Desenvolvimento de borda IIoT - Usando Modbus

Nota do Editor:A Internet das Coisas Industrial (IIoT) promete fornecer uma visão profunda das operações industriais e aumentar a eficiência das máquinas e sistemas conectados. Os aplicativos IIoT em grande escala contam com arquiteturas em camadas para coletar dados de uma ampla gama de sensores, mover dados de maneira confiável e segura para a nuvem e realizar a análise necessária para fornecer essa percepção e eficiência. No Industrial Internet Application Development, os autores fornecem um exame detalhado da arquitetura IIoT e discutem abordagens para atender aos amplos requisitos associados a esses sistemas.

Adaptado de Industrial Internet Application Development, por Alena Traukina, Jayant Thomas, Prashant Tyagi, Kishore Reddipalli.

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Capítulo 3. Desenvolvimento do IIoT Edge (continuação)
Por Alena Traukina, Jayant Thomas, Prashant Tyagi, Kishore Reddipalli

Protocolos industriais M2M - Modbus

Nesta seção, tentaremos construir um aplicativo IoT simples para enviar dados de um módulo simulador de sensor para um dispositivo receptor (um PC ou uma nuvem), usando um hub Raspberry Pi e o protocolo Modbus:

Fluxo de dados de um simulador de sensor para um dispositivo receptor

Para dispositivos com recursos de hardware limitados, faz sentido usar o protocolo Modbus para comunicação serial. Embora simples, tem várias implementações abertas e proprietárias que variam em funcionalidade.

Observe que este protocolo pode ser usado na camada de transporte, mas, em nosso exemplo, vamos usar Modbus TCP, trabalhando no nível da aplicação.

Na tabela a seguir, você pode encontrar uma descrição mais detalhada do protocolo para entender se ele é adequado para suas necessidades:
Chave Valor Código aberto Sim * O OSI layerTransport ou um aplicativoData typesInteger, float, string, BooleanLimitations • Sem suporte para grandes objetos binários

• O nó mestre pesquisa regularmente cada dispositivo para modificações de dados *

• Máximo de 254 dispositivos endereçados em um único link de dados *

• Apenas transmissões contíguas são permitidas
Possíveis operaçõesLeia e grave registros e bobinas, diagnósticosLatencyHighUsageSMS, GPRS, wireline, wireless, mesh communicationSecurityNoCompressionNo
Tabela 4:As especificações do protocolo Modbus
Os valores marcados com * não são aplicáveis ​​a todas as implementações do protocolo Modbus.
Para construir o aplicativo, precisaremos do seguinte:

• Software necessário:
  

  • Node.js 6+ ( https:/ /nodejs.org/en/download/ )
    

  • PostgreSQL ( https://www.postgresql .org / download / )
    

  • A CLI Cloud Foundry ( https:// github.com/cloudfoundry/cli#downloads )
    

  • Solicitação ( https://www.npmjs .com / package / request )
    

  • Modbus ( https://www.npmjs .com / package / modbus )
    

  • Docker ( https://docs.docker .com / engine / installation / )
    

• Hardware necessário:
  

  • Raspberry Pi 3 (modelo B)
    

  • Um adaptador de alimentação (2A / 5V)
    

  • Um cartão microSD (8 GB +) e um adaptador SD
    

  • Um cabo Ethernet para uma conexão de rede com fio
    

Preparando um cartão SD

Para preparar um cartão SD, siga a sequência de ações conforme descrito:

1. Baixe a imagem Raspbian LITE mais recente (disponível em https://raspberrypi.org/downloads/raspbian/ )
   

2. Conecte seu cartão SD a um computador e use o Etcher ( https:// io / ) para piscar o Raspbian . img arquivo para o cartão SD.
   

3. Ativar SSH:
   
   cd / Volumes / boot
   toque em ssh
   

4. Para habilitar o Wi-Fi, crie conf com o seguinte conteúdo:
   

rede ={
ssid =”YOUR_SSID”
psk =”YOUR_WIFI_PASSWORD”
}
Para criar um arquivo em um console Linux, você pode usar o editor GNU nano. Ele é pré-instalado na maioria das distribuições Linux. Tudo que você precisa é executar o nano FILE_NAME comando e siga as instruções exibidas.

5. Crie o / home / pi / hub
   

6. Crie o / home / pi / hub / package.json arquivo com o seguinte conteúdo:
   

{
“nome”:“hub”,
“versão”:“1.0.0”,
“descrição”:“”,
“main”:“index.js”, “scripts”:{
“start”:“node index.js”,
“test”:“echo“ Erro:nenhum teste especificado ” &&exit 1 ″
},
“autor”:“”,
“licença”:“ISC”, “dependências”:{
“modbus”:“0.0.16 ”,
“ solicitação ”:“ ^ 2.81.0 ”
}
}

7. Crie o / home / pi / hub / index.js arquivo com o seguinte conteúdo, substituindo REMOTE-SERVER-ADDRESS.com e REMOTE-SENSOR-ADDRESS com valores reais:
   

   
   

8. Crie um / home / pi / hub / Dockerfile arquivo com o seguinte conteúdo:
   

DE hypriot / rpi-node:boron-onbuild
EXECUTE apt-get update &&apt-get install -y libmodbus5

9. Crie o / home / pi / sensor
   

10. Crie o / home / pi / sensor / package.json arquivo com o seguinte conteúdo:
    

{
“nome”:“sensor”,
“versão”:“1.0.0”,
“descrição”:“”,
“main”:“index.js”, “scripts”:{
“start”:“node index.js”,
“test”:“echo“ Erro:nenhum teste especificado ” &&exit 1 ″
},
“autor”:“”,
“licença”:“ISC”, “dependências”:{
“modbus”:“0.0.16 ”
}
}

11. Crie o / home / pi / sensor / index.js arquivo com o seguinte conteúdo, substituindo REMOTE-HUB-ADDRESS.com com um valor real:
    

    
    

12. Crie o / home / pi / sensor / Dockerfile arquivo com o seguinte conteúdo:
    

DE hypriot / rpi-node:boron-onbuild
EXECUTE apt-get update &&apt-get install -y libmodbus5