Node-RED и развитие low-code промышленной автоматизации

Почему Node-RED привлекает все больше внимания в промышленной автоматизации

На протяжении десятилетий промышленная автоматизация в значительной степени опиралась на специализированные языки программирования и проприетарные инженерные среды. Однако сегодня производители вынуждены быстрее развертывать подключенные системы и одновременно сокращать инженерные затраты. Этот сдвиг ускорил интерес к платформам разработки с низким уровнем программирования, таким как Node-RED.

Изначально разработанный как инструмент событийного программирования на базе Node.js, Node-RED превратился в полноценную платформу промышленных периферийных приложений. Теперь инженеры используют его для объединения операционных технологий (OT) и информационных технологий (IT), особенно при развертывании IIoT и умных производств.

В отличие от традиционной разработки программного обеспечения, Node-RED позволяет инженерам визуально собирать приложения с помощью узлов, которые можно перетаскивать. Результат — более быстрое развертывание, упрощенная интеграция и меньшая зависимость от глубоких навыков программирования.

Рисунок 1. Node-RED стал широко известной платформой с низким уровнем программирования для приложений IIoT и промышленного периферийного вычисления.

Разработка с низким уровнем программирования находит применение в производстве

От лестничной логики к визуальным рабочим процессам

Промышленная автоматизация уже много лет использует графическое программирование. Лестничная логика ПЛК, функциональные блок-схемы и интерфейсы обучения роботов снижали сложность программирования задолго до того, как термин «низкий уровень программирования» стал популярным.

Node-RED продолжает эту концепцию в современной автоматизации, ориентированной на данные. Вместо того чтобы сосредотачиваться только на последовательности операций машин, инженеры теперь могут создавать рабочие процессы, перемещающие данные между ПЛК, HMI, базами данных, облачными платформами и корпоративными системами.

Эта возможность стала особенно важной по мере модернизации производителями устаревших систем управления. Предприятия со старой инфраструктурой ПЛК часто используют Node-RED вместе с платформами Allen-Bradley или Mitsubishi Electric, чтобы упростить сбор данных и подключение к облаку без замены существующего оборудования.

Другой подход к промышленному программному обеспечению

Традиционная разработка промышленного программного обеспечения может требовать недель написания кода, тестирования и отладки. Node-RED кардинально меняет этот процесс. Инженеры могут развертывать функциональные приложения в течение нескольких часов, используя готовые узлы связи и информационные панели.

Его интерфейс на основе браузера также снижает барьеры для развертывания. После установки на IPC или периферийный сервер среда разработки становится доступной через стандартный веб-браузер без специализированного программного обеспечения для рабочей станции.

Рисунок 2. Платформы разработки с низким уровнем программирования снижают сложность программного обеспечения и одновременно ускоряют развертывание промышленных приложений.

Технические преимущества, лежащие в основе роста Node-RED

Создано для перемещения данных и подключения

В основе Node-RED лежит обработка и маршрутизация данных между устройствами и программными уровнями. Полезная нагрузка может включать числовые значения, структуры JSON, логические состояния или события машин, генерируемые промышленными контроллерами.

Платформа поддерживает протоколы, распространённые в промышленной среде, включая OPC UA, MQTT, Modbus TCP, HTTP и WebSocket. Благодаря такой широкой поддержке протоколов Node-RED может выступать в роли лёгкого промежуточного слоя между производственными объектами и облачными аналитическими системами.

Поскольку платформа работает на Node.js, она может функционировать на компактных аппаратных платформах — от устройств Raspberry Pi до промышленных IPC и виртуальных серверов.

Периферийные вычисления без сложной инфраструктуры

Современные архитектуры IIoT всё чаще используют периферийные вычисления для снижения задержки и минимизации трафика в облако. Node-RED естественным образом вписывается в эту стратегию, поскольку может обрабатывать данные машин локально, передавая выше по цепочке только критически важную информацию.

Обычно периферийный сервер размещают внутри шкафа управления. Устройство одновременно подключается к сети машин и корпоративной сети, выступая в роли защищённого уровня преобразования между системами OT и IT.

Для предприятий, модернизирующих устаревшую инфраструктуру автоматизации, этот подход обеспечивает экономичный путь модернизации. Инженеры могут интегрировать устаревшие ПЛК, распределённые системы ввода-вывода и платформы SCADA без полной переработки системы управления.

Рисунок 3. Компактные промышленные компьютеры всё чаще используются как периферийные шлюзы для приложений Node-RED на подключённых предприятиях.

Промышленные периферийные устройства стимулируют внедрение

Почему оборудование Raspberry Pi имеет значение

Одна из главных причин популярности Node-RED — доступность оборудования. Устройства Raspberry Pi сделали промышленные эксперименты недорогими, позволив инженерам создавать прототипы приложений IIoT без затрат на инфраструктуру корпоративного масштаба.

Позднее промышленные поставщики расширили эту концепцию, представив IPC, совместимые с монтажом на DIN-рейку, с усиленными корпусами, более широким диапазоном рабочих температур и поддержкой промышленного электропитания.

После развёртывания Node-RED может напрямую взаимодействовать с интерфейсами GPIO, датчиками, реле и промышленными коммуникационными модулями. Инженеры могут быстро создавать панели мониторинга машин, системы контроля окружающей среды или облегчённые приложения диспетчерского управления.

За пределами прототипирования

То, что начиналось как инструмент для сообщества мейкеров, теперь используется в коммерческих платформах автоматизации. Промышленные поставщики всё чаще интегрируют Node-RED в собственные экосистемы управления, признавая спрос на гибкие рабочие процессы с минимальным объёмом программирования.

Некоторые производители теперь объединяют Node-RED с продуктами для промышленной связи и периферийными шлюзами, чтобы упростить преобразование протоколов. В распределённых проектах автоматизации инфраструктура связи, представленная такими решениями, как системы промышленной сетевой инфраструктуры, играет важную роль в обеспечении надёжного потока данных между OT и IT.

Рисунок 4. Панели Node-RED могут объединять визуализацию процессов, элементы управления для операторов и периферийную аналитику в едином браузерном интерфейсе.

Внутри среды рабочих процессов Node-RED

Потоки, узлы и обработка событий

Приложения Node-RED состоят из потоков, построенных из взаимосвязанных узлов. Каждый узел выполняет определённую задачу, например фильтрацию данных, изменение полезной нагрузки, задержку действий или обмен данными с внешними устройствами.

Данные проходят через приложение слева направо. Инженеры могут визуально отслеживать логику процессов без чтения больших объёмов исходного кода, что упрощает устранение неполадок и сотрудничество между инженерами по системам управления и ИТ-командами.

Платформа также поддерживает функциональные узлы JavaScript для расширенной настройки. Такой гибридный подход позволяет инженерам сочетать простоту низкоуровневой разработки с полной гибкостью программирования, когда это необходимо.

Масштабная открытая экосистема

Ещё одно важное преимущество — открытая экосистема сообщества. Доступны тысячи узлов, созданных участниками сообщества, для промышленных протоколов, облачных API, баз данных и аналитических платформ.

В отличие от многих проприетарных промышленных программных комплексов, Node-RED не требует дорогостоящего лицензирования среды выполнения. Благодаря этой гибкости платформа привлекательна для пилотных проектов, систем удалённого мониторинга и производителей машин, разрабатывающих масштабируемые архитектуры.

Рисунок 5. Браузерные панели, созданные с помощью Node-RED, могут обеспечивать операторам базовые функции HMI и отображать данные с оборудования в реальном времени.

Место Node-RED в будущем автоматизации

Node-RED не заменит среды программирования ПЛК для детерминированного управления машинами. Системы управления движением в реальном времени, приложения безопасности и высокоскоростное управление технологическими процессами по-прежнему требуют традиционных промышленных контроллеров.

Однако Node-RED устраняет растущий разрыв между оборудованием автоматизации и корпоративным программным обеспечением. По мере того как заводам требуются более широкие возможности подключения, прогнозной аналитики и облачной интеграции, периферийные платформы с низким уровнем программирования приобретают стратегическое значение.

В течение следующего десятилетия наиболее успешные производители, вероятно, будут сочетать проверенное аппаратное обеспечение систем управления с гибкими программными уровнями, способными быстро адаптироваться к эксплуатационным требованиям. Node-RED хорошо соответствует этому направлению, поскольку снижает сложность разработки, сохраняя гибкость интеграции.

Её реальная ценность не в замене инженеров. Напротив, она повышает производительность инженерных команд, позволяя специалистам по автоматизации сосредоточиться на функциональности систем, а не на повторяющихся задачах по созданию программной инфраструктуры.

Оливер Грант — старший корреспондент по промышленным системам
Оливер Грант имеет более чем 14-летний опыт освещения тем промышленной автоматизации, инфраструктуры IIoT и технологий периферийных вычислений. В его послужном списке — проекты по интеграции систем автоматизации с использованием систем управления технологическими процессами Siemens, Rockwell Automation, Beckhoff Automation и Emerson на производственных и энергетических объектах.