Node-RED i wzrost popularności niskokodowej automatyzacji przemysłowej

Dlaczego Node-RED Zyskuje Popularność w Automatyce Przemysłowej

Przez dekady automatyka przemysłowa opierała się w dużej mierze na specjalistycznych językach programowania i własnych środowiskach inżynierskich. Dziś jednak producenci są pod presją, by szybciej wdrażać systemy połączone, jednocześnie redukując nakład pracy inżynierskiej. Ta zmiana przyspieszyła zainteresowanie platformami niskokodowymi, takimi jak Node-RED.

Początkowo opracowany jako narzędzie programowania zdarzeniowego oparte na Node.js, Node-RED rozwinął się w poważną platformę aplikacji edge dla przemysłu. Inżynierowie używają go teraz do łączenia technologii operacyjnej (OT) i informatycznej (IT), zwłaszcza w wdrożeniach IIoT i inteligentnych fabryk.

W przeciwieństwie do tradycyjnego rozwoju oprogramowania, Node-RED pozwala inżynierom wizualnie składać aplikacje, przeciągając i upuszczając węzły. Efektem jest szybsze wdrożenie, uproszczona integracja i mniejsze uzależnienie od zaawansowanej wiedzy programistycznej.

Rysunek 1. Node-RED stał się powszechnie rozpoznawaną platformą niskokodową dla IIoT i przemysłowych zastosowań edge computing.

Rozwój Niskokodowy Znajduje Zastosowanie na Hali Produkcyjnej

Od Logiki Drabinkowej do Wizualnych Przepływów Pracy

Automatyka przemysłowa od lat korzysta z programowania graficznego. Logika drabinkowa PLC, diagramy bloków funkcyjnych i interfejsy nauczania robotów znacznie upraszczały programowanie na długo przed pojawieniem się terminu „niskokodowe”.

Node-RED rozszerza tę filozofię na nowoczesną, zorientowaną na dane automatykę. Zamiast skupiać się wyłącznie na sekwencjonowaniu maszyn, inżynierowie mogą teraz tworzyć przepływy pracy przesyłające dane między PLC, HMI, bazami danych, platformami chmurowymi i systemami przedsiębiorstwa.

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

Inne Podejście do Oprogramowania Przemysłowego

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

Jego przeglądarkowy interfejs również obniża bariery wdrożeniowe. Po zainstalowaniu na IPC lub serwerze brzegowym środowisko inżynierskie staje się dostępne przez standardową przeglądarkę internetową bez potrzeby dedykowanego oprogramowania na stacji roboczej.

Rysunek 2. Platformy do tworzenia oprogramowania niskokodowego zmniejszają złożoność oprogramowania, jednocześnie przyspieszając wdrażanie aplikacji przemysłowych.

Techniczne Zalety Wzrostu Popularności Node-RED

Stworzony do Przemieszczania Danych i Łączności

W swojej istocie Node-RED przetwarza i kieruje dane między urządzeniami a warstwami oprogramowania. Ładunki danych mogą zawierać wartości numeryczne, 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. To szerokie wsparcie protokołów pozwala Node-RED działać jako lekka warstwa pośrednia między zasobami fabryki a systemami analityki w chmurze.

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

Edge computing bez ciężkiej infrastruktury

Nowoczesne architektury IIoT coraz częściej opierają się na edge computingu, aby zmniejszyć opóźnienia i zminimalizować ruch w chmurze. Node-RED naturalnie wpisuje się w tę strategię, ponieważ może przetwarzać dane maszyn lokalnie, przekazując dalej tylko krytyczne informacje.

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

Dla zakładów modernizujących starszą infrastrukturę automatyzacji, takie podejście stanowi opłacalną ścieżkę modernizacji. Inżynierowie mogą integrować starsze sterowniki PLC, rozproszone systemy I/O i platformy SCADA bez konieczności całkowitego przeprojektowania systemów sterowania.

Rysunek 3. Kompaktowe komputery przemysłowe coraz częściej służą jako bramy brzegowe dla aplikacji Node-RED w połączonych fabrykach.

Przemysłowe urządzenia brzegowe napędzają adopcję

Dlaczego sprzęt Raspberry Pi ma znaczenie

Jednym z głównych powodów popularności Node-RED jest dostępność sprzętu. Urządzenia Raspberry Pi uczyniły eksperymenty przemysłowe tanimi, pozwalając inżynierom prototypować aplikacje IIoT bez kosztów infrastruktury na poziomie przedsiębiorstwa.

Dostawcy przemysłowi później rozszerzyli ten koncept, wprowadzając komputery IPC kompatybilne z szyną DIN, z wytrzymałymi obudowami, szerszym zakresem temperatur pracy i wsparciem zasilania przemysłowego.

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

Rozszerzanie poza prototypowanie

To, co zaczęło się jako narzędzie dla społeczności twórców, teraz pojawia się w komercyjnych platformach automatyzacji. Producenci przemysłowi coraz częściej integrują Node-RED z natywnymi ekosystemami sterowania, dostrzegając zapotrzebowanie na elastyczne przepływy pracy low-code.

Niektórzy producenci łączą teraz Node-RED z przemysłowymi produktami komunikacyjnymi i bramami brzegowymi, aby uprościć tłumaczenie protokołów. W rozproszonych projektach automatyzacji infrastruktura komunikacyjna z platform takich jak systemy sieci przemysłowej odgrywa ważną rolę w utrzymaniu niezawodnego przepływu danych OT do IT.

Rysunek 4. Panele Node-RED mogą łączyć wizualizację procesów, sterowanie operatora i analitykę edge w jednym interfejsie opartym na przeglądarce.

Wewnątrz środowiska pracy Node-RED

Przepływy, węzły i przetwarzanie zdarzeń

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

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

Platforma wspiera także węzły funkcji JavaScript do zaawansowanej personalizacji. To podejście hybrydowe pozwala inżynierom łączyć prostotę low-code z pełną elastycznością programowania, gdy jest to potrzebne.

Ogromny otwarty ekosystem

Kolejną dużą zaletą jest otwarta społeczność ekosystemu. Tysiące dostępnych węzłów zostało stworzonych dla protokołów przemysłowych, API chmurowych, baz danych i platform analitycznych.

W przeciwieństwie do wielu własnościowych pakietów oprogramowania przemysłowego, Node-RED unika kosztownych licencji runtime. Ta elastyczność czyni go atrakcyjnym dla projektów pilotażowych, systemów zdalnego monitoringu oraz producentów maszyn rozwijających skalowalne architektury.

Rysunek 5. Panele przeglądarkowe stworzone za pomocą Node-RED mogą zapewnić operatorom lekką funkcjonalność HMI oraz dane maszyn w czasie rzeczywistym.

Gdzie Node-RED znajduje swoje miejsce w przyszłości automatyzacji

Node-RED nie zastąpi środowisk programowania PLC do deterministycznej kontroli maszyn. Systemy ruchu w czasie rzeczywistym, aplikacje bezpieczeństwa i szybka kontrola procesów 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 low-code na krawędzi stają się strategicznie ważne.

Najbardziej udani producenci w nadchodzącej dekadzie prawdopodobnie połączą sprawdzony sprzęt sterujący z elastycznymi warstwami oprogramowania, które szybko dostosowują się do wymagań operacyjnych. Node-RED dobrze wpisuje się w ten kierunek, ponieważ zmniejsza tarcia w rozwoju, zachowując jednocześnie elastyczność integracji.

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

Oliver Grant — starszy reporter ds. systemów przemysłowych
Oliver Grant ma ponad 14 lat doświadczenia w zakresie automatyzacji przemysłowej, infrastruktury IIoT oraz technologii edge computing. Jego doświadczenie obejmuje projekty integracji automatyki z wykorzystaniem systemów Siemens, Rockwell Automation, Beckhoff Automation oraz Emerson w zakładach produkcyjnych i energetycznych.