протоколдарды қолдайды, соның ішінде OPC UA, MQTT, Modbus TCP, HTTP және WebSocket коммуникациялары. Бұл кең протоколдық қолдау Node-RED-тің зауыт активтері мен бұлттық аналитика жүйелері арасында жеңіл аралық қабат ретінде жұмыс істеуіне мүмкіндік береді.

Платформа Node.js негізінде жұмыс істейтіндіктен, Raspberry Pi құрылғыларынан өнеркәсіптік IPC-лер мен виртуалды серверлерге дейінгі компактті аппараттық платформаларда жұмыс істей алады.

Ауыр инфрақұрылымсыз шеткі есептеу

Қазіргі IIoT архитектуралары кідірісті азайту және бұлттық трафикті минимизациялау үшін шеткі есептеуді жиі қолданады. Node-RED бұл стратегияға сай келеді, себебі ол машина деректерін жергілікті өңдеп, тек маңызды ақпаратты жоғарыға жібереді.

Қалыпты орнату кезінде шеткі сервер басқару шкафының ішінде орналасады. Құрылғы машина желісі мен кәсіпорын желісіне бір уақытта қосылып, OT және IT жүйелері арасында қауіпсіз аударма қабаты ретінде қызмет етеді.

Ескі автоматтандыру инфрақұрылымын жаңартатын кәсіпорындар үшін бұл тәсіл тиімді жаңғырту жолын ұсынады. Инженерлер толық басқару жүйесін қайта жобаламай-ақ мұра PLC-лерді, таралған I/O жүйелерін және SCADA платформаларын біріктіре алады.

3-сурет. Компактті өнеркәсіптік компьютерлер Node-RED қосымшалары үшін қосылған зауыттарда шеткі шлюздер ретінде жиі қызмет етеді.

Өнеркәсіптік шеткі құрылғыларды қабылдауын арттыруда

Неліктен Raspberry Pi аппараттық құралдары маңызды

Node-RED-тің танымал болуының басты себептерінің бірі – аппараттық қолжетімділік. Raspberry Pi құрылғылары өнеркәсіптік тәжірибені арзан етті, инженерлерге кәсіпорын деңгейіндегі инфрақұрылым шығындарынсыз IIoT қосымшаларын прототиптеуге мүмкіндік берді.

Өнеркәсіптік жеткізушілер кейіннен бұл тұжырымдаманы DIN-рейкке сай IPC-лерді қатты корпустармен, кең жұмыс температурасы ауқымымен және өнеркәсіптік қуат қолдауымен енгізу арқылы кеңейтті.

Орнатылғаннан кейін Node-RED тікелей GPIO интерфейстерімен, сенсорлармен, релелермен және өнеркәсіптік коммуникация модульдерімен әрекеттесе алады. Инженерлер тез арада машина бақылау тақталарын, қоршаған ортаны бақылау жүйелерін немесе жеңіл салмақты қадағалау қосымшаларын жасай алады.

Прототиптеуден тыс кеңейту

Бастапқыда жасаушылар қауымдастығының құралы ретінде пайда болған Node-RED қазір коммерциялық автоматтандыру платформаларында қолданылады. Өнеркәсіптік жеткізушілер Node-RED-ті икемді төмен кодты жұмыс процестеріне сұранысты ескере отырып, жергілікті басқару экожүйелеріне интеграциялауда.

Қазір кейбір өндірушілер Node-RED-ті өнеркәсіптік коммуникация өнімдері мен шеткі шлюздермен біріктіріп, протоколдарды аударуды жеңілдетеді. Таралған автоматтандыру жобаларында өнеркәсіптік желілік жүйелер сияқты платформалардың коммуникациялық инфрақұрылымы OT-ден IT-ге сенімді деректер ағынын қамтамасыз етуде маңызды рөл атқарады.

4-сурет. Node-RED бақылау тақталары бір браузерлік интерфейсте процесс визуализациясын, оператор басқаруын және шеткі аналитиканы біріктіре алады.

Node-RED жұмыс ағыны ортасында

Ағындар, Түйіндер және Оқиғаларды Өңдеу

Node-RED қолданбалары өзара байланысқан түйіндерден құрылған ағындардан тұрады. Әр түйін деректерді сүзу, жүктемелерді өзгерту, әрекеттерді кешіктіру немесе сыртқы құрылғылармен байланысу сияқты нақты тапсырманы орындайды.

Деректер қолданба арқылы солдан оңға ағады. Инженерлер кең көлемді бастапқы кодты оқымай-ақ процесс логикасын визуалды түрде бақылай алады, бұл ақауларды жоюды және басқару инженерлері мен IT топтары арасындағы ынтымақтастықты жақсартады.

Платформа сондай-ақ жетілдірілген баптау үшін JavaScript функция түйіндерін қолдайды. Бұл аралас тәсіл инженерлерге қажет болғанда төмен кодтың қарапайымдылығын толық бағдарламалау икемділігімен біріктіруге мүмкіндік береді.

Үлкен Ашық Экожүйе

Тағы бір үлкен артықшылығы — ашық қауымдастық экожүйесі. Өнеркәсіптік протоколдар, бұлттық API, дерекқорлар және аналитика платформалары үшін мыңдаған қосылған түйіндер қолжетімді.

Көптеген меншік өнеркәсіптік бағдарламалық қамтамасыз ету жиынтықтарынан айырмашылығы, Node-RED қымбат жұмыс уақыты лицензиясынан аулақ болады. Бұл икемділік оны пилоттық жобалар, қашықтан бақылау жүйелері және масштабталатын архитектураларды дамытатын машина жасаушылар үшін тартымды етеді.

5-сурет. Node-RED көмегімен жасалған браузерлік бақылау тақталары операторларға жеңіл HMI функцияларын және нақты уақыттағы машина деректерін ұсына алады.

Node-RED автоматтандырудың болашағында қай жерде орналасады

Node-RED нақты уақыттағы машина бақылауы үшін PLC бағдарламалау орталарын алмастырмайды. Нақты уақыттағы қозғалыс жүйелері, қауіпсіздік қолданбалары және жоғары жылдамдықтағы процесс бақылау әлі де дәстүрлі өнеркәсіптік контроллерлерді қажет етеді.

Алайда, Node-RED автоматтандыру аппараттық құралдары мен кәсіпорын бағдарламалық қамтамасыз етуі арасындағы өсіп келе жатқан алшақтықты толтырады. Зауыттар көбірек байланыс, болжамды аналитика және бұлттық интеграция талап еткен сайын, төмен кодты шеткі платформалар стратегиялық маңызға ие болуда.

Келесі онжылдықта ең табысты өндірушілер, ықтимал, дәлелденген басқару аппараттық құралдарын операциялық талаптарға тез бейімделе алатын икемді бағдарламалық қабаттармен біріктіреді. Node-RED осы бағытқа жақсы сәйкес келеді, себебі ол әзірлеу кедергілерін азайтып, интеграция икемділігін сақтайды.

Оның нақты құндылығы инженерлерді алмастыруда емес. Оның орнына, ол автоматтандыру топтарына жүйенің функционалдығына назар аударуға мүмкіндік беріп, инженерлік өнімділікті арттырады, қайталанатын бағдарламалық инфрақұрылым тапсырмаларын орындаудан босатады.

Оливер Грант — аға өнеркәсіптік жүйелер туралы репортер
Оливер Гранттың өнеркәсіптік автоматтандыру, IIoT инфрақұрылымы және шеткі есептеу технологиялары бойынша 14 жылдан астам тәжірибесі бар. Оның тәжірибесіне Siemens, Rockwell Automation, Beckhoff Automation және Emerson процесс бақылау жүйелерін қамтитын автоматтандыру интеграциясы жобалары кіреді, олар өндіріс және энергетика нысандарында жүзеге асырылған.