Menggunakan MODBUS dalam Aplikasi Manufaktur dengan Raspberry Pi Pico

Di era digital saat ini, otomatisasi industri menjadi salah satu aspek paling penting dalam meningkatkan efisiensi dan produktivitas di sektor manufaktur. Salah satu komponen penting dalam otomatisasi adalah kemampuan untuk mengintegrasikan berbagai perangkat dan sistem kontrol dalam satu jaringan komunikasi yang andal. Oleh karena itu, dibutuhkanlah peran MODBUS, sebuah protokol komunikasi yang banyak digunakan dalam industri. Raspberry Pi Pico, sebagai mikrokontroler yang kuat dan serbaguna, menawarkan platform yang cocok untuk mengimplementasikan MODBUS dalam aplikasi manufaktur. Raspberry Pi Pico adalah mikrokontroler berbasis RP2040 yang dirancang untuk aplikasi yang membutuhkan daya rendah, ukuran kecil dan biaya yang efisien.

 

MODBUS adalah protokol komunikasi serial yang dikembangkan oleh Modicon pada tahun 1979 untuk digunakan dengan Programmable Logic Controllers (PLC). MODBUS memungkinkan komunikasi antara perangkat di jaringan serial atau ethernet. Protokol ini sangat populer dalam industri manufaktur dan otomasi karena kesederhanaannya, keandalan dan dukungan luas dari berbagai perangkat. MODBUS bekerja dalam mode master-slave, dimana satu perangkat master mengendalikan satu atau lebih perangkat slave. Data dikirim dalam bentuk pesan yang berisi informasi seperti alamat perangkat, kode fungsi, data yang ditransfer dan checksum untuk verifikasi kesalahan.

 

Baca juga : Panduan Memilih MODBUS untuk Otomasi Industri Menggunakan Raspberry Pi Pico

 

Varian MODBUS

 

1. MODBUS RTU (Remote Terminal Unit)

MODBUS RTU beroperasi pada komunikasi serial (RS-232 atau RS-485) dan menggunakan format biner yang lebih efisien.

2. MODBUS ASCII

MODBUS ASCII juga menggunakan komunikasi serial, namun data dikirim dalam format teks ASCII, yang lebih mudah dibaca oleh manusia tetapi kurang efisien dibandingkan RTU.

3. MODBUS TCP/IP

MODBUS TCP/IP menggunakan jaringan Ethernet dan protokol TCP/IP, memungkinkan komunikasi yang lebih cepat dan jangkauan yang lebih luas.

 

Keunggulan Raspberry Pi Pico pada Implementasi MODBUS dalam Aplikasi Manufaktur

 

1. Raspberry Pi Pico menawarkan harga yang sangat terjangkau, sehingga cocok untuk proyek-proyek yang membutuhkan banyak unit.

2. Ukurannya yang kecil memungkinkan integrasi mudah ke dalam berbagai perangkat atau sistem.

3. Pico dapat dengan mudah terhubung ke berbagai sensor, aktuator dan perangkat lainnya yang diperlukan dalam aplikasi manufaktur karena memiliki banyak pin GPIO.

4. Komunitas Raspberry Pi yang besar memberikan dukungan dan sumber daya yang melimpah untuk mengembangkan aplikasi berbasis MODBUS.

 

Langkah - langkah Implementasi MODBUS dengan Raspberry Pi Pico

1. Persiapan Hardware dan Software

• Raspberry Pi Pico

• Modul komunikasi RS-485 (untuk MODBUS RTU)

• Kabel jumper

• Komputer untuk pemrograman

• Software Thonny IDE untuk menulis dan mengunggah kode ke Raspberry Pi Pico

• Perangkat slave (seperti sensor atau PLC) untuk berkomunikasi dengan Raspberry Pi Pico

2. Menghubungkan Raspberry Pi Pico dengan Modul RS-485

MODBUS RTU biasanya menggunakan komunikasi serial melalui RS-485, karena RS-485 mendukung jarak yang lebih jauh dan lebih banyak perangkat dalam jaringan dibandingkan dengan RS-232. Berikut ini langkah-langkah untuk menghubungkan Raspberry Pi Pico dengan modul RS-485:

• Pin TX (GP0) dari Raspberry Pi Pico dihubungkan ke Pin DI (Data In) pada modul RS-485.

• Pin RX (GP1) dari Raspberry Pi Pico dihubungkan ke Pin RO (Receive Out) pada modul RS-485.

• Pin GND dari Raspberry Pi Pico dihubungkan ke Pin GND pada modul RS-485.

• Pin VCC (3.3V) dari Raspberry Pi Pico dihubungkan ke Pin VCC pada modul RS-485.

3. Instalasi Library MODBUS

Untuk berkomunikasi menggunakan MODBUS, Anda perlu menginstal library yang sesuai. Di Python, salah satu library yang populer untuk MODBUS adalah `pyModbus`. Untuk menginstalnya, Anda dapat menggunakan manajer paket seperti `pip`. Namun, karena Raspberry Pi Pico tidak memiliki sistem operasi lengkap seperti Raspberry Pi yang lain, Anda perlu mengunggah library MODBUS ke dalamnya sebagai modul MicroPython.

 

import machine

from machine import UART

import utime

# Konfigurasi UART

uart = UART(0, baudrate=9600, tx=machine.Pin(0), rx=machine.Pin(1))

def read_modbus_data():

    if uart.any():

        response = uart.read()

        print(response)

while True:

    read_modbus_data()

    utime.sleep(1)

Kode di atas adalah contoh sederhana untuk membaca data dari perangkat slave MODBUS melalui UART. Anda dapat memperluas kode ini untuk menambahkan fungsi master-slave yang lebih kompleks sesuai kebutuhan aplikasi manufaktur.

4. Konfigurasi MODBUS sebagai Master atau Slave

Raspberry Pi Pico dapat dikonfigurasi sebagai master atau slave dalam jaringan MODBUS. Berikut adalah contoh bagaimana Anda dapat mengonfigurasikan Raspberry Pi Pico sebagai master untuk membaca data dari slave:

 

def modbus_request(slave_id, function_code, start_address, quantity):

    request = bytearray(8)

    request[0] = slave_id

    request[1] = function_code

    request[2] = (start_address >> 8) & 0xFF

    request[3] = start_address & 0xFF

    request[4] = (quantity >> 8) & 0xFF

    request[5] = quantity & 0xFF

    crc = calculate_crc(request)

    request[6] = crc & 0xFF

    request[7] = (crc >> 8) & 0xFF

    uart.write(request)

def calculate_crc(data):

    crc = 0xFFFF

    for pos in data:

        crc ^= pos

        for i in range(8):

            if (crc & 1) != 0:

                crc >>= 1

                crc ^= 0xA001

            else:

                crc >>= 1

    return crc

 

Kode di atas mengirimkan permintaan ke perangkat slave untuk membaca data dengan fungsi MODBUS yang relevan.

5. Implementasi dalam Aplikasi Manufaktur

Setelah mengatur komunikasi MODBUS, langkah berikutnya adalah menerapkan Raspberry Pi Pico dalam aplikasi manufaktur. Berikut ini beberapa aplikasi yang dapat diimplementasikan:

•  Pemantauan dan Pengendalian Proses

Menghubungkan Raspberry Pi Pico ke sensor suhu, tekanan, atau kelembaban untuk memantau kondisi lingkungan dan mengontrol mesin secara otomatis berdasarkan data real-time.

• Pengumpulan Data Produksi

Menggunakan MODBUS untuk mengumpulkan data dari berbagai titik produksi dan mengirimkannya ke sistem manajemen untuk analisis lebih lanjut.

• Sistem Alarm dan Peringatan

Mengimplementasikan sistem yang memberikan peringatan atau alarm ketika parameter produksi berada di luar batas yang telah ditentukan, menggunakan data dari slave MODBUS.

 

Studi Kasus: Penggunaan MODBUS dalam Sistem Manufaktur

 

Sebagai studi kasus, Anda dapat melihat bagaimana Raspberry Pi Pico dengan MODBUS digunakan dalam pengendalian sistem HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning) di sebuah pabrik. Dalam sistem ini, Raspberry Pi Pico berfungsi sebagai master yang mengendalikan beberapa slave yang terdiri dari sensor suhu dan kelembaban serta aktuator untuk mengatur kecepatan kipas dan katup air. Dengan MODBUS, Raspberry Pi Pico dapat mengirim perintah ke perangkat slave untuk mengukur suhu dan kelembaban di berbagai area pabrik. Data ini kemudian diproses untuk menentukan kapan dan bagaimana sistem HVAC harus diaktifkan atau dinonaktifkan, serta untuk mengoptimalkan penggunaan energi.

 

Baca juga : Membangun Sistem Otomasi Pabrik dengan MODBUS dan Embedded System

 

 

 

 

 

 

Siap Untuk Membuat Proyek Impianmu Menjadi Kenyataan?

Klik di sini untuk chat langsung via WhatsApp dan dapatkan dukungan langsung dari tim ahli kami!