Node-RED และการเติบโตของระบบอัตโนมัติในภาคอุตสาหกรรมแบบโลว์โค้ด

เหตุใด Node-RED จึงได้รับความสนใจในระบบอัตโนมัติภาคอุตสาหกรรม

เป็นเวลาหลายทศวรรษที่ระบบอัตโนมัติในภาคอุตสาหกรรมพึ่งพาภาษาการเขียนโปรแกรมเฉพาะทางและสภาพแวดล้อมทางวิศวกรรมที่เป็นกรรมสิทธิ์อย่างมาก อย่างไรก็ตาม ปัจจุบันผู้ผลิตต้องเร่งปรับใช้ระบบที่เชื่อมต่อถึงกัน พร้อมลดภาระงานด้านวิศวกรรม แรงผลักดันดังกล่าวทำให้ความสนใจในแพลตฟอร์มการพัฒนาแบบโลว์โค้ด เช่น Node-RED เพิ่มขึ้น

เดิมที Node-RED ได้รับการพัฒนาเป็นเครื่องมือเขียนโปรแกรมที่ขับเคลื่อนด้วยเหตุการณ์และสร้างบน Node.js แต่ได้พัฒนาเป็นแพลตฟอร์มแอปพลิเคชันเอดจ์อุตสาหกรรมที่จริงจัง ปัจจุบันวิศวกรใช้แพลตฟอร์มนี้เพื่อเชื่อมโยงเทคโนโลยีปฏิบัติการ (OT) กับเทคโนโลยีสารสนเทศ (IT) โดยเฉพาะในการติดตั้งใช้งาน IIoT และโรงงานอัจฉริยะ

แตกต่างจากการพัฒนาซอฟต์แวร์แบบดั้งเดิม Node-RED ช่วยให้วิศวกรประกอบแอปพลิเคชันด้วยภาพโดยใช้โหนดแบบลากและวาง ผลลัพธ์คือการปรับใช้ที่รวดเร็วขึ้น การผสานรวมที่ง่ายขึ้น และการพึ่งพาความเชี่ยวชาญด้านการเขียนโปรแกรมขั้นสูงที่ลดลง

รูปที่ 1. Node-RED กลายเป็นแพลตฟอร์มแบบโลว์โค้ดที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางสำหรับแอปพลิเคชัน IIoT และการประมวลผลแบบเอดจ์ในภาคอุตสาหกรรม

การพัฒนาแบบโลว์โค้ดเข้ามามีบทบาทในโรงงาน

จากลอจิกแบบแลดเดอร์สู่เวิร์กโฟลว์แบบภาพ

ระบบอัตโนมัติในภาคอุตสาหกรรมใช้การเขียนโปรแกรมแบบกราฟิกมานานหลายปีแล้ว ทั้งลอจิกแบบแลดเดอร์ของ PLC ไดอะแกรมบล็อกฟังก์ชัน และอินเทอร์เฟซสำหรับสอนหุ่นยนต์ ล้วนช่วยลดความซับซ้อนในการเขียนโปรแกรมมานานก่อนที่คำว่า “โลว์โค้ด” จะได้รับความนิยม

Node-RED ขยายแนวคิดดังกล่าวไปสู่ระบบอัตโนมัติสมัยใหม่ที่ขับเคลื่อนด้วยข้อมูล แทนที่จะมุ่งเน้นเฉพาะลำดับการทำงานของเครื่องจักร วิศวกรสามารถสร้างเวิร์กโฟลว์ที่เคลื่อนย้ายข้อมูลระหว่าง PLC, HMI, ฐานข้อมูล แพลตฟอร์มคลาวด์ และระบบองค์กรได้

ความสามารถนี้มีความสำคัญเป็นพิเศษเมื่อผู้ผลิตปรับปรุงระบบควบคุมเดิมให้ทันสมัย โรงงานที่ใช้โครงสร้างพื้นฐาน PLC รุ่นเก่ามักใช้ Node-RED ร่วมกับแพลตฟอร์มจาก Allen-Bradley หรือ Mitsubishi Electric เพื่อทำให้การเก็บรวบรวมข้อมูลและการเชื่อมต่อคลาวด์ง่ายขึ้น โดยไม่ต้องเปลี่ยนอุปกรณ์เดิม

แนวทางที่แตกต่างสำหรับซอฟต์แวร์อุตสาหกรรม

การพัฒนาซอฟต์แวร์อุตสาหกรรมแบบดั้งเดิมอาจต้องใช้เวลาหลายสัปดาห์ในการเขียนโค้ด ทดสอบ และแก้ไขข้อบกพร่อง Node-RED เปลี่ยนกระบวนการดังกล่าวไปอย่างมาก วิศวกรสามารถปรับใช้แอปพลิเคชันที่ใช้งานได้ภายในไม่กี่ชั่วโมง โดยใช้โหนดการสื่อสารและแดชบอร์ดสำเร็จรูป

อินเทอร์เฟซบนเบราว์เซอร์ยังช่วยลดอุปสรรคในการปรับใช้ เมื่อติดตั้งบน IPC หรือเซิร์ฟเวอร์เอดจ์แล้ว สภาพแวดล้อมทางวิศวกรรมจะเข้าถึงได้ผ่านเว็บเบราว์เซอร์มาตรฐาน โดยไม่ต้องใช้ซอฟต์แวร์สำหรับเวิร์กสเตชันโดยเฉพาะ

รูปที่ 2. แพลตฟอร์มการพัฒนาแบบโลว์โค้ดช่วยลดความซับซ้อนของซอฟต์แวร์ พร้อมเร่งการปรับใช้แอปพลิเคชันในภาคอุตสาหกรรม

ข้อได้เปรียบทางเทคนิคที่อยู่เบื้องหลังการเติบโตของ Node-RED

ออกแบบมาเพื่อการเคลื่อนย้ายข้อมูลและการเชื่อมต่อ

หัวใจสำคัญของ Node-RED คือการประมวลผลและกำหนดเส้นทางข้อมูลระหว่างอุปกรณ์กับชั้นซอฟต์แวร์ เพย์โหลดอาจประกอบด้วยค่าตัวเลข โครงสร้าง JSON สถานะบูลีน หรือเหตุการณ์ของเครื่องจักรที่สร้างขึ้นโดยคอนโทรลเลอร์อุตสาหกรรม

แพลตฟอร์มรองรับโพรโทคอลที่พบได้ทั่วไปในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรม ได้แก่ OPC UA, MQTT, Modbus TCP, HTTP และการสื่อสารผ่าน WebSocket การรองรับโพรโทคอลที่หลากหลายนี้ทำให้ Node-RED ทำหน้าที่เป็นมิดเดิลแวร์น้ำหนักเบาระหว่างทรัพย์สินในโรงงานกับระบบวิเคราะห์ข้อมูลบนคลาวด์ได้

เนื่องจากแพลตฟอร์มทำงานบน Node.js จึงสามารถทำงานบนแพลตฟอร์มฮาร์ดแวร์ขนาดกะทัดรัดได้หลากหลาย ตั้งแต่อุปกรณ์ Raspberry Pi ไปจนถึง IPC อุตสาหกรรมและเซิร์ฟเวอร์เสมือน

เอดจ์คอมพิวติงโดยไม่ต้องใช้โครงสร้างพื้นฐานขนาดใหญ่

สถาปัตยกรรม IIoT สมัยใหม่พึ่งพาเอดจ์คอมพิวติงมากขึ้น เพื่อลดเวลาแฝงและลดปริมาณทราฟฟิกบนคลาวด์ Node-RED เข้ากับกลยุทธ์นี้ได้อย่างเป็นธรรมชาติ เพราะสามารถประมวลผลข้อมูลเครื่องจักรภายในพื้นที่ก่อนส่งต่อเฉพาะข้อมูลสำคัญขึ้นไปยังระบบระดับบน

โดยทั่วไปจะติดตั้งเอดจ์เซิร์ฟเวอร์ไว้ภายในตู้ควบคุม อุปกรณ์จะเชื่อมต่อพร้อมกันกับเครือข่ายเครื่องจักรและเครือข่ายองค์กร ทำหน้าที่เป็นชั้นแปลภาษาที่ปลอดภัยระหว่างระบบ OT และ IT

สำหรับโรงงานที่กำลังปรับปรุงโครงสร้างพื้นฐานระบบอัตโนมัติรุ่นเก่า แนวทางนี้เป็นเส้นทางปรับปรุงให้ทันสมัยที่คุ้มค่า วิศวกรสามารถผสานรวม PLC รุ่นเก่า ระบบ I/O แบบกระจาย และแพลตฟอร์ม SCADA ได้โดยไม่ต้องออกแบบระบบควบคุมใหม่ทั้งหมด

รูปที่ 3 คอมพิวเตอร์อุตสาหกรรมขนาดกะทัดรัดกำลังทำหน้าที่เป็นเอดจ์เกตเวย์สำหรับแอปพลิเคชัน Node-RED ในโรงงานที่เชื่อมต่อถึงกันมากขึ้น

อุปกรณ์เอดจ์อุตสาหกรรมกำลังผลักดันการนำไปใช้งาน

เหตุใดฮาร์ดแวร์ Raspberry Pi จึงมีความสำคัญ

เหตุผลสำคัญประการหนึ่งที่ทำให้ Node-RED ได้รับความนิยมคือการเข้าถึงฮาร์ดแวร์ได้ง่าย อุปกรณ์ Raspberry Pi ทำให้การทดลองด้านอุตสาหกรรมมีต้นทุนต่ำลง ช่วยให้วิศวกรสร้างต้นแบบแอปพลิเคชัน IIoT ได้โดยไม่ต้องแบกรับต้นทุนโครงสร้างพื้นฐานระดับองค์กร

ต่อมาผู้จัดจำหน่ายอุตสาหกรรมได้ขยายแนวคิดนี้ด้วยการเปิดตัว IPC ที่รองรับการติดตั้งบนราง DIN ซึ่งมาพร้อมตัวเครื่องที่ทนทาน ช่วงอุณหภูมิการทำงานที่กว้างขึ้น และระบบจ่ายไฟสำหรับอุตสาหกรรม

เมื่อนำไปใช้งานแล้ว Node-RED สามารถโต้ตอบโดยตรงกับอินเทอร์เฟซ GPIO เซ็นเซอร์ รีเลย์ และโมดูลการสื่อสารอุตสาหกรรม วิศวกรสามารถสร้างแดชบอร์ดเครื่องจักร ระบบตรวจติดตามสภาพแวดล้อม หรือแอปพลิเคชันกำกับดูแลแบบเบาได้อย่างรวดเร็ว

ขยายขอบเขตให้ไกลกว่าการสร้างต้นแบบ

สิ่งที่เริ่มต้นจากเครื่องมือสำหรับชุมชนนักสร้างสรรค์ ปัจจุบันปรากฏอยู่ภายในแพลตฟอร์มระบบอัตโนมัติเชิงพาณิชย์ ผู้จำหน่ายอุตสาหกรรมผสาน Node-RED เข้ากับระบบนิเวศการควบคุมดั้งเดิมมากขึ้น โดยตระหนักถึงความต้องการเวิร์กโฟลว์แบบโลว์โค้ดที่ยืดหยุ่น

ผู้ผลิตบางรายเริ่มผสาน Node-RED เข้ากับผลิตภัณฑ์การสื่อสารอุตสาหกรรมและเอดจ์เกตเวย์ เพื่อทำให้การแปลงโพรโทคอลง่ายขึ้น ในโครงการระบบอัตโนมัติแบบกระจาย โครงสร้างพื้นฐานด้านการสื่อสารจากแพลตฟอร์มต่าง ๆ เช่น ระบบเครือข่ายอุตสาหกรรม มีบทบาทสำคัญในการรักษาการไหลของข้อมูลจาก OT ไปยัง IT ให้มีความเสถียร

รูปที่ 4. แดชบอร์ด Node-RED สามารถรวมการแสดงภาพกระบวนการ การควบคุมโดยผู้ปฏิบัติงาน และการวิเคราะห์ที่เอดจ์ไว้ในอินเทอร์เฟซเดียวบนเบราว์เซอร์

ภายในสภาพแวดล้อมเวิร์กโฟลว์ของ Node-RED

โฟลว์ โหนด และการประมวลผลเหตุการณ์

แอปพลิเคชัน Node-RED ประกอบด้วยโฟลว์ที่สร้างจากโหนดซึ่งเชื่อมต่อถึงกัน แต่ละโหนดทำหน้าที่เฉพาะ เช่น การกรองข้อมูล การแก้ไขเพย์โหลด การหน่วงการทำงาน หรือการสื่อสารกับอุปกรณ์ภายนอก

ข้อมูลจะไหลจากซ้ายไปขวาผ่านแอปพลิเคชัน วิศวกรสามารถติดตามตรรกะของกระบวนการด้วยภาพได้โดยไม่ต้องอ่านซอร์สโค้ดจำนวนมาก ช่วยปรับปรุงการแก้ไขปัญหาและการทำงานร่วมกันระหว่างวิศวกรระบบควบคุมกับทีมไอที

แพลตฟอร์มนี้ยังรองรับโหนดฟังก์ชัน JavaScript สำหรับการปรับแต่งขั้นสูง แนวทางแบบผสมผสานนี้ช่วยให้วิศวกรรวมความเรียบง่ายของโลว์โค้ดเข้ากับความยืดหยุ่นในการเขียนโปรแกรมเต็มรูปแบบได้เมื่อจำเป็น

ระบบนิเวศแบบเปิดขนาดใหญ่

ข้อได้เปรียบสำคัญอีกประการหนึ่งคือระบบนิเวศชุมชนแบบเปิด มีโหนดที่ผู้ใช้พัฒนาร่วมกันหลายพันรายการสำหรับโปรโตคอลอุตสาหกรรม API คลาวด์ ฐานข้อมูล และแพลตฟอร์มการวิเคราะห์

แตกต่างจากชุดซอฟต์แวร์อุตสาหกรรมแบบกรรมสิทธิ์จำนวนมาก Node-RED ไม่เรียกเก็บค่าลิขสิทธิ์รันไทม์ที่มีราคาแพง ความยืดหยุ่นนี้ทำให้เหมาะสำหรับโครงการนำร่อง ระบบตรวจสอบระยะไกล และผู้สร้างเครื่องจักรที่กำลังพัฒนาสถาปัตยกรรมที่รองรับการขยายตัว

รูปที่ 5. แดชบอร์ดบนเบราว์เซอร์ที่สร้างด้วย Node-RED สามารถมอบฟังก์ชัน HMI แบบน้ำหนักเบาและข้อมูลเครื่องจักรแบบเรียลไทม์ให้แก่ผู้ปฏิบัติงาน

ตำแหน่งของ Node-RED ในอนาคตของระบบอัตโนมัติ

Node-RED จะไม่เข้ามาแทนที่สภาพแวดล้อมการเขียนโปรแกรม PLC สำหรับการควบคุมเครื่องจักรแบบกำหนดเวลาแน่นอน ระบบควบคุมการเคลื่อนไหวแบบเรียลไทม์ แอปพลิเคชันด้านความปลอดภัย และการควบคุมกระบวนการความเร็วสูง ยังคงต้องใช้คอนโทรลเลอร์อุตสาหกรรมแบบดั้งเดิม

อย่างไรก็ตาม Node-RED กำลังเข้ามาเติมเต็มช่องว่างที่เพิ่มขึ้นระหว่างฮาร์ดแวร์ระบบอัตโนมัติกับซอฟต์แวร์ระดับองค์กร เมื่อโรงงานต้องการการเชื่อมต่อที่มากขึ้น การวิเคราะห์เชิงคาดการณ์ และการผสานรวมกับคลาวด์ แพลตฟอร์มเอดจ์แบบโลว์โค้ดจึงมีความสำคัญเชิงกลยุทธ์มากขึ้น

ผู้ผลิตที่ประสบความสำเร็จสูงสุดในช่วงทศวรรษข้างหน้า มีแนวโน้มที่จะผสานฮาร์ดแวร์ควบคุมที่ผ่านการพิสูจน์แล้วเข้ากับชั้นซอฟต์แวร์ที่ยืดหยุ่นและสามารถปรับให้เข้ากับความต้องการด้านการปฏิบัติงานได้อย่างรวดเร็ว Node-RED สอดคล้องกับแนวทางดังกล่าวเป็นอย่างดี เพราะช่วยลดอุปสรรคในการพัฒนาโดยยังคงความยืดหยุ่นในการบูรณาการระบบไว้

คุณค่าที่แท้จริงของมันไม่ใช่การเข้ามาแทนที่วิศวกร แต่เป็นการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานด้านวิศวกรรม โดยช่วยให้ทีมระบบอัตโนมัติมุ่งเน้นที่ฟังก์ชันการทำงานของระบบ แทนที่จะต้องทำงานโครงสร้างพื้นฐานซอฟต์แวร์ซ้ำ ๆ

Oliver Grant — ผู้สื่อข่าวอาวุโสด้านระบบอุตสาหกรรม
Oliver Grant มีประสบการณ์มากกว่า 14 ปีในการรายงานข่าวด้านระบบอัตโนมัติในภาคอุตสาหกรรม โครงสร้างพื้นฐาน IIoT และเทคโนโลยีเอดจ์คอมพิวติ้ง ประสบการณ์ของเขาครอบคลุมโครงการบูรณาการระบบอัตโนมัติที่เกี่ยวข้องกับระบบควบคุมกระบวนการของ Siemens, Rockwell Automation, Beckhoff Automation และ Emerson ในโรงงานการผลิตและโรงงานด้านพลังงาน