Node-RED және өнеркәсіптік автоматтандырудағы low-code технологиясының өрлеуі

Node-RED өнеркәсіптік автоматтандыру саласында неге назар аудартып отыр

Ондаған жылдар бойы өнеркәсіптік автоматтандыру арнайы бағдарламалау тілдері мен меншікті инженерлік орталарға қатты тәуелді болды. Алайда бүгінде өндірушілер инженерлік шығындарды азайта отырып, қосылған жүйелерді жылдамырақ енгізу қысымына ұшырап отыр. Бұл өзгеріс Node-RED сияқты төмен кодты әзірлеу платформаларына қызығушылықты арттырды.

Бастапқыда Node.js негізінде жасалған оқиғаларға негізделген бағдарламалау құралы ретінде әзірленген Node-RED бүгінде өнеркәсіптік шеткі қолданбаларға арналған маңызды платформаға айналды. Қазір инженерлер оны операциялық технологияны (OT) ақпараттық технологиямен (IT) байланыстыру үшін, әсіресе IIoT және ақылды зауыт енгізілімдерінде пайдаланады.

Дәстүрлі бағдарламалық жасақтама әзірлеуден айырмашылығы, Node-RED инженерлерге сүйреп апару және орналастыру түйіндері арқылы қолданбаларды визуалды түрде құрастыруға мүмкіндік береді. Нәтижесінде енгізу жылдамдайды, интеграция жеңілдейді және бағдарламалау бойынша терең сараптамаға тәуелділік азаяды.

1-сурет. Node-RED IIoT және өнеркәсіптік шеткі есептеу қолданбаларына арналған кеңінен танылған төмен кодты платформаға айналды.

Төмен кодты әзірлеу зауыт цехтарында қолданыс тапты

Баспалдақтық логикадан визуалды жұмыс процестеріне дейін

Өнеркәсіптік автоматтандыру графикалық бағдарламалауды көп жылдан бері қолданып келеді. PLC баспалдақтық логикасы, функционалдық блок-схемалар және роботтарды оқыту интерфейстері «төмен кодты» термині танымал болғанға дейін-ақ бағдарламалау күрделілігін азайтқан.

Node-RED бұл тұжырымдаманы деректерге негізделген заманауи автоматтандыруға кеңейтеді. Инженерлер енді тек машиналардың жұмыс реттілігіне назар аудармай, PLC, HMI, дерекқорлар, бұлттық платформалар және кәсіпорын жүйелері арасында деректер тасымалдайтын жұмыс процестерін жасай алады.

Өндірушілер бұрынғы басқару жүйелерін жаңғырта бастаған кезде, бұл мүмкіндік ерекше маңызды бола түсті. Ескі PLC инфрақұрылымын пайдаланатын нысандар қолданыстағы жабдықты алмастырмай-ақ, деректер жинауды және бұлтпен қосылымды жеңілдету үшін Node-RED жүйесін көбіне Allen-Bradley немесе Mitsubishi Electric платформаларымен біріктіреді.

Өнеркәсіптік бағдарламалық жасақтамаға өзгеше көзқарас

Дәстүрлі өнеркәсіптік бағдарламалық жасақтаманы әзірлеу бірнеше апта бойы код жазуды, тестілеуді және қателерді түзетуді қажет етуі мүмкін. Node-RED бұл процесті түбегейлі өзгертеді. Инженерлер алдын ала жасалған байланыс түйіндері мен бақылау тақталарын пайдаланып, функционалды қолданбаларды бірнеше сағат ішінде енгізе алады.

Оның браузерге негізделген интерфейсі енгізу кедергілерін де азайтады. IPC немесе шеткі серверге орнатылғаннан кейін инженерлік ортаға арнайы жұмыс станциясының бағдарламалық жасақтамасынсыз стандартты веб-браузер арқылы қол жеткізуге болады.

2-сурет. Төмен кодты әзірлеу платформалары бағдарламалық жасақтаманың күрделілігін азайтып, өнеркәсіптік қолданбаларды енгізуді жеделдетеді.

Node-RED дамуының негізіндегі техникалық артықшылықтар

Деректерді тасымалдау және қосылым үшін жасалған

Node-RED негізінде құрылғылар мен бағдарламалық қабаттар арасында деректерді өңдеп, бағыттайды. Пайдалы жүктемелерге сандық мәндер, JSON құрылымдары, логикалық күйлер немесе өнеркәсіптік контроллерлер жасайтын машина оқиғалары кіруі мүмкін.

Платформа өнеркәсіптік ортада кең қолданылатын OPC UA, MQTT, Modbus TCP, HTTP және WebSocket байланысы сияқты протоколдарды қолдайды. Протоколдардың мұндай кең қолдауы Node-RED жүйесіне зауыт активтері мен бұлттағы аналитика жүйелері арасында жеңіл аралық бағдарламалық қабат ретінде жұмыс істеуге мүмкіндік береді.

Платформа Node.js негізінде жұмыс істейтіндіктен, Raspberry Pi құрылғыларынан өнеркәсіптік IPC құрылғылары мен виртуалды серверлерге дейінгі ықшам аппараттық платформаларда іске қосыла алады.

Күрделі инфрақұрылымсыз шеткі есептеулер

Заманауи IIoT архитектуралары кідірісті азайтып, бұлтқа жіберілетін трафикті барынша қысқарту үшін шеткі есептеулерге барған сайын көбірек сүйенуде. Node-RED бұл стратегияға табиғи түрде сәйкес келеді, өйткені ол машина деректерін жергілікті жерде өңдеп, тек маңызды ақпаратты ғана жоғары деңгейдегі жүйелерге жібере алады.

Әдеттегі орналастыру кезінде шеткі сервер басқару шкафының ішіне орнатылады. Құрылғы машина желісіне де, кәсіпорын желісіне де бір уақытта қосылып, OT және IT жүйелері арасында қауіпсіз түрлендіру қабаты ретінде қызмет етеді.

Ескі автоматтандыру инфрақұрылымын жаңартып жатқан нысандар үшін бұл тәсіл жаңғыртудың үнемді жолын ұсынады. Инженерлер басқару жүйесін толық қайта жобаламай-ақ, бұрынғы PLC құрылғыларын, бөлінген I/O жүйелерін және SCADA платформаларын біріктіре алады.

3-сурет. Ықшам өнеркәсіптік компьютерлер байланысқан зауыттардағы Node-RED қолданбалары үшін шеткі шлюздер ретінде барған сайын жиі пайдаланылуда.

Өнеркәсіптік шеткі құрылғылар қолданыстың артуына ықпал етуде

Raspberry Pi аппараттық құралдары неге маңызды

Node-RED танымалдығының басты себептерінің бірі — аппараттық құралдардың қолжетімділігі. Raspberry Pi құрылғылары өнеркәсіптік тәжірибе жасауды арзан етті, бұл инженерлерге кәсіпорын деңгейіндегі инфрақұрылым шығындарынсыз IIoT қолданбаларының прототиптерін жасауға мүмкіндік берді.

Кейін өнеркәсіптік жеткізушілер қатайтылған корпустары, кеңейтілген жұмыс температурасы диапазондары және өнеркәсіптік қуат көзін қолдауы бар DIN-рейкаға үйлесімді IPC құрылғыларын шығару арқылы осы тұжырымдаманы кеңейтті.

Орнатылғаннан кейін Node-RED GPIO интерфейстерімен, датчиктермен, релелермен және өнеркәсіптік байланыс модульдерімен тікелей әрекеттесе алады. Инженерлер машиналарға арналған бақылау тақталарын, қоршаған ортаны мониторингтеу жүйелерін немесе жеңілдетілген диспетчерлік қолданбаларды жылдам жасай алады.

Прототиптеуден тыс кеңею

Бастапқыда мейкерлер қауымдастығына арналған құрал болған Node-RED қазір коммерциялық автоматтандыру платформаларында да қолданылады. Өнеркәсіптік жеткізушілер икемді low-code жұмыс процестеріне сұраныстың артқанын түсініп, Node-RED жүйесін жергілікті басқару экожүйелеріне барған сайын көбірек біріктіруде.

Кейбір өндірушілер протоколдарды түрлендіруді жеңілдету үшін Node-RED жүйесін өнеркәсіптік байланыс өнімдерімен және шеткі шлюздермен біріктіреді. Бөлінген автоматтандыру жобаларында өнеркәсіптік желі жүйелері сияқты платформалардың байланыс инфрақұрылымы OT-дан IT-ға деректер ағынын сенімді түрде қамтамасыз етуде маңызды рөл атқарады.

4-сурет. Node-RED бақылау тақталары бір браузер негізіндегі интерфейсте процесті визуализациялауды, оператор басқару элементтерін және шеткі талдауды біріктіре алады.

Node-RED жұмыс процесі ортасының ішінде

Ағындар, түйіндер және оқиғаларды өңдеу

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

Деректер қолданба ішінде солдан оңға қарай ағады. Инженерлер ауқымды бастапқы кодты оқымай-ақ, процестің логикасын көрнекі түрде бақылай алады, бұл ақауларды жоюды және басқару инженерлері мен IT топтары арасындағы ынтымақтастықты жақсартады.

Платформа кеңейтілген теңшеуге арналған JavaScript функция түйіндерін де қолдайды. Бұл гибридті тәсіл инженерлерге қажет болғанда төмен кодты қарапайымдылықты толық бағдарламалау икемділігімен үйлестіруге мүмкіндік береді.

Ауқымды ашық экожүйе

Тағы бір маңызды артықшылығы — ашық қауымдастық экожүйесі. Өнеркәсіптік протоколдарға, бұлттық API интерфейстеріне, дерекқорларға және талдау платформаларына арналған қауымдастық ұсынған мыңдаған түйін қолжетімді.

Көптеген меншікті өнеркәсіптік бағдарламалық жиынтықтардан айырмашылығы, Node-RED қымбат орындалу лицензияларын қажет етпейді. Бұл икемділік оны пилоттық жобаларға, қашықтан бақылау жүйелеріне және масштабталатын архитектуралар әзірлейтін машина жасаушыларға тартымды етеді.

5-сурет. Node-RED көмегімен жасалған браузерлік бақылау тақталары операторларға жеңілдетілген HMI функциялары мен машиналар туралы нақты уақыттағы деректерді ұсына алады.

Автоматтандыру болашағында Node-RED қай жерде қолданылады

Node-RED детерминистік машиналық басқаруға арналған PLC бағдарламалау орталарын алмастырмайды. Нақты уақыттағы қозғалыс жүйелері, қауіпсіздік қолданбалары және жоғары жылдамдықты процестерді басқару әлі де дәстүрлі өнеркәсіптік контроллерлерді қажет етеді.

Алайда Node-RED автоматтандыру жабдығы мен кәсіпорындық бағдарламалық жасақтама арасындағы өсіп келе жатқан алшақтықты толтырады. Зауыттарға көбірек байланыстылық, болжамды талдау және бұлтпен интеграция қажет болғандықтан, төмен кодты шеткі платформалар стратегиялық тұрғыдан маңызды бола түсуде.

Келесі онжылдықта ең табысты өндірушілер дәлелденген басқару жабдықтарын операциялық талаптарға жылдам бейімделе алатын икемді бағдарламалық қабаттармен үйлестіруі ықтимал. Node-RED бұл бағытқа жақсы сәйкес келеді, өйткені ол интеграция икемділігін сақтай отырып, әзірлеу үдерісіндегі кедергілерді азайтады.

Оның нақты құндылығы инженерлерді алмастыруда емес. Керісінше, ол автоматтандыру топтарына қайталанатын бағдарламалық инфрақұрылым тапсырмаларына емес, жүйенің функционалдығына назар аударуға мүмкіндік беру арқылы инженерлік өнімділікті арттырады.

Oliver Grant — өнеркәсіптік жүйелер жөніндегі аға тілші
Oliver Grant өнеркәсіптік автоматтандыру, IIoT инфрақұрылымы және шеткі есептеу технологиялары салаларын қамтуда 14 жылдан астам тәжірибеге ие. Оның тәжірибесіне өндірістік және энергетикалық нысандардағы Siemens, Rockwell Automation, Beckhoff Automation және Emerson технологиялық басқару жүйелерін қамтитын автоматтандыруды біріктіру жобалары кіреді.