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Node-RED en la Industria

Node-RED puede ejecutarse en PLCs o en PLCs basados en Linux como p.e. los que tienen una Raspberry vistos en el punto anterior de “Raspberry Pi en la Industria”: https://aprendiendoarduino.wordpress.com/2020/03/01/raspberry-pi-en-la-industria/ 

Tanto Node-RED como Raspberry Pi en la industria se podría incluir en cualquiera de estas categorías funcionales:

  • PLC – automatizar procesos
  • PAC – PLC + PC con protocolos avanzados
  • IPC – Industrial PC
  • HMI – Dashboard Node-RED
  • Scada – Lógica programad + Dashboard

Un controlador lógico programable, más conocido por sus siglas en inglés PLC (Programmable Logic Controller) o por autómata programable, es una computadora utilizada en la ingeniería automática o automatización industrial, para automatizar procesos electromecánicos, electroneumáticos, electrohidráulicos, etc…

Un controlador de automatización programable, o PAC (del inglés Programmable Automation Controller), es una tecnología industrial orientada al control automatizado, al diseño de prototipos y a la medición. El PAC se refiere al conjunto formado por un controlador (una CPU típicamente), módulos de entradas y salidas, y uno o múltiples buses de datos que lo interconectan todo.

SCADA, acrónimo de Supervisory Control And Data Acquisition (Supervisión, Control y Adquisición de Datos) es un concepto que se emplea para realizar un software para ordenadores que permite controlar y supervisar procesos industriales a distancia. Facilita la retroalimentación en tiempo real con los dispositivos de campo (sensores y actuadores), y controla el proceso automáticamente.

IPC, acrónimo de PC industrial es una computadora destinada a fines industriales (producción de bienes y servicios), con un factor de forma entre una nettop y un rack de servidor. Las PC industriales tienen estándares más altos de confiabilidad y precisión, y generalmente son más caras que los productos electrónicos de consumo. A menudo utilizan conjuntos de instrucciones complejos, como x86, donde de otro modo se utilizarían conjuntos de instrucciones reducidos como ARM.

El Interfaz Hombre-Máquina (HMI) es el interfaz entre el proceso y los operario; se trata básicamente de un panel de instrumentos del operario. Es la principal herramienta utilizada por operarios y supervisores de línea para coordinar y controlar procesos industriales y de fabricación. El HMI traduce variables de procesos complejos en información útil y procesable.

La función de los HMI consiste en mostrar información operativa en tiempo real y casi en tiempo real. Proporcionan gráficos de procesos visuales que aportan significado y contexto al estado del motor y de la válvula, niveles de depósitos y otros parámetros del proceso. Suministran información operativa al proceso, y permiten el control y la optimización al regular los objetivos de producción y de proceso.

PAC podría equipararse al uso de un PC y un PLC conjuntamente. Los PAC están compuestos por varias aplicaciones informáticas, lo que hace que su programación sea más flexible. A diferencia de los PLC, pueden ejecutar multitareas fácilmente, trabajando en diferentes dominios como el movimiento, las aplicaciones discretas y el control de procesos.

Los PACs y PLCs tienen varias cosas en común. Internamente, ambos incluyen una fuente de potencia, un CPU, un plano trasero o dispositivo de E/S, y módulos. Tienen registros de memoria que reflejan los canales de E/S individuales en los módulos. Sin embargo, las siguientes diferencias resultan muy significativas. La 5 características principales en los PAC:

  • Funcionalidad de dominio múltiple, al menos dos de lógica, movimiento, control PID, y proceso en una sola plataforma.
  • Plataforma de desarrollo sencillo de disciplina múltiple incorporando etiquetas comunes y una base de datos sencilla para tener acceso a todos los parámetros y funciones.
  • Herramientas de software que permiten diseñar flujo del proceso a través de varias máquinas o unidades de proceso, junto con el IEC 61131-3, guía del usuario y administración de datos.
  • Arquitecturas modulares, abiertas que reflejan las aplicaciones industriales a partir de un despliegue de maquinaria en fábricas en plantas de proceso.
  • Uso de estándares de la industria para interfaces en red, lenguajes, etc., como búsquedas TCP/IP, OPC y XML, y SQL.

Una ventaja de los PAC al compararse con los PLCs, son la habilidad para procesar y desempeñar medidas complejas. Con esta característica, puede combinar diferentes sistemas de adquisición de datos como frecuencias, formas de onda, voltajes, corrientes, control de movimiento e incluso, adquisición de imágenes. Esto crea un nivel sin precedentes de manipulación y estandarización en términos del tipo de señales que pueden manipularse y procesarse. Los PACs ofrecen cientos de funciones para procesar, analizar y extraer información de estas señales.

Un PAC permite conectarse a aplicaciones empresariales y almacenar datos en bases de datos o redes corporativas ODBC/SQL activadas. Además, puede utilizar OPC para integrarse y comunicarse con sistemas de software y hardware de terceros. Los PAC’s automáticamente publican sus datos de E/S a un servidor OPC localizado en la computadora tipo servidor usada para configurar el banco de E/S. La mayoría de los paquetes de software SCADA para Windows soportan OPC, y la mayoría de los proveedores de hardware de E/S industrial proporcionan servidores de OPC para su hardware. Esto hace más sencilla la integración de los PACs con una gran variedad de hardware de E/S industrial como lo son los controladores lógicos programables (PLCs) y otros dispositivos industriales. Usted puede utilizar un paquete SCADA de terceros o el Módulo de Registro de Datos y Control, inclusive se puede conectar a servicios en la nube o plataformas administrativas como SAP

Más información:

PACs y PLCs con Node-RED

Recientemente se está incorporando Node-RED en diversos PLCs para su programación.

Varios ejemplos de PLCs basados en Raspberry Pi donde puede usarse Node-RED en: https://aprendiendoarduino.wordpress.com/2020/03/01/raspberry-pi-en-la-industria/ 

PLC/PAC de industrial shield https://www.industrialshields.com/es_ES/industrial-plc-pac-raspberry-pi-202009 basados en Raspberry Pi que pueden ejecutar Node-RED.

Industrial Shields: https://www.industrialshields.com/es_ES/blog/nuestro-blog-1/post/an-introduction-to-node-red-39

Node-RED con Industrial Shields: https://www.industrialshields.com/es_ES/blog/nuestro-blog-1/post/create-your-own-framework-node-red-first-steps-6 

Paneles HMI/IPC basados en Raspberry PI: https://www.industrialshields.com/es_ES/hmi-industrial-panel-pc-10-based-on-raspberry-pi-202011-lp

Node Red se puede comunicar con PLCs usando Modbus o con los Scadas usando OPC u OPC-UA, pero existen nodos específicos:

PLCs con Node-RED integrado:

Node-RED para openWRT: https://github.com/dceejay/openwrt-node-red 

Curso IoT simatic (Siemens con Node red); http://www.infoplc.net/descargas/109-siemens/comunicaciones/2847-manual-simatic-iot2040-node-red 

Interesante proyecto para la industria integrando Automata de Siemens: https://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/110768/73657734G_TFM_1536705921392151385469958862519.pdf?sequence=1&isAllowed=y

Montar un servidor OPC-UA con Node-RED: 

Casos de Uso

Node-RED en la industria tiene muchos casos de uso

  • Scada
  • HMI
  • Mantenimiento predictivo
  • Predicción de fallos (mirando datos de sensores en tiempo real en streaming) aquí no vale big data, buscar patrones, analizar y generar alertas, ya que se necesita tiempo real e inmediatez.

Encuesta 2019 Node-RED: https://nodered.org/about/community/survey/2019/

Ejemplo de ABB con Node-RED: https://sesam-world.com/_pdf/sesam-138/06-ABB.pdf  

Node-RED en open energy monitor: https://guide.openenergymonitor.org/integrations/nodered/

Ejemplo de uso de Node-RED: https://sie.fer.es/esp/Servicios/Comunicacion/Sala_Prensa/Archivo_fotografico/Primera_plataforma_integrada_datos_desarrollada_JIG_Digital_junto_5_empresas_vitivinicolas/webDoc_28268.htm

Empresas que usan Node-RED

Obtenido de los planes de futuro de Node-RED publicado en https://nodered.org/blog/2020/10/13/future-plans 

Another group of users come from the companies who have integrated Node-RED into their own products and services. Hitachi, Siemens, Samsung, Particle and many others. They have a different set of needs. They want to integrate Node-RED into their existing platforms. They want to be able to offer a seamless experience to their end users – hiding away the details of how Node-RED is being run or where the flows are executed.

Whilst some of that will come from individuals, we want to increase the commercial adoption of Node-RED. This will help increase the commercial investment back into the project itself.

ModBus y Nodered

Usado el nodo https://flows.nodered.org/node/node-red-contrib-modbus

Github: https://github.com/BiancoRoyal/node-red-contrib-modbus 

Wiki: https://github.com/BiancoRoyal/node-red-contrib-modbus/wiki 

Artículo: https://blog.ironchip.net/2019/01/18/instalacion-de-node-red-en-una-raspberry-pi/ 

Ejemplo: https://flows.nodered.org/flow/bf06a87e84395e4bce276714c6f5f884

SNMP y Nodered

SNMP: https://flows.nodered.org/node/node-red-node-snmp

Trap listener: https://flows.nodered.org/node/node-red-contrib-snmp-trap-listener

Código: https://github.com/node-red/node-red-nodes/tree/master/io/snmp

Node-RED y Fiware

Existen varios nodos de Fiware para Node-RED:

El nodo principal es https://flows.nodered.org/node/node-red-contrib-fiware_official y el repositorio es: https://github.com/FIWARE/node-red-contrib-FIWARE_official. Lo que hace es trabajar con el Orion context broker, realizando varias operaciones.

Fiware + Node-RED: https://m.riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/114982/memoria_4632841.pdf

Simulador Fiware: https://www.fiware.org/wp-content/uploads/2017/01/Hands-on-FIWARE-Context-provider-Simulator.pdf

Interesante presentación de Telefónica: https://www.uma.es/smart-campus/navegador_de_ficheros/SmartUMA/descargar/Material%20Curso%20de%20formaci%C3%B3n%20para%20la%20red%20IoT%20Smart%20Cities/FORMACION%20SMART%20CITY%20UMA%20-%20FIWARE%20y%20Plataforma%20Thinking%20Cities.pdf

Node-RED y Domótica

En HA (Home Assistant) se usa Node-RED.

Nodos de HA:

Tutorial de HA y Node-RED: https://www.juanmtech.com/get-started-with-node-red-and-home-assistant/

Addon de Node-RED en HA: https://community.home-assistant.io/t/home-assistant-community-add-on-node-red/55023

Getting Started con HA y Node-RED: https://diyfuturism.com/index.php/2017/11/26/the-open-source-smart-home-getting-started-with-home-assistant-node-red/ 

Ejemplo de HA: https://www.thesmarthomebook.com/2020/07/28/the-elephant-in-the-room-presence-detection-in-home-assistant/ 

Home Assitant Websocket: https://flows.nodered.org/node/node-red-contrib-home-assistant-websocket 

Vídeo: https://www.youtube.com/watch?v=SuoSXVqjyfc&feature=youtu.be 

Más información: https://www.domoticaeconomica.com/node-red-en-hassio-o-home-assistant

Simular dispositivos HomeKit de apple con Node-RED: https://swifting.io/blog/2017/04/05/39-homekit-devices-simulator-using-node-red-raspberry-pi/ 

Ejemplo: Scada con Node-RED

Este proyecto consiste en hacer o renovar un scada partiendo de los datos de un Scada Antiguo y crear un sistema moderno, basado en web y que publique los datos para poder integrar con sistemas de terceros de forma sencilla o poder añadir funcionalidades al sistema sin tener que modificar el scada ni el PLC.

Partimos de un sistema con un PLC (Siemens, Rockwell, Schneider, etc…) con decenas de señales y control. Además este PLC es gestionado por un Scada de la misma marca con un HMI que habla OPC y guarda los datos en ficheros txt y desde el que se hacen ciertas operaciones y también tiene una programación para control y envío de alertas.

Es un sistema antiguo, cuyo coste de actualización es muy caro. Además está sobre una versión de Windows sin soporte, por lo que es vulnerable.

La propuesta es aislar por completo el sistema de PLC y Scada para proteger de posibles vulnerabilidades al ser sistemas no actualizables y solo exponer los datos mediante tecnologías actuales. Las tecnologías que se usen serán open source.

Propuesta:

  • Uso de python y/o Node-RED para recuperar los datos de las tablas en ficheros txt y guardar los datos en una BBDD.
  • Uso de openOPC + python para obtener resto de variables, estados, etc… que no se exportan en fichero txt y guardar BBDD todas las variables adicionales en un histórico
  • Publicar en MQTT esas variables para tener disponibilidad de ellas en tiempo real
  • Usar Node-RED para programación adicional necesaria.
  • Usar el Dashboard de Node-RED para hacer el sistema HMI con el que visualizar e interactuar.
  • Hacer gráficas más complejas y otros dashboards con grafana, en combinación con el Dashboard de Node-RED

Node-Red en la Industria

Recientemente se está incorporando Node-RED en diversos PLCs para su programación.

Curso IoT simatic (Siemens con Node red); http://www.infoplc.net/descargas/109-siemens/comunicaciones/2847-manual-simatic-iot2040-node-red 

OpenOPC UA: http://www.openopcua.org/ 

Nodo para interactuar con PLCs S7: https://flows.nodered.org/node/node-red-contrib-s7

Industrial Shields: https://www.industrialshields.com/es_ES/blog/nuestro-blog-1/post/an-introduction-to-node-red-39

Encuesta 2019 Node-RED: https://nodered.org/about/community/survey/2019/

Dispositivo PLC, entre otro muchos, que usa Node-RED: https://nube-io.com/

Node-RED y PLCs

Node Red se puede comunicar con PLCs usando Modbus o con los Scadas usando OPC u OPC-UA.

Pero existen nodos específicos:

PLCs con Node-RED integrado:

Montar un servidor OPC-UA con Node-RED: 

ModBus y Nodered

Usado el nodo https://flows.nodered.org/node/node-red-contrib-modbus

Github: https://github.com/BiancoRoyal/node-red-contrib-modbus 

Wiki: https://github.com/BiancoRoyal/node-red-contrib-modbus/wiki 

Ejemplo: https://flows.nodered.org/flow/bf06a87e84395e4bce276714c6f5f884

SNMP y Nodered

SNMP: https://flows.nodered.org/node/node-red-node-snmp

Trap listener: https://flows.nodered.org/node/node-red-contrib-snmp-trap-listener

Código: https://github.com/node-red/node-red-nodes/tree/master/io/snmp

Node-RED y Fiware

Existen varios nodos de Fiware para Node-RED:

El nodo principal es https://flows.nodered.org/node/node-red-contrib-fiware_official y el repositorio es: https://github.com/FIWARE/node-red-contrib-FIWARE_official. Lo que hace es trabajar con el Orion context broker, realizando varias operaciones.

Fiware + Node-RED: https://m.riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/114982/memoria_4632841.pdf

Simulador Fiware: https://www.fiware.org/wp-content/uploads/2017/01/Hands-on-FIWARE-Context-provider-Simulator.pdf

Interesante presentación de Telefónica: https://www.uma.es/smart-campus/navegador_de_ficheros/SmartUMA/descargar/Material%20Curso%20de%20formaci%C3%B3n%20para%20la%20red%20IoT%20Smart%20Cities/FORMACION%20SMART%20CITY%20UMA%20-%20FIWARE%20y%20Plataforma%20Thinking%20Cities.pdf

Node-RED y Domótica

En HA (Home Assistant) se usa Node-RED.

Nodos de HA:

Tutorial de HA y Node-RED: https://www.juanmtech.com/get-started-with-node-red-and-home-assistant/

Addon de Node-RED en HA: https://community.home-assistant.io/t/home-assistant-community-add-on-node-red/55023

Más información: https://www.domoticaeconomica.com/node-red-en-hassio-o-home-assistant

Otros Cursos

Además de los itinerarios se ofrecen otros cursos relacionados con el HW libre y la digitalización por separado, que pueden ser un complemento a los cursos de los itinerarios o cursos separados.

PLCs Basados en Arduino (Nivel 1)20 h
Node Red Iniciacion (Nivel 1)20 h
Node Red Avanzado (Nivel 2) – EN DESARROLLO20 h
Domótica Open Source (Nivel 1) – EN DESARROLLO20 h
Robótica Open Source (Nivel 1) – EN DESARROLLO20 h
Certificación Oficial Arduino (Nivel 1) – EN DESARROLLO20 h

Ver Anexo I con el material necesario para impartir los cursos de este itinerario.

PLCs Basados en Arduino (Nivel 1)

Objetivo

El objetivo de este curso es que el alumno obtenga un conocimiento de los PLCs basados en Arduino y de su potencia en los entornos industriales y el IoT. Nos centraremos en un modelo para las prácticas pero se verán varios tipos.

Toda la documentación del curso y el código usado es libre y accesible desde https://www.aprendiendoarduino.com/

Al finalizar el curso el alumno será capaz de:

  • Conocer diversas opciones de PLCs basados en Arduino
  • Manejar y configurar el IDE Arduino
  • Conocer el lenguaje de programación
  • Conocer otros lenguajes de programación para los PLCs
  • Aprender a usar las entradas analógicas y digitales
  • Aprender a usar las salidas analógicas y digitales
  • Manejar sensores y periféricos
  • Usar comunicaciones disponibles en los PLCs

Requisitos Alumnos

Para realizar este curso, es necesario tener unos conocimientos básicos de Arduino.

Contenido del Curso

  • PLCs basados en Arduino
  • IDE Arduino
  • Simuladores Arduino
  • Programación Arduino
  • Otros Métodos de Programación
  • Entradas y Salidas Digitales
  • Entradas Analógicas
  • PWM
  • Manejo de Sensores
  • Comunicaciones
  • PLCs basados en Raspberry Pi
  • Proyectos Industriales

Node Red Iniciacion (Nivel 1)

Objetivo

El objetivo de este curso es que el alumno aprenda el uso de Node-RED y la programación visual mediante flujos para su uso en entornos de domótica e IoT

Toda la documentación del curso y el código usado es libre y accesible desde https://www.aprendiendoarduino.com/

Al finalizar el curso el alumno será capaz de:

  • Instalar Node-RED en diversas plataformas
  • Conocer el protocolo MQTT e instalar un broker
  • Configurar y usar de forma segura Node-RED
  • Usar la programación de flujos de forma eficiente
  • Hacer debug de los programas Node-RED
  • Instalar y utilizar nodos
  • Configurar un dashboard
  • Integrar Node-RED con servicios de terceros

Requisitos Alumnos

No son necesarios requisitos previos de los alumnos para asistir a este curso

Contenido del Curso

  • Instalación de Node-RED
  • Instalación de Mosquitto
  • Protocolo MQTT
  • Configurar y securizar Node-RED
  • Configurar y securizar Mosquitto
  • Node-Red en la Nube
  • Programación Node-RED
  • Debug Node-RED
  • Nodos Node-RED
  • Dashboard Node-Red
  • Integración con Servicios de Terceros