เหตุใด Node-RED จึงได้รับความสนใจในระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรม

เป็นเวลาหลายทศวรรษที่ระบบอัตโนมัติในภาคอุตสาหกรรมพึ่งพาภาษาการเขียนโปรแกรมเฉพาะทางและสภาพแวดล้อมทางวิศวกรรมแบบกรรมสิทธิ์เป็นอย่างมาก อย่างไรก็ตาม ปัจจุบันผู้ผลิตต้องเผชิญแรงกดดันให้ติดตั้งระบบที่เชื่อมต่อกันได้เร็วขึ้น พร้อมลดภาระงานด้านวิศวกรรม การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวเร่งให้เกิดความสนใจในแพลตฟอร์มพัฒนาแบบใช้โค้ดน้อย เช่น Node-RED

Node-RED ซึ่งเดิมพัฒนาขึ้นเป็นเครื่องมือเขียนโปรแกรมแบบขับเคลื่อนด้วยเหตุการณ์บน Node.js ได้พัฒนาเป็นแพลตฟอร์มแอปพลิเคชันเอดจ์อุตสาหกรรมที่จริงจัง ปัจจุบันวิศวกรใช้แพลตฟอร์มนี้เพื่อเชื่อมโยงเทคโนโลยีการปฏิบัติงาน (OT) และเทคโนโลยีสารสนเทศ (IT) โดยเฉพาะในการนำ IIoT และโรงงานอัจฉริยะไปใช้งาน

แตกต่างจากการพัฒนาซอฟต์แวร์แบบดั้งเดิม Node-RED ช่วยให้วิศวกรประกอบแอปพลิเคชันด้วยโหนดแบบลากแล้ววาง ผลลัพธ์คือการนำไปใช้งานที่รวดเร็วขึ้น การผสานรวมที่ง่ายขึ้น และการพึ่งพาความเชี่ยวชาญด้านการเขียนโปรแกรมขั้นสูงที่ลดลง

รูปที่ 1. Node-RED ได้กลายเป็นแพลตฟอร์มแบบใช้โค้ดน้อยที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางสำหรับแอปพลิเคชัน IIoT และการประมวลผลเอดจ์ในภาคอุตสาหกรรม

การพัฒนาแบบใช้โค้ดน้อยเข้าสู่สายการผลิต

จากลอจิกแบบแลดเดอร์สู่เวิร์กโฟลว์แบบภาพ

ระบบอัตโนมัติในภาคอุตสาหกรรมใช้การเขียนโปรแกรมแบบกราฟิกมานานหลายปีแล้ว ลอจิกแบบแลดเดอร์ของ PLC, แผนภาพบล็อกฟังก์ชัน และอินเทอร์เฟซสำหรับสอนงานหุ่นยนต์ ล้วนช่วยลดความซับซ้อนในการเขียนโปรแกรมมานานก่อนที่คำว่า “ใช้โค้ดน้อย” จะได้รับความนิยม

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

ความสามารถนี้มีความสำคัญเป็นพิเศษเมื่อผู้ผลิตปรับปรุงระบบควบคุมเดิมให้ทันสมัย โรงงานที่ใช้โครงสร้างพื้นฐาน PLC รุ่นเก่ามักผสาน Node-RED เข้ากับแพลตฟอร์มจาก Allen-Bradley หรือ Mitsubishi Electric เพื่อทำให้การรวบรวมข้อมูลและการเชื่อมต่อคลาวด์ง่ายขึ้น โดยไม่ต้องเปลี่ยนอุปกรณ์เดิม

แนวทางที่แตกต่างสำหรับซอฟต์แวร์อุตสาหกรรม

การพัฒนาซอฟต์แวร์อุตสาหกรรมแบบดั้งเดิมอาจต้องใช้เวลาหลายสัปดาห์ในการเขียนโค้ด ทดสอบ และแก้ไขข้อบกพร่อง Node-RED เปลี่ยนกระบวนการดังกล่าวไปอย่างมาก วิศวกรสามารถนำแอปพลิเคชันที่ใช้งานได้จริงไปใช้งานภายในไม่กี่ชั่วโมง โดยใช้โหนดสื่อสารและแดชบอร์ดสำเร็จรูป

อินเทอร์เฟซบนเบราว์เซอร์ยังช่วยลดอุปสรรคในการนำไปใช้งานอีกด้วย เมื่อติดตั้งบน IPC หรือเอดจ์เซิร์ฟเวอร์แล้ว สภาพแวดล้อมทางวิศวกรรมจะเข้าถึงได้ผ่านเว็บเบราว์เซอร์มาตรฐาน โดยไม่ต้องใช้ซอฟต์แวร์เฉพาะสำหรับเวิร์กสเตชัน

รูปที่ 2. แพลตฟอร์มพัฒนาแบบใช้โค้ดน้อยช่วยลดความซับซ้อนของซอฟต์แวร์ พร้อมเร่งการนำแอปพลิเคชันอุตสาหกรรมไปใช้งาน

ข้อได้เปรียบทางเทคนิคเบื้องหลังการเติบโตของ Node-RED

สร้างขึ้นเพื่อการเคลื่อนย้ายข้อมูลและการเชื่อมต่อ

โดยพื้นฐานแล้ว Node-RED ทำหน้าที่ประมวลผลและกำหนดเส้นทางข้อมูลระหว่างอุปกรณ์กับชั้นซอฟต์แวร์ต่าง ๆ เพย์โหลดอาจประกอบด้วยค่าตัวเลข โครงสร้าง JSON สถานะบูลีน หรือเหตุการณ์จากเครื่องจักรที่สร้างโดยตัวควบคุมอุตสาหกรรม

แพลตฟอร์มนี้รองรับโปรโตคอลที่พบได้ทั่วไปในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรม ได้แก่ OPC UA, MQTT, Modbus TCP, HTTP และการสื่อสารผ่าน WebSocket การรองรับโปรโตคอลที่หลากหลายนี้ทำให้ Node-RED ทำหน้าที่เป็นมิดเดิลแวร์น้ำหนักเบาระหว่างอุปกรณ์ในโรงงานกับระบบวิเคราะห์ข้อมูลบนคลาวด์ได้

เนื่องจากแพลตฟอร์มทำงานบน Node.js จึงสามารถทำงานบนแพลตฟอร์มฮาร์ดแวร์ขนาดกะทัดรัดได้หลากหลาย ตั้งแต่อุปกรณ์ Raspberry Pi ไปจนถึง IPC อุตสาหกรรมและเซิร์ฟเวอร์เสมือน

การประมวลผลแบบเอดจ์โดยไม่ต้องใช้โครงสร้างพื้นฐานขนาดใหญ่

สถาปัตยกรรม IIoT สมัยใหม่พึ่งพาการประมวลผลแบบเอดจ์มากขึ้น เพื่อลดเวลาแฝงและลดปริมาณการรับส่งข้อมูลไปยังคลาวด์ Node-RED จึงเข้ากับกลยุทธ์นี้ได้อย่างเป็นธรรมชาติ เนื่องจากสามารถประมวลผลข้อมูลเครื่องจักรภายในพื้นที่ก่อนส่งต่อเฉพาะข้อมูลสำคัญขึ้นไป

โดยทั่วไปจะติดตั้งเซิร์ฟเวอร์เอดจ์ไว้ภายในตู้ควบคุม อุปกรณ์จะเชื่อมต่อกับเครือข่ายเครื่องจักรและเครือข่ายองค์กรพร้อมกัน ทำหน้าที่เป็นชั้นแปลภาษาที่ปลอดภัยระหว่างระบบ OT และ IT

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

รูปที่ 3. คอมพิวเตอร์อุตสาหกรรมขนาดกะทัดรัดกำลังทำหน้าที่เป็นเกตเวย์เอดจ์สำหรับแอปพลิเคชัน Node-RED ในโรงงานที่เชื่อมต่อถึงกัน

อุปกรณ์เอดจ์อุตสาหกรรมกำลังผลักดันการนำไปใช้งาน

เหตุใดฮาร์ดแวร์ Raspberry Pi จึงมีความสำคัญ

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

ต่อมาผู้จัดจำหน่ายอุปกรณ์อุตสาหกรรมได้ขยายแนวคิดนี้ด้วยการเปิดตัว IPC ที่รองรับการติดตั้งบนราง DIN พร้อมตัวเครื่องที่เสริมความทนทาน ช่วงอุณหภูมิการทำงานที่กว้างขึ้น และระบบจ่ายไฟสำหรับงานอุตสาหกรรม

เมื่อนำไปใช้งาน Node-RED สามารถโต้ตอบกับอินเทอร์เฟซ GPIO เซนเซอร์ รีเลย์ และโมดูลสื่อสารอุตสาหกรรมได้โดยตรง วิศวกรจึงสามารถสร้างแดชบอร์ดเครื่องจักร ระบบตรวจติดตามสภาพแวดล้อม หรือแอปพลิเคชันควบคุมดูแลขนาดเล็กได้อย่างรวดเร็ว

ขยายขอบเขตให้ไกลกว่าการสร้างต้นแบบ

Node-RED ซึ่งเริ่มต้นจากเครื่องมือสำหรับชุมชนนักประดิษฐ์ ปัจจุบันได้เข้าไปอยู่ในแพลตฟอร์มระบบอัตโนมัติเชิงพาณิชย์ ผู้จำหน่ายอุปกรณ์อุตสาหกรรมผสาน Node-RED เข้ากับระบบนิเวศการควบคุมดั้งเดิมของตนมากขึ้น โดยตระหนักถึงความต้องการเวิร์กโฟลว์แบบโลว์โค้ดที่ยืดหยุ่น

ปัจจุบันผู้ผลิตบางรายผสาน Node-RED เข้ากับผลิตภัณฑ์สื่อสารอุตสาหกรรมและเกตเวย์เอดจ์ เพื่อทำให้การแปลงโปรโตคอลง่ายขึ้น ในโครงการระบบอัตโนมัติแบบกระจาย โครงสร้างพื้นฐานด้านการสื่อสารจากแพลตฟอร์มต่าง ๆ เช่น ระบบเครือข่ายอุตสาหกรรม มีบทบาทสำคัญในการรักษาการไหลของข้อมูลจาก OT ไปยัง IT ให้มีความน่าเชื่อถือ

รูปที่ 4. แดชบอร์ด Node-RED สามารถรวมการแสดงภาพกระบวนการ การควบคุมโดยผู้ปฏิบัติงาน และการวิเคราะห์ที่เอดจ์ไว้ในอินเทอร์เฟซเดียวบนเบราว์เซอร์

ภายในสภาพแวดล้อมเวิร์กโฟลว์ของ Node-RED

โฟลว์ โหนด และการประมวลผลเหตุการณ์

แอปพลิเคชัน Node-RED ประกอบด้วยโฟลว์ที่สร้างจากโหนดซึ่งเชื่อมต่อถึงกัน แต่ละโหนดทำหน้าที่เฉพาะ เช่น กรองข้อมูล แก้ไขเพย์โหลด หน่วงการทำงาน หรือสื่อสารกับอุปกรณ์ภายนอก

ข้อมูลจะไหลจากซ้ายไปขวาผ่านแอปพลิเคชัน วิศวกรสามารถติดตามตรรกะของกระบวนการได้ด้วยภาพโดยไม่ต้องอ่านซอร์สโค้ดจำนวนมาก ช่วยปรับปรุงการแก้ไขปัญหาและการทำงานร่วมกันระหว่างวิศวกรระบบควบคุมกับทีมไอที

แพลตฟอร์มนี้ยังรองรับโหนดฟังก์ชัน JavaScript สำหรับการปรับแต่งขั้นสูง แนวทางแบบผสมผสานนี้ช่วยให้วิศวกรรวมความเรียบง่ายของโลว์โค้ดเข้ากับความยืดหยุ่นในการเขียนโปรแกรมอย่างเต็มรูปแบบได้เมื่อจำเป็น

ระบบนิเวศแบบเปิดขนาดมหาศาล

ข้อได้เปรียบสำคัญอีกประการคือระบบนิเวศชุมชนแบบเปิด มีโหนดที่ผู้ใช้ร่วมพัฒนาหลายพันรายการสำหรับโปรโตคอลอุตสาหกรรม API คลาวด์ ฐานข้อมูล และแพลตฟอร์มการวิเคราะห์

แตกต่างจากชุดซอฟต์แวร์อุตสาหกรรมแบบกรรมสิทธิ์จำนวนมาก Node-RED ไม่เรียกเก็บค่าลิขสิทธิ์รันไทม์ราคาแพง ความยืดหยุ่นนี้ทำให้เหมาะสำหรับโครงการนำร่อง ระบบตรวจสอบระยะไกล และผู้สร้างเครื่องจักรที่พัฒนาสถาปัตยกรรมซึ่งรองรับการขยายขนาด

รูปที่ 5. แดชบอร์ดบนเบราว์เซอร์ที่สร้างด้วย Node-RED สามารถมอบฟังก์ชัน HMI น้ำหนักเบาและข้อมูลเครื่องจักรแบบเรียลไทม์ให้แก่ผู้ปฏิบัติงานได้

ตำแหน่งของ Node-RED ในอนาคตของระบบอัตโนมัติ

Node-RED จะไม่เข้ามาแทนที่สภาพแวดล้อมการเขียนโปรแกรม PLC สำหรับการควบคุมเครื่องจักรแบบกำหนดแน่นอน ระบบควบคุมการเคลื่อนไหวแบบเรียลไทม์ แอปพลิเคชันด้านความปลอดภัย และการควบคุมกระบวนการความเร็วสูง ยังคงต้องใช้คอนโทรลเลอร์อุตสาหกรรมแบบดั้งเดิม

อย่างไรก็ตาม Node-RED กำลังเข้ามาเติมเต็มช่องว่างที่เพิ่มขึ้นระหว่างฮาร์ดแวร์ระบบอัตโนมัติกับซอฟต์แวร์ระดับองค์กร เมื่อโรงงานต้องการการเชื่อมต่อที่มากขึ้น การวิเคราะห์เชิงคาดการณ์ และการผสานรวมกับคลาวด์ แพลตฟอร์มเอดจ์แบบโลว์โค้ดจึงมีความสำคัญเชิงกลยุทธ์มากขึ้น

ผู้ผลิตที่ประสบความสำเร็จสูงสุดในช่วงทศวรรษข้างหน้า มีแนวโน้มที่จะผสานฮาร์ดแวร์ควบคุมที่ผ่านการพิสูจน์แล้วเข้ากับชั้นซอฟต์แวร์ที่ยืดหยุ่นและสามารถปรับตัวให้เข้ากับความต้องการด้านการปฏิบัติงานได้อย่างรวดเร็ว Node-RED สอดคล้องกับแนวทางดังกล่าวเป็นอย่างดี เพราะช่วยลดอุปสรรคในการพัฒนา ขณะเดียวกันก็ยังคงความยืดหยุ่นในการผสานรวมระบบไว้

คุณค่าที่แท้จริงของมันไม่ใช่การเข้ามาแทนที่วิศวกร แต่เป็นการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานด้านวิศวกรรม โดยช่วยให้ทีมระบบอัตโนมัติมุ่งเน้นที่ฟังก์ชันการทำงานของระบบ แทนที่จะต้องทำงานโครงสร้างพื้นฐานซอฟต์แวร์ซ้ำ ๆ

Oliver Grant — ผู้สื่อข่าวอาวุโสด้านระบบอุตสาหกรรม
Oliver Grant มีประสบการณ์มากกว่า 14 ปีในการรายงานข่าวด้านระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรม โครงสร้างพื้นฐาน IIoT และเทคโนโลยีเอดจ์คอมพิวติ้ง ภูมิหลังของเขาครอบคลุมโครงการผสานรวมระบบอัตโนมัติที่เกี่ยวข้องกับระบบควบคุมกระบวนการของ Siemens, Rockwell Automation, Beckhoff Automation และ Emerson ในโรงงานผลิตและสถานประกอบการด้านพลังงาน