現今的工業自動化領域中，傳統 SCADA 系統雖為主流，但其「以點計費」的高昂成本與硬體授權綁定的僵化限制，常成為系統整合時的痛點。本文將深入探討如何利用開源工具 Node-RED 作為輕量化且高彈性的替代方案，突破封閉式架構的藩籬。
我們將從 PLC 乙太網通訊協議（如 Modbus TCP、MC Protocol）的基礎原理出發，解析如何無需依賴昂貴軟體即可實現設備數據採集與控制。文中將剖析兩個具體的實戰應用案例：「AOI 檢測影像的自動化歸檔整理」以及「即時生產履歷（Traceability）與 SQLite 資料庫串接」。無論您是尋求降低成本的自動化工程師，或是希望以低門檻導入工業物聯網（IIoT）的管理者，本文都將為您提供具體的技術路徑與實作思維。
霓可
「哇～上面的介紹看起來是不是有點嚴肅？其實說穿了，就是傳統 SCADA 實在太燒錢啦 ，為了我的自動化夢想，我們決定挑戰用 Node-RED 這個『省錢神器』來馴服工廠裡的機器們！
不管是把亂七八糟的 AOI 照片自動排好，還是把資料通通抓進資料庫，只要學會這一招，絕對能讓老闆（或是未來的自己？）對你刮目相看！一起把這些『不用花大錢』的絕招偷偷學起來吧！」
為什麼我想逃離傳統 SCADA？又貴又麻煩的辛酸淚
我記得第一次玩 SCADA 系統的時候就很好奇，既然系統可以把 PLC 的資料擷取出來，應該不是只能侷限在套裝的 SCADA 系統內，而是可以拿出來應用吧？
那時候使用的套裝 SCADA 系統還算方便，但就是侷限性多了一點，一來是想要採集的數據是以點為來做計費的（是的，用越多越貴！）軟體本身還需要透過授權並綁定在指定電腦上，而萬一如果電腦壞了或者電腦需要更換，要馬不是投入付諸流水、要馬就是要回去跟廠商盧半天很麻煩。
PLC 上的網路孔是拿來上網的嗎？
撇除比較舊型的 PLC （例如三菱 FX3U之前的機種 ），現在大多的 PLC 都有提供 RJ45（常見的網孔）的通訊埠，這些通訊埠大多除了支援基本的 Ethernet TCP/ UPT 協議，也會支援比較常見的工業協議如 Modbus TCP 或是 EthnetIP 等等，我自己以前有陣子倒是很困惑，明明都是網路孔那跟我們家用電腦的有什麼不一樣？這麼多奇奇怪怪的通訊協議、阿是只要一樣的就可以通嗎？
為什麼不能只用 I/O？通訊協議的強大之處
簡單來說，PLC 提供的通訊協議大多時候是為了能夠驅動、控制與讀取裝置或感測器，因為現今自動化工業上的許多元件，已經很難只用 I/O 或脈衝簡單做到想要的功能了，舉例來說位置校正 CCD 就是一個典型的例子，CCD 拍攝後取得座標回傳給 PLC 必定得是一大串數字，如果今天是 I/O 或串、序列通訊，一來不是通訊起來麻煩的要命、就是當元件多的時候擴充模組插不完；舉另一個例子，伺服馬達如果使用了網路訊，許許多多的設定資料就可以方便快速的傳送，PLC 程式在編寫上可以更直接的下命令或者變更參數給馬達控制器本身，也可以反過來讓馬達控制器提供馬達的狀態 (例如溫度)，反搜回來的馬達參數就很適合拿還座故障排除或者故障預防。
Node-RED 居然能讓機器「聽懂」彼此的話！
那回到與 PC 通訊的話題，如果想要簡單方便的與 PLC 通訊，那可以怎麼辦？那就是－搞定通訊協議🤣
Node-RED 的本質，有點像是流程化的機器翻譯、動作程式，用好理解的拖拉流程圖，定義你想要引入的觸發或訊號來源，接著再根據你定義的流程，進行出發後的信號轉換、顯示畫面、或者運算。Node-RED 強大的地方在於社群開源，除了基本常見的通訊以外，那怕是各種 Modbus TCP、 MC、Modbus TCP 等等工業網路，你都能在社群找到節點（這裡姑且當作是外掛）或者範例，甚至我自己也嘗試了將收集到的資料直接透過資料庫節點寫入 SQLite 的 DB 檔案，這都沒有問題！
實戰演練一：告別人工分類！AOI 生產紀錄自動整理術
這是一個內含 AOI (機器視覺辨識) 的設備，這個設備的主要邏輯控制使用 PLC ，而 AOI 則使用工業 PC 來處理，每次的生產過程 AOI 都會產生產品辨識的照片，一切都很美好，但唯一的問題就是這些照片的檔案名稱只有時間序，只看檔案名稱根本就沒有辦法分辨它是哪個批號生產出來的東西，於是作業員只能比對生產的時間記錄，手動將每一個照片分類歸類。
而這支 Node-RED 程式，解決的就是分類照片的問題，在設備運作的過程中，程式會自己去撈出 AOI 拍出的照片，接著去讀取 PLC 的生產參數判斷目前的生產批號，最後將生產批號寫回撈出照片的檔案名稱。
這個簡單的動作省下了作業員每次生產後 80% 整理資料的時間，也避免了人工操作失誤的可能，如果後續加入更多節點，我相信節省 100% 整理資料的時間都是合理的。
實戰演練二：打造專屬戰情室！設備生產履歷與即時控制
這不是一個實裝在正式生產設備的 Node-RED 程式，目前只有進行 DEMO 測試。程式的目的在於即時監控設備的生產狀態，並加入了簡單控制設備的功能（很適合用來在實裝的時候與 PLC 做互鎖保護 ），並且所有的生產資訊都會寫入地端的資料庫系統。
這支 Node-RED 程式寫起來就稍微複雜了一點，我用到了 MC 節點主要用來與 PLC 通訊，也加入了看板節點來建立一個 web 顯示窗口，還有資料庫的節點用來讀取紀錄 SQLite 的 DB 檔案 。
硬要說的話，我覺得的整個節點弄起來一開始花最多時間的是 PLC 通訊，因為每家的 PLC 通訊協議稍稍有點不一樣，有的需要指定位置、有的預設就在那裏、有的通訊埠不給用，最後我實際弄起來，暫時是覺得 MC 協議還算方便通用。再來第二麻煩的就是資料庫的讀取輸入，因為生產資料不是無腦全部直接存進去的，每筆資料在生產的過程都有時間差，也有程式需要先”讀取資料庫看要存哪裡”才動作的情況，因此整個節點的規畫過程就需要再用一些 JSON Function 做資料判斷，最後資料庫的架構規劃，那又是另一件事了。
不用買大電腦也能跑？認識「工業閘道器」這個省空間神器
我覺得 Node-RED 程式非常適合快速地進行工業物聯網（IIOT）的測試，甚至如果使用到的節點穩定，真的部屬在生產機器上應該也是沒有問題，或許有些讀者會問：那如果我要架一個 Node-RED 做設備的工業物聯網，就非得要一台設備放一台電腦嗎？那豈不是太佔空間又太浪費了？其實也不盡然，除 PC 或工業電腦的選擇之外， 解決相同問題的產品目前是有的，它叫做”工業閘道器”，通常它的體積不大容易安裝，甚至有一些工業閘道器內就是使用 Node-RED 的程式。
結尾
最後，如果你對範例的兩個應用有更多的疑問，或者想了解更多 Node-RED 程式的細節或者應用，請在下面留言跟我說。
