Pengembangan Edge IIoT dengan Modbus: Membangun Aliran Data Sensor Aman di Raspberry Pi

Catatan Editor: Industrial Internet of Things (IIoT) membuka wawasan mendalam ke dalam operasi industri, meningkatkan efisiensi di seluruh sistem terhubung. Penerapan IIoT skala besar bergantung pada arsitektur berlapis untuk mengumpulkan data dari berbagai sensor, mentransmisikannya secara aman ke cloud, dan melakukan analitik yang mendorong nilai dunia nyata. Bab ini membahas pengembangan edge IIoT, dengan fokus pada protokol Modbus sebagai solusi ringan dan terbukti untuk komunikasi serial.

Disadaptasi dari Industrial Internet Application Development, oleh Alena Traukina, Jayant Thomas, Prashant Tyagi, Kishore Reddipalli.

Bab 3. Pengembangan Edge IIoT (Lanjutan)

Protokol M2M Industri – Modbus

Dalam bagian ini kita membangun aplikasi IoT kompakt yang mengirim data sensor dari hub Raspberry Pi ke perangkat penerima (PC atau cloud) menggunakan Modbus TCP, varian lapisan aplikasi dari Modbus.

Aliran data dari simulator sensor ke perangkat penerima

Modbus ideal untuk perangkat dengan hardware terbatas: sederhana, open-source, dan banyak didukung. Berikut adalah ringkasan spesifikasi untuk membantu Anda memutuskan apakah Modbus memenuhi persyaratan Anda.

Nilai yang ditandai dengan * bervariasi di seluruh implementasi.

Blok Bangunan

• Perangkat lunak yang diperlukan:
  • Node.js 6+ (unduh)
  • PostgreSQL (unduh)
  • Cloud Foundry CLI (unduh)
  • Paket npm Request (halaman npm)
  • Paket npm Modbus (halaman npm)
  • Docker (panduan instalasi)
• Hardware yang diperlukan:
  • Raspberry Pi 3 Model B
  • Adapter daya 2 A/5 V
  • Kartu microSD 8 GB+ dengan adapter
  • Kabel Ethernet untuk jaringan kabel

Menyiapkan Kartu SD

1. Unduh gambar Raspbian Lite terbaru dari Unduhan Raspberry Pi.
2. Masukkan kartu SD ke komputer dan flash gambar menggunakan Etcher (https://www.balena.io/etcher/).
3. Aktifkan SSH dengan membuat berkas kosong bernama ssh di partisi boot:

   cd /Volumes/boot touch ssh

4. Untuk mengaktifkan Wi‑Fi, buat network.conf dengan:

network={ ssid="YOUR_SSID" psk="YOUR_WIFI_PASSWORD" }

Gunakan nano untuk mengedit berkas di konsol Linux.

5. Buat direktori proyek: /home/pi/hub.
6. Di /home/pi/hub/package.json tambahkan:

{ "name": "hub", "version": "1.0.0", "description": "", "main": "index.js", "scripts": { "start": "node index.js", "test": "echo \"Error: no test specified\" && exit 1" }, "author": "", "license": "ISC", "dependencies": { "modbus": "0.0.16", "request": "^2.81.0" } }

7. Di /home/pi/hub/index.js implementasikan klien Modbus untuk mengirim data ke server Anda. Ganti placeholder dengan alamat nyata:

   const modbus = require('modbus'); const request = require('request'); // Contoh: baca register sensor dan POST ke server jarak jauh // (masukkan logika sebenarnya di sini) 

8. Buat /home/pi/hub/Dockerfile:

   FROM hypriot/rpi-node:boron-onbuild RUN apt-get update && apt-get install -y libmodbus5 

9. Buat direktori proyek sensor: /home/pi/sensor.

10. Di /home/pi/sensor/package.json tambahkan:

    { "name": "sensor", "version": "1.0.0", "description": "", "main": "index.js", "scripts": { "start": "node index.js", "test": "echo \"Error: no test specified\" && exit 1" }, "author": "", "license": "ISC", "dependencies": { "modbus": "0.0.16" } }

11. Di /home/pi/sensor/index.js implementasikan simulator sensor dan klien TCP Modbus. Ganti REMOTE-HUB-ADDRESS.com dengan IP atau nama host hub:

    const modbus = require('modbus'); // Contoh: simulasi pembacaan sensor dan tulis ke Modbus // (masukkan logika sebenarnya di sini) 

12. Buat /home/pi/sensor/Dockerfile:

    FROM hypriot/rpi-node:boron-onbuild RUN apt-get update && apt-get install -y libmodbus5 

Menyerapkan Solusi

Bangun gambar Docker, dorong ke registry, dan jalankan kontainer di Raspberry Pi. Pastikan kontainer hub dan sensor dapat berkomunikasi melalui jaringan lokal. Setelah diterapkan, simulator sensor akan menerbitkan data melalui Modbus TCP ke hub, yang meneruskan ke endpoint cloud Anda.

Dengan mengikuti panduan ini Anda akan memiliki tumpukan edge IIoT yang andal dengan overhead rendah yang menunjukkan kekuatan Modbus dalam skenario industri dunia nyata.