Node-RED และการเติบโตของระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรมแบบโค้ดต่ำ

ทำไม Node-RED ถึงได้รับความสนใจในระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรม

เป็นเวลาหลายทศวรรษที่ระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรมพึ่งพาภาษาการเขียนโปรแกรมเฉพาะและสภาพแวดล้อมวิศวกรรมที่เป็นกรรมสิทธิ์ อย่างไรก็ตาม วันนี้ผู้ผลิตต้องเผชิญกับแรงกดดันในการปรับใช้ระบบที่เชื่อมต่อได้เร็วขึ้นพร้อมกับลดภาระงานวิศวกรรม การเปลี่ยนแปลงนี้ได้เร่งความสนใจในแพลตฟอร์มพัฒนาแบบโค้ดต่ำเช่น Node-RED

เดิมพัฒนาขึ้นเป็นเครื่องมือเขียนโปรแกรมแบบขับเคลื่อนด้วยเหตุการณ์บน Node.js Node-RED ได้พัฒนาเป็นแพลตฟอร์มแอปพลิเคชันขอบอุตสาหกรรมที่จริงจัง วิศวกรใช้มันเพื่อเชื่อมโยงเทคโนโลยีปฏิบัติการ (OT) และเทคโนโลยีสารสนเทศ (IT) โดยเฉพาะใน IIoT และการปรับใช้โรงงานอัจฉริยะ

แตกต่างจากการพัฒนาซอฟต์แวร์แบบดั้งเดิม Node-RED ช่วยให้วิศวกรประกอบแอปพลิเคชันด้วยภาพโดยใช้โหนดลากและวาง ผลลัพธ์คือการปรับใช้ที่รวดเร็วขึ้น การรวมระบบที่ง่ายขึ้น และลดการพึ่งพาความเชี่ยวชาญการเขียนโปรแกรมขั้นสูง

รูปที่ 1. Node-RED ได้กลายเป็นแพลตฟอร์มโค้ดต่ำที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางสำหรับ IIoT และแอปพลิเคชันคอมพิวเตอร์ขอบอุตสาหกรรม

การพัฒนาแบบโค้ดต่ำพบที่ตั้งบนพื้นโรงงาน

จากตรรกะบันไดสู่เวิร์กโฟลว์แบบภาพ

ระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรมได้นำการเขียนโปรแกรมแบบกราฟิกมาใช้เป็นเวลาหลายปีแล้ว ตรรกะบันได PLC, แผนภาพบล็อกฟังก์ชัน และอินเทอร์เฟซสอนหุ่นยนต์ ต่างช่วยลดความซับซ้อนของการเขียนโปรแกรมก่อนที่คำว่า “โค้ดต่ำ” จะเป็นที่นิยม

Node-RED ขยายแนวคิดนี้ไปสู่ระบบอัตโนมัติที่เน้นข้อมูลสมัยใหม่ แทนที่จะมุ่งเน้นเฉพาะการลำดับเครื่องจักร วิศวกรสามารถสร้างเวิร์กโฟลว์ที่เคลื่อนย้ายข้อมูลระหว่าง PLC, HMI, ฐานข้อมูล, แพลตฟอร์มคลาวด์ และระบบองค์กรได้

ความสามารถนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อผู้ผลิตปรับปรุงระบบควบคุมเก่า โรงงานที่ใช้โครงสร้างพื้นฐาน PLC รุ่นเก่ามักจะรวม Node-RED กับแพลตฟอร์มจาก Allen-Bradley หรือ Mitsubishi Electric เพื่อทำให้การเก็บข้อมูลและการเชื่อมต่อคลาวด์ง่ายขึ้นโดยไม่ต้องเปลี่ยนอุปกรณ์ที่มีอยู่

แนวทางที่แตกต่างสำหรับซอฟต์แวร์อุตสาหกรรม

การพัฒนาซอฟต์แวร์อุตสาหกรรมแบบดั้งเดิมอาจต้องใช้เวลาหลายสัปดาห์ในการเขียนโค้ด ทดสอบ และแก้ไขข้อผิดพลาด Node-RED เปลี่ยนกระบวนการนั้นอย่างมาก วิศวกรสามารถปรับใช้แอปพลิเคชันที่ใช้งานได้ภายในไม่กี่ชั่วโมงโดยใช้โหนดสื่อสารและแดชบอร์ดที่สร้างไว้ล่วงหน้า

อินเทอร์เฟซบนเบราว์เซอร์ยังช่วยลดอุปสรรคในการปรับใช้ เมื่อถูกติดตั้งบน IPC หรือเซิร์ฟเวอร์ขอบ ระบบวิศวกรรมจะสามารถเข้าถึงได้ผ่านเว็บเบราว์เซอร์มาตรฐานโดยไม่ต้องใช้ซอฟต์แวร์เวิร์กสเตชันเฉพาะ

รูปที่ 2. แพลตฟอร์มพัฒนาแบบโค้ดต่ำช่วยลดความซับซ้อนของซอฟต์แวร์ในขณะที่เร่งการปรับใช้แอปพลิเคชันอุตสาหกรรม

ข้อได้เปรียบทางเทคนิคเบื้องหลังการเติบโตของ Node-RED

สร้างขึ้นเพื่อการเคลื่อนย้ายข้อมูลและการเชื่อมต่อ

โดยแกนหลัก Node-RED ประมวลผลและส่งข้อมูลระหว่างอุปกรณ์และชั้นซอฟต์แวร์ payload อาจรวมถึงค่าตัวเลข โครงสร้าง JSON สถานะบูลีน หรือเหตุการณ์เครื่องจักรที่สร้างโดยตัวควบคุมอุตสาหกรรม

แพลตฟอร์มรองรับโปรโตคอลที่พบได้ทั่วไปในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรม เช่น OPC UA, MQTT, Modbus TCP, HTTP และการสื่อสาร WebSocket การรองรับโปรโตคอลที่กว้างขวางนี้ช่วยให้ Node-RED ทำงานเป็นชั้นกลางน้ำหนักเบาระหว่างทรัพย์สินในโรงงานและระบบวิเคราะห์บนคลาวด์

เนื่องจากแพลตฟอร์มทำงานบน Node.js จึงสามารถทำงานบนฮาร์ดแวร์ขนาดกะทัดรัดตั้งแต่ Raspberry Pi ไปจนถึง IPC อุตสาหกรรมและเซิร์ฟเวอร์เสมือน

การประมวลผลที่ขอบเครือข่ายโดยไม่ต้องใช้โครงสร้างพื้นฐานหนัก

สถาปัตยกรรม IIoT สมัยใหม่พึ่งพาการประมวลผลที่ขอบเครือข่ายมากขึ้นเพื่อลดความหน่วงและลดปริมาณข้อมูลที่ส่งไปยังคลาวด์ Node-RED เหมาะสมกับกลยุทธ์นี้เพราะสามารถประมวลผลข้อมูลเครื่องจักรในพื้นที่ก่อนส่งต่อเฉพาะข้อมูลสำคัญขึ้นไปยังระบบบนคลาวด์

การติดตั้งทั่วไปจะวางเซิร์ฟเวอร์ขอบเครือข่ายไว้ภายในตู้ควบคุม อุปกรณ์เชื่อมต่อพร้อมกันกับเครือข่ายเครื่องจักรและเครือข่ายองค์กร ทำหน้าที่เป็นชั้นแปลภาษาที่ปลอดภัยระหว่างระบบ OT และ IT

สำหรับสถานที่ที่อัปเกรดโครงสร้างพื้นฐานอัตโนมัติเก่า วิธีนี้เป็นเส้นทางการปรับปรุงที่คุ้มค่า วิศวกรสามารถผสาน PLC เก่า ระบบ I/O แบบกระจาย และแพลตฟอร์ม SCADA ได้โดยไม่ต้องออกแบบระบบควบคุมใหม่ทั้งหมด

รูปที่ 3. คอมพิวเตอร์อุตสาหกรรมขนาดกะทัดรัดทำหน้าที่เป็นเกตเวย์ขอบเครือข่ายสำหรับแอป Node-RED ในโรงงานที่เชื่อมต่อกันมากขึ้น

อุปกรณ์ Edge อุตสาหกรรมกำลังขับเคลื่อนการนำไปใช้

ทำไมฮาร์ดแวร์ Raspberry Pi ถึงสำคัญ

เหตุผลสำคัญประการหนึ่งที่ทำให้ Node-RED เป็นที่นิยมคือการเข้าถึงฮาร์ดแวร์ได้ง่าย อุปกรณ์ Raspberry Pi ทำให้การทดลองในอุตสาหกรรมมีต้นทุนต่ำ ช่วยให้วิศวกรสร้างต้นแบบแอป IIoT ได้โดยไม่ต้องมีค่าใช้จ่ายโครงสร้างพื้นฐานระดับองค์กร

ซัพพลายเออร์อุตสาหกรรมต่อมาได้ขยายแนวคิดนี้โดยแนะนำ IPC ที่เข้ากันได้กับราง DIN พร้อมกล่องหุ้มที่ทนทาน ช่วงอุณหภูมิการทำงานที่กว้างขึ้น และรองรับพลังงานอุตสาหกรรม

เมื่อใช้งานแล้ว Node-RED สามารถโต้ตอบโดยตรงกับอินเทอร์เฟซ GPIO, เซ็นเซอร์, รีเลย์ และโมดูลการสื่อสารอุตสาหกรรม วิศวกรสามารถสร้างแดชบอร์ดเครื่องจักร ระบบตรวจสอบสภาพแวดล้อม หรือแอปพลิเคชันควบคุมเบา ๆ ได้อย่างรวดเร็ว

ขยายขอบเขตเกินกว่าการสร้างต้นแบบ

สิ่งที่เริ่มต้นจากเครื่องมือของชุมชนผู้สร้างตอนนี้ปรากฏอยู่ในแพลตฟอร์มอัตโนมัติทางการค้า ผู้จำหน่ายอุตสาหกรรมเพิ่มการผสาน Node-RED เข้ากับระบบควบคุมพื้นเมืองมากขึ้น โดยตระหนักถึงความต้องการเวิร์กโฟลว์โค้ดต่ำที่ยืดหยุ่น

ผู้ผลิตบางรายในปัจจุบันรวม Node-RED เข้ากับผลิตภัณฑ์การสื่อสารอุตสาหกรรมและเกตเวย์ขอบเครือข่ายเพื่อทำให้การแปลงโปรโตคอลง่ายขึ้น ในโครงการอัตโนมัติแบบกระจาย โครงสร้างพื้นฐานการสื่อสารจากแพลตฟอร์มเช่น ระบบเครือข่ายอุตสาหกรรม มีบทบาทสำคัญในการรักษาการไหลของข้อมูล OT ถึง IT ที่เชื่อถือได้

รูปที่ 4. แดชบอร์ด Node-RED สามารถรวมการแสดงผลกระบวนการ การควบคุมของผู้ปฏิบัติงาน และการวิเคราะห์ที่ขอบเครือข่ายไว้ในอินเทอร์เฟซบนเบราว์เซอร์เดียว

ภายในสภาพแวดล้อมการทำงานของ Node-RED

โฟลว์ โหนด และการประมวลผลเหตุการณ์

แอปพลิเคชัน Node-RED ประกอบด้วยโฟลว์ที่สร้างจากโหนดที่เชื่อมต่อกัน โหนดแต่ละตัวทำงานเฉพาะ เช่น การกรองข้อมูล การแก้ไข payload การหน่วงเวลา หรือการสื่อสารกับอุปกรณ์ภายนอก

ข้อมูลไหลจากซ้ายไปขวาผ่านแอปพลิเคชัน วิศวกรสามารถติดตามตรรกะของกระบวนการได้ด้วยภาพโดยไม่ต้องอ่านโค้ดต้นฉบับจำนวนมาก ช่วยปรับปรุงการแก้ไขปัญหาและความร่วมมือระหว่างวิศวกรควบคุมและทีม IT

แพลตฟอร์มยังรองรับโหนดฟังก์ชัน JavaScript สำหรับการปรับแต่งขั้นสูง วิธีผสมผสานนี้ช่วยให้วิศวกรสามารถรวมความเรียบง่ายของ low-code กับความยืดหยุ่นในการเขียนโปรแกรมเต็มรูปแบบเมื่อจำเป็น

ระบบนิเวศขนาดใหญ่แบบเปิด

ข้อได้เปรียบสำคัญอีกประการคือระบบนิเวศชุมชนแบบเปิด มีโหนดที่มีผู้ร่วมพัฒนาหลายพันตัวสำหรับโปรโตคอลอุตสาหกรรม API คลาวด์ ฐานข้อมูล และแพลตฟอร์มวิเคราะห์ข้อมูล

แตกต่างจากชุดซอฟต์แวร์อุตสาหกรรมแบบลิขสิทธิ์หลายชุด Node-RED ไม่ต้องเสียค่าลิขสิทธิ์รันไทม์ที่แพง ความยืดหยุ่นนี้ทำให้มันน่าสนใจสำหรับโครงการนำร่อง ระบบตรวจสอบระยะไกล และผู้สร้างเครื่องจักรที่พัฒนาสถาปัตยกรรมที่ขยายได้

รูปที่ 5. แดชบอร์ดบนเบราว์เซอร์ที่สร้างด้วย Node-RED สามารถมอบฟังก์ชัน HMI ที่เบาและข้อมูลเครื่องจักรแบบสดให้กับผู้ปฏิบัติงาน

ตำแหน่งของ Node-RED ในอนาคตของระบบอัตโนมัติ

Node-RED จะไม่มาแทนที่สภาพแวดล้อมการเขียนโปรแกรม PLC สำหรับการควบคุมเครื่องจักรแบบกำหนดผลลัพธ์ได้ ระบบการเคลื่อนไหวแบบเรียลไทม์ แอปพลิเคชันด้านความปลอดภัย และการควบคุมกระบวนการความเร็วสูงยังคงต้องใช้ตัวควบคุมอุตสาหกรรมแบบดั้งเดิม

อย่างไรก็ตาม Node-RED เติมเต็มช่องว่างที่เพิ่มขึ้นระหว่างฮาร์ดแวร์อัตโนมัติและซอฟต์แวร์องค์กร เมื่อโรงงานต้องการการเชื่อมต่อที่มากขึ้น การวิเคราะห์เชิงทำนาย และการบูรณาการกับคลาวด์ แพลตฟอร์ม edge แบบ low-code จึงกลายเป็นสิ่งสำคัญเชิงกลยุทธ์

ผู้ผลิตที่ประสบความสำเร็จมากที่สุดในทศวรรษหน้าอาจจะผสมผสานฮาร์ดแวร์ควบคุมที่พิสูจน์แล้วเข้ากับชั้นซอฟต์แวร์ที่ยืดหยุ่นซึ่งสามารถปรับตัวได้อย่างรวดเร็วตามความต้องการในการดำเนินงาน Node-RED สอดคล้องกับทิศทางนี้อย่างดีเพราะช่วยลดความยุ่งยากในการพัฒนาในขณะที่ยังคงความยืดหยุ่นในการบูรณาการ

คุณค่าที่แท้จริงของมันไม่ใช่การแทนที่วิศวกร แต่เป็นการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของวิศวกรโดยให้ทีมอัตโนมัติสามารถมุ่งเน้นที่ฟังก์ชันของระบบแทนที่จะต้องทำงานซ้ำซ้อนเกี่ยวกับโครงสร้างพื้นฐานซอฟต์แวร์

Oliver Grant — ผู้สื่อข่าวอาวุโสด้านระบบอุตสาหกรรม
Oliver Grant มีประสบการณ์มากกว่า 14 ปีในการรายงานข่าวเกี่ยวกับระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรม โครงสร้างพื้นฐาน IIoT และเทคโนโลยีการประมวลผลที่ขอบเครือข่าย ประวัติของเขารวมถึงโครงการบูรณาการระบบอัตโนมัติที่เกี่ยวข้องกับ Siemens, Rockwell Automation, Beckhoff Automation และระบบควบคุมกระบวนการ Emerson ในโรงงานผลิตและสถานีพลังงานต่างๆ