Node-RED in der Industrie 4.0: Ein Praxis-Use-Case

Die Industrie 4.0, oder Smart Manufacturing, stellt Unternehmen vor enorme Herausforderungen – die Integration von Daten aus verschiedenen Quellen, die Automatisierung von Prozessen und die Steigerung der Effizienz. Im Mittelpunkt dieser Transformation steht das IIoT (Industrial Internet of Things), das die Vernetzung von Maschinen und Anlagen ermöglicht. Doch die Implementierung von IIoT-Lösungen kann komplex sein. Hier kommt Node-RED ins Spiel. Node-RED ist ein Low-Code-Tool, das die Entwicklung von IIoT-Anwendungen erheblich vereinfacht und beschleunigt. Dieser Artikel beleuchtet einen konkreten Use-Case, in dem Node-RED in einer Produktionsumgebung eingesetzt wird – die Überwachung und Steuerung von Förderbändern.

Das Förderband-Projekt: Herausforderungen und Anforderungen

Ein mittelständischer Maschinenbauspezialist stellt neue Maschinen her, die eine komplexe Förderband-Logistik integrieren. Die Herausforderung besteht darin, die Position der Förderbänder in Echtzeit zu überwachen, die Geschwindigkeit zu steuern und auf Fehler zu reagieren. Die bestehenden Systeme basierten auf einer klassischen SPS-Programmierung, die zeitaufwändig und auf Experten beschränkt war. Es gab einen Bedarf an einer flexibleren, schnelleren und für ein größeres Team zugänglichen Lösung. Die Anforderungen waren vielfältig: Daten von Sensoren (Encoder, Lichtschranken) mussten erfasst, Daten an die Maschinen übertragen, in Echtzeit analysiert und bei Überschreitung von Grenzwerten automatische Reaktionen ausgelöst werden. Wichtig war auch die Integration mit bestehenden SCADA-Systemen.

Node-RED als zentrale Plattform

Die Lösung wurde mit Node-RED implementiert. Zunächst wurde ein RaspberryPI (im weiteren Verlauf als „M3000 Steuerung“ bezeichnet) als zentrale Hub für die IIoT-Kommunikation ausgewählt. Über MQTT wurden Daten von den Sensoren auf der M3000 Steuerung empfangen. Diese Daten wurden in Node-RED in Flows verarbeitet. Ein Flow, der die Geschwindigkeit des Förderbandes überwachte, analysierte kontinuierlich die Encoder-Daten. Wenn die Geschwindigkeit einen vordefinierten Grenzwert überschritt, wurde die Geschwindigkeit automatisch reduziert. Eine weitere Flow-Kaskade steuerte ein Not-Aus-Signal, um das Förderband sofort zu stoppen.

Visuelle Programmierung und Drag-and-Drop

Das Besondere an Node-Red ist die visuelle Programmierung. Statt Code zu schreiben, können die Logik der Prozesse durch das Drag-and-Drop-Verfahren von Nodes erstellt werden. Die Funktionalität von Node-Red ist enorm erweitert durch Plug-ins. Mit Hilfe von MQTT-Nodes wurden die Daten von den Encoder-Sensoren empfangen, BLE-Nodes übermittelten Daten von der M4000 Steuerung und ein SMTP-Node versandte Benachrichtigungen bei Problemen. Die Benutzerfreundlichkeit und die schnelle Anpassungsfähigkeit waren ausschlaggebend für den Erfolg des Projekts. Der Low-Code Ansatz ermöglichte es dem technischen Team, innerhalb weniger Wochen eine voll funktionsfähige Lösung zu implementieren, die zuvor Monate dauern würde.

Integration mit bestehenden Systemen

Die Integration mit dem SCADA-System erfolgte durch die Verwendung eines OPC-UA-Nodes. Dieser Node ermöglichte den Austausch von Daten zwischen Node-RED und dem SCADA-System. Durch diese Integration konnten die Daten aus der IIoT-Lösung in den bestehenden Produktionsüberwachungsprozess integriert werden. Dies ermöglichte eine umfassende Sicht auf den Produktionsprozess und verbesserte die Entscheidungsfindung. Die Integration erfolgte auch über die M4000 Steuerung, wodurch die Gesamtlösung noch robuster wurde.

Fazit

Der Use-Case hat gezeigt, dass Node-RED ein äußerst vielseitiges und effektives Tool für die Implementierung von IIoT-Lösungen in der Industrie 4.0 ist. Die Low-Code-Architektur, die einfache Bedienung und die Möglichkeit zur schnellen Integration von Sensoren und bestehenden Systemen machen Node-RED zu einer attraktiven Alternative zu traditionellen SPS-basierten Lösungen. Die beschleunigte Entwicklung und die erhöhte Flexibilität ermöglichen es Unternehmen, schneller auf Marktveränderungen zu reagieren und ihre Produktionsprozesse zu optimieren. Die Herausforderungen der Industrie 4.0 werden durch den Einsatz von Tools wie Node-RED deutlich vereinfacht, was einen wesentlichen Beitrag zur digitalen Transformation der Industrie leistet. Die Kombination aus der M3000 Steuerung und der M4000 Steuerung, durch Node-RED gesteuert, resultierte in einer robusten und skalierbaren IIoT-Lösung, die die Produktionsleistung nachhaltig erhöhte.