Node-Red bietet einen Browser-basierten Editor, in dem sich eine Vielzahl integrierter ‚Nodes‘ während der Laufzeit per Klick miteinander verbinden lassen. Diese Verbindungen heißen ‚Flows‘. Die Software ist Open Source. Das Node-Red Projekt startete Anfang 2013 in den Forschungszentren von IBM. 2016 wurde es zu einem der Gründungsprojekte der JS Foundation. Seit der Veröffentlichung der Version 1.0 im Jahr 2019 wird die Software für die Verwendung in der Produktion als sicher erachtet. Die Erfassung qualitativer Daten darüber, wie spezielle Lösungen in der Industrie eingesetzt werden, gestaltet sich meist schwierig bis unmöglich, da nur sehr wenige Unternehmen Transparenz über die eingesetzte Technologie gewähren. Dennoch können quantitative Daten gewonnen werden, die auf eine sehr hohe Nutzung bei der Extrahierung sowie Verarbeitung von Daten in verschiedenen Industrien schließen lassen. Ein Beispiel: node-red-contrib-Modbus verzeichnete letztes Jahr im Juli 4.278 Downloads in nur einer Woche. Auch in der Community wird die Nutzung als produktionsreif beschrieben und recht häufig verwendet. In einem Thread zur Produktionsreife schrieb der Benutzer gemini86: „Ich bin auch (sehr) spät dran, aber ich arbeite in der Fertigung und benutze AB, Siemens, Codesys, etc. Ich verwende auch Node-Red für Scada und Datenbanküberbrückung. Unser Standort hat Brunnenpumpen in abgelegenen Gebieten, bei denen Daten und Befehle über 900MHz-Ethernet-Funk gesendet werden, dabei übernimmt Node-Red die MQTT<>modbusRTU-Verarbeitung. Node-Red war genauso stabil und schnell, wenn nicht sogar schneller als jede Siemens- oder AB-Installation mit vergleichbarer Netzwerkfunktionalität.“ Nicht zuletzt wird Node-Red sehr häufig in wissenschaftlichen Umgebungen eingesetzt. Allein auf Google Scholar sind über 3.000 Forschungsarbeiten über die Verwendung von Node-Red in industriellen Umgebungen zu finden. Es kann also mit Sicherheit gesagt werden, dass Node-Red eine weit verbreitete Lösung darstellt und die Zahl der Nutzer in der Industrie weiterhin wächst. Im folgenden Abschnitt sind einige Beispiele illustriert, wie genau der United Manufacturing Hub Node-Red verwendet.
Aufgaben für Node-Red
Der United Manufacturing Hub nutzt Node-Red als Werkzeug für
- das Extrahieren von Daten von Produktionsmaschinen über verschiedene Protokolle wie OPC/UA, Modbus, S7, HTTP, TCP,
- die Verarbeitung und Vereinheitlichung von Datenpunkten in ein standardisiertes Datenmodell,
- Integrationen in Anwendungen wie MES oder ERP-Systeme,
- das Zusammenführen von Daten aus Maschinen und das Auslösen von M2M-Aktionen,
- die Erstellung interaktiver Dashboards zur Auslösung von Aktionen wie der Angabe von Stoppgründen.
Im Folgenden werden die einzelne Schritte näher erläutert.
Extrahieren von Daten
Eine zentrale Herausforderung des Industrial IoT ist die Beschaffung von Daten. In der Regel sind in der Fertigung Maschinen verschiedener Hersteller und unterschiedlichen Alters im Einsatz. Da es kaum eine Standardisierung der Protokolle oder der Semantik gibt, muss der Prozess der Datenextraktion für jede Maschine angepasst werden. Mit Node-Red stehen, wie oben beschrieben, verschiedene Protokolle als sogenannte Nodes zur Verfügung – von Automatisierungsprotokollen wie OPC/UA bis hin zu IT-Protokollen wie TCP oder HTTP. Für andere Automatisierungsprotokolle kann PTC Kepware verwendet werden, das über 140 verschiedene SPS-Protokolle unterstützt.
Standards für Datenmodelle
Node-Red wurde ursprünglich für die Visualisierung und Bearbeitung von Mappings zwischen MQTT-Themen entwickelt und wird auch heute noch dafür verwendet. Diese Datenpunkte, die von verschiedenen Produktionsmaschinen extrahiert wurden, müssen nun standardisiert werden, damit sie in das gewählte Datenmodell passen. Dies erfolgt automatisch durch den United Manufacturing Hub, um Maschinenzustände zu berechnen, den Output der Maschinen von verschiedenen Formaten in eine einfache/count-Nachricht zu konvertieren und so weiter.