Node-RED i rozwój niskokodowej automatyzacji przemysłowej

Dlaczego Node-RED zyskuje popularność w automatyce przemysłowej

Przez dziesięciolecia automatyka przemysłowa w dużej mierze opierała się na wyspecjalizowanych językach programowania i zastrzeżonych środowiskach inżynierskich. Dziś jednak producenci są pod presją, aby szybciej wdrażać połączone systemy, jednocześnie ograniczając nakłady inżynierskie. Ta zmiana przyspieszyła zainteresowanie platformami programistycznymi low-code, takimi jak Node-RED.

Node-RED, pierwotnie opracowany jako narzędzie do programowania sterowanego zdarzeniami, oparte na Node.js, ewoluował w poważną platformę przemysłowych aplikacji brzegowych. Inżynierowie używają go obecnie do łączenia technologii operacyjnej (OT) z technologią informacyjną (IT), zwłaszcza we wdrożeniach IIoT i inteligentnych fabrykach.

W przeciwieństwie do tradycyjnego tworzenia oprogramowania Node-RED pozwala inżynierom wizualnie składać aplikacje za pomocą węzłów przeciąganych i upuszczanych. Rezultatem są szybsze wdrażanie, uproszczona integracja i mniejsza zależność od zaawansowanych umiejętności programistycznych.

Rysunek 1. Node-RED stał się powszechnie rozpoznawalną platformą low-code do zastosowań IIoT i przemysłowego przetwarzania brzegowego.

Programowanie low-code znajduje zastosowanie na hali produkcyjnej

Od logiki drabinkowej do wizualnych przepływów pracy

Automatyka przemysłowa od lat wykorzystuje programowanie graficzne. Logika drabinkowa PLC, schematy bloków funkcyjnych i interfejsy programowania robotów od dawna upraszczały programowanie, zanim termin „low-code” zyskał popularność.

Node-RED rozwija tę ideę, przenosząc ją do nowoczesnej automatyzacji opartej na danych. Zamiast skupiać się wyłącznie na sekwencjonowaniu maszyn, inżynierowie mogą teraz tworzyć przepływy pracy przesyłające dane między sterownikami PLC, interfejsami HMI, bazami danych, platformami chmurowymi i systemami przedsiębiorstwa.

Ta możliwość stała się szczególnie ważna, gdy producenci modernizują starsze systemy sterowania. Zakłady korzystające ze starszej infrastruktury PLC często łączą Node-RED z platformami firm Allen-Bradley lub Mitsubishi Electric, aby uprościć gromadzenie danych i łączność z chmurą bez wymiany istniejącego sprzętu.

Inne podejście do oprogramowania przemysłowego

Tradyczne tworzenie oprogramowania przemysłowego może wymagać tygodni kodowania, testowania i debugowania. Node-RED radykalnie zmienia ten proces. Inżynierowie mogą wdrażać funkcjonalne aplikacje w ciągu kilku godzin, korzystając z gotowych węzłów komunikacyjnych i pulpitów nawigacyjnych.

Jego interfejs oparty na przeglądarce również obniża bariery wdrażania. Po zainstalowaniu na komputerze przemysłowym IPC lub serwerze brzegowym środowisko inżynierskie staje się dostępne za pośrednictwem standardowej przeglądarki internetowej, bez potrzeby korzystania z dedykowanego oprogramowania na stacji roboczej.

Rysunek 2. Platformy programistyczne low-code zmniejszają złożoność oprogramowania, jednocześnie przyspieszając wdrażanie aplikacji przemysłowych.

Techniczne zalety stojące za rozwojem Node-RED

Stworzony z myślą o przesyłaniu danych i łączności

U podstaw Node-RED przetwarza i przekazuje dane między urządzeniami a warstwami oprogramowania. Ładunki danych mogą obejmować wartości liczbowe, struktury JSON, stany logiczne lub zdarzenia maszynowe generowane przez sterowniki przemysłowe.

Platforma obsługuje protokoły powszechnie spotykane w środowiskach przemysłowych, w tym OPC UA, MQTT, Modbus TCP, HTTP i komunikację WebSocket. Tak szerokie wsparcie protokołów pozwala Node-RED pełnić funkcję lekkiej warstwy pośredniej między zasobami fabryki a systemami analitycznymi w chmurze.

Ponieważ platforma działa na Node.js, może pracować na kompaktowych platformach sprzętowych — od urządzeń Raspberry Pi po przemysłowe komputery IPC i serwery wirtualne.

Przetwarzanie brzegowe bez rozbudowanej infrastruktury

Nowoczesne architektury IIoT coraz częściej wykorzystują przetwarzanie brzegowe w celu zmniejszenia opóźnień i ograniczenia ruchu w chmurze. Node-RED naturalnie wpisuje się w tę strategię, ponieważ może lokalnie przetwarzać dane maszynowe, a następnie przekazywać dalej tylko najważniejsze informacje.

Typowe wdrożenie umieszcza serwer brzegowy wewnątrz szafy sterowniczej. Urządzenie łączy się jednocześnie z siecią maszyn i siecią przedsiębiorstwa, działając jako bezpieczna warstwa tłumacząca między systemami OT i IT.

W przypadku zakładów modernizujących starszą infrastrukturę automatyki podejście to zapewnia opłacalną ścieżkę modernizacji. Inżynierowie mogą integrować starsze sterowniki PLC, rozproszone systemy I/O i platformy SCADA bez całkowitego przeprojektowywania systemu sterowania.

Rysunek 3. Kompaktowe komputery przemysłowe coraz częściej pełnią funkcję bram brzegowych dla aplikacji Node-RED w połączonych fabrykach.

Przemysłowe urządzenia brzegowe napędzają upowszechnianie

Dlaczego sprzęt Raspberry Pi ma znaczenie

Jednym z głównych powodów popularności Node-RED jest łatwa dostępność sprzętu. Urządzenia Raspberry Pi obniżyły koszt eksperymentów przemysłowych, umożliwiając inżynierom prototypowanie aplikacji IIoT bez kosztów infrastruktury na skalę korporacyjną.

Dostawcy rozwiązań przemysłowych rozszerzyli później tę koncepcję, wprowadzając komputery IPC zgodne z montażem na szynie DIN, wyposażone we wzmocnione obudowy, szerszy zakres temperatury pracy i przemysłowe zasilanie.

Po wdrożeniu Node-RED może bezpośrednio współpracować z interfejsami GPIO, czujnikami, przekaźnikami i przemysłowymi modułami komunikacyjnymi. Inżynierowie mogą szybko tworzyć pulpity maszyn, systemy monitorowania środowiska lub lekkie aplikacje nadzorcze.

Wyjście poza prototypowanie

To, co zaczęło się jako narzędzie społeczności twórców, jest obecnie wykorzystywane w komercyjnych platformach automatyki. Dostawcy rozwiązań przemysłowych coraz częściej integrują Node-RED z natywnymi ekosystemami sterowania, dostrzegając zapotrzebowanie na elastyczne przepływy pracy low-code.

Niektórzy producenci łączą obecnie Node-RED z produktami do komunikacji przemysłowej i bramami brzegowymi, aby uprościć tłumaczenie protokołów. W rozproszonych projektach automatyki infrastruktura komunikacyjna z platform takich jak przemysłowe systemy sieciowe odgrywa ważną rolę w utrzymaniu niezawodnego przepływu danych między OT a IT.

Rysunek 4. Panele Node-RED mogą łączyć wizualizację procesu, elementy sterowania operatorskiego i analitykę brzegową w jednym interfejsie działającym w przeglądarce.

W środowisku przepływów Node-RED

Przepływy, węzły i przetwarzanie zdarzeń

Aplikacje Node-RED składają się z przepływów zbudowanych z połączonych ze sobą węzłów. Każdy węzeł wykonuje określone zadanie, takie jak filtrowanie danych, modyfikowanie danych ładunku, opóźnianie działań lub komunikowanie się z urządzeniami zewnętrznymi.

Dane przepływają przez aplikację od lewej do prawej. Inżynierowie mogą wizualnie śledzić logikę procesu bez czytania obszernego kodu źródłowego, co usprawnia rozwiązywanie problemów i współpracę między inżynierami automatykami a zespołami IT.

Platforma obsługuje również węzły funkcji JavaScript umożliwiające zaawansowane dostosowywanie. Takie hybrydowe podejście pozwala inżynierom łączyć prostotę low-code z pełną elastycznością programowania, gdy jest ona potrzebna.

Ogromny otwarty ekosystem

Kolejną istotną zaletą jest otwarty ekosystem społeczności. Dostępne są tysiące udostępnionych węzłów do obsługi protokołów przemysłowych, interfejsów API chmury, baz danych i platform analitycznych.

W przeciwieństwie do wielu zastrzeżonych pakietów oprogramowania przemysłowego Node-RED nie wymaga kosztownych licencji runtime. Ta elastyczność sprawia, że jest atrakcyjny w projektach pilotażowych, systemach zdalnego monitorowania oraz dla konstruktorów maszyn opracowujących skalowalne architektury.

Rysunek 5. Panele sterowania tworzone w przeglądarce za pomocą Node-RED mogą zapewniać operatorom podstawowe funkcje HMI oraz dostęp do bieżących danych maszyn.

Rola Node-RED w przyszłości automatyki

Node-RED nie zastąpi środowisk programowania sterowników PLC w deterministycznym sterowaniu maszynami. Systemy sterowania ruchem w czasie rzeczywistym, aplikacje bezpieczeństwa i szybkie sterowanie procesami nadal wymagają tradycyjnych sterowników przemysłowych.

Node-RED wypełnia jednak rosnącą lukę między sprzętem automatyki a oprogramowaniem korporacyjnym. W miarę jak fabryki wymagają większej łączności, analityki predykcyjnej i integracji z chmurą, platformy brzegowe low-code zyskują strategiczne znaczenie.

Najskuteczniejsi producenci w nadchodzącej dekadzie prawdopodobnie połączą sprawdzony sprzęt sterujący z elastycznymi warstwami oprogramowania, które potrafią szybko dostosowywać się do wymagań operacyjnych. Node-RED dobrze wpisuje się w ten kierunek, ponieważ ogranicza trudności związane z tworzeniem oprogramowania, zachowując jednocześnie elastyczność integracji.

Jego prawdziwa wartość nie polega na zastępowaniu inżynierów. Zamiast tego zwiększa produktywność zespołów inżynieryjnych, pozwalając zespołom automatyki skupić się na funkcjonalności systemu, a nie na powtarzalnych zadaniach związanych z infrastrukturą programową.

Oliver Grant — starszy reporter ds. systemów przemysłowych
Oliver Grant ma ponad 14 lat doświadczenia w opisywaniu automatyki przemysłowej, infrastruktury IIoT i technologii przetwarzania brzegowego. Jego doświadczenie obejmuje projekty integracji automatyki wykorzystujące systemy sterowania firmy Siemens, Rockwell Automation, Beckhoff Automation i Emerson w zakładach produkcyjnych oraz obiektach energetycznych.