Nell'era di Industria 4.0 tutte le aziende stanno effettuando la conversione dei propri sistemi verso i nuovi metodi di gestione dei dati. Oggi i nuovi macchinari sono tutti "intelligenti", cioè sono in grado di trasmettere il proprio stato e lo stato delle lavorazioni, verso dashboard di controllo sempre più avanzate, che rendono la gestione del tempo e delle lavorazioni sempre più efficacie e consentono anche la manutenzione preventiva, per evitare i malfunzionamenti ed eventuali onerosi blocchi macchina.
Anche i macchinari più anziani, però, possono essere resi Smart, con l'ausilio di sensori e metodi di trasmissione dei dati sempre più piccoli e facilmente integrabili.
In questi giorni sto aiutando un amico proprio in un progetto di questo tipo, cioè la conversione di un macchinario al quale è stato già integrato un sistema di trasmissione dei dati su modulo ModBus seriale RS485. Il sistema attualmente trasmette i dati via cavo seriale RS485, l'intenzione è quella di convertire il sistema per poter trasmettere via WiFi gli stessi dati.
La scelta naturalmente è stata quella di utilizzare i moduli ESP32, che sono economici e molto facili da utilizzare, veloci e sicuri.
Riporto qui a fianco lo schema della GPIO del modulo che ho utilizzato per fare i test. Ho scelto il modello Mini ESP32 in quanto per questo progetto non ci sono particolari necessità di piedinatura, ed il fattore forma, per semplificare la possibilità di integrazione è una delle variabili più importanti.
Per prima cosa, ho caricato sul mio ESP32 il Micropython, come descritto in questa veloce guida ed anche in questo post qui
Successivamente, come spiegato qui, ho collegato il modulo attraverso RSHELL che per lavorare con Micropython è lo strumento più utile in assoluto.
. Sempre attraverso RSHELL ho caricato la libreria che gestirà la comunicazione con il device già inserito nella apparecchiatura, la libreria uModBus che è molto essenziale e gestisce in modo corretto la conversione dei pacchetti con i device in modalità RTU.
Per fare i primi test ho caricato la libreria direttamente dentro la flash del ESP32, anche se la maniera migliore per lavorare con librerie specifiche sarebbe quella di compilare il Micropython direttamente con le librerie che servono, attraverso l'SDK che Espressif mette a disposizione. Lo farò sicuramente finiti i primi test.
A questo punto, per poter controllare il funzionamento o meno del sistema appena montato ho bisogno di un device slave che risponda a chiamate ModBus. Problema!. In casa non ho nulla di questo genere! Ho scoperto però, che esiste un programma linux che consente di simulare il comportamento di un device slave ModBus, proprio per poter testare sistemi come il mio..... Ottimo!
Diagslave funziona in diverse modalità, a me interessa che risponda a chiamate RTU seriali, quindi , caricato su una Raspberry Pi sulla quale sta girando un Debian appena aggiornato all'utlima versione, faccio partire il programma con :
arm-linux-gnueabihf/diagslave -a 1 -m rtu -b 4800 -d 8 -s 1 -p none /dev/ttyAMA0
chiamando l'help si ha la spiegazione di ogni parametro utilizzabile, per la mia configurazione io chiamo il nuovo device 1 con -a 1 (a = address), scelgo il modo RTU con -m rtu, scelgo la velocità di comunicazione con -b 4800 -d 8 -s 1 -p none e scelgo la seriale sul quale inviare la comunicazione /dev/ttyAMA0
che corrisponde ai pin UART0 della Raspberry Pi
Infatti, proprio sui Pin 8 e 10 , rispettivamente TX e RX della seriale interna UART0 di Raspberry Pi mi sono collegato con i cavetti provenienti dall'ESP32. Sul ESP32 ho indirizzato la seriale sui Pin 12 e 4 (sono Pin non utilizzati da nessun servizio interno e sui quali avevo gia' saldato di Pin rigidi, quindi ho scelto questi per comodità, ma possono essere scelti due Pin qualsiasi, ovviamente liberi da altri servizi).
A questo punto, facendo una richiesta ModBus da ESP32 il programma che gira su Raspberry Pi e che è in ascolto sulla seriale ttyAMA0, dovrebbe rispondere regolarmente.
Per effettuare le richieste dal lato ESP32 ho creato queste poche righe di codice Micropython:
from uModBusSerial import uModBusSerial as Seriale
seriale = Seriale(uart_id = 2, baudrate = 4800, data_bits=8, stop_bits=1, parity= None, pins=(12,4), ctrl_pin=None) # inizializzo la seriale e creo l'oggetto
seriale.write_single_register(1, 100, 111, True) #Scrive un singolo registro sullo Slave 1 nel registro 100 scrive il valore 111
seriale.read_input_registers(1, 100, 3, signed=True) #Legge 3 registri a partire dal 100
seriale.read_discrete_inputs(1, 99, 3)[0:3] #Legge 3 registri a partire dal 99
Il codice sopra ovviamente è solo per testare la comunicazione e fa queste cose:
from uModBusSerial import uModBusSerial as Seriale
Carica la libreria,
seriale = Seriale(uart_id = 2, baudrate = 4800, data_bits=8, stop_bits=1, parity= None, pins=(12,4), ctrl_pin=None)
crea l'oggetto "seriale " ,passando i parametri per la configurazione della seriale sui PIN scelti in fase di cablaggio.
seriale.write_single_register(1, 100, 111, True)
Crea una chiamata di scrittura con seriale.write_single_register(device_ID, REGISTRO, VALORE, segno)
device_ID = il numero identificativo del device ( in una rete ModBus su seriale RS485 possono coesistere fino a 255 device, che avranno ID diversi in funzione della loro collocazione fisica (1, 2 3,......, 255)
REGISTRO E VALORE sono parametri intuitivi
segno se settato = a True, mantiene il segno scritto nel registro, se settato a False, rende il valore del registro senza tenere conto del segno eventuale (elimina il segno meno davanti al valore del registro se esiste)
seriale.read_input_registers(1, 100, 3, signed=True)
Crea una chiamata di lettura di uno specifico registro (in questo caso il 100, quello su cui, alla riga precedente, avevo scritto il valore 111) il valore 3 indica al sistema di leggere 3 registri consecutivi, che nel nostro caso varranno 111 (l'unico valore che ho programmato alla riga precedente), 0, 0 (naturalmente i valori dei registri 101 e 102 saranno 0 in quanto non sono ancora stati scritti.
seriale.read_discrete_inputs(1, 99, 3)[0:3]
Questo è un metodo di lettura alternativo, che consente di leggere il contenuto di uno o più registri di un determinato device. Questo metodo ha bisogno della specifica dell'intervallo di lettura tra parentesi quadre, come riportato nel comando sopra.
Qui sotto il video dove e' possibile vedere le due finestre di terminale affiancate, una corrisponde al sistema Diagslave (quella in alto a DX) l'altra finestra, corrisponde alle chiamate effettuate dal modulo ESP32 utilizzato come Master in questa configurazione.
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