Grafana+Zabbix: Tootmisliini töö visualiseerimine

Selles artiklis jagan oma kogemust open source süsteemide Zabbix ja Grafana kasutamisest tootmisliinide töö visualiseerimiseks. Teave võib olla kasulik neile, kes otsivad kiiret viisi visuaalseks kuvamiseks või analüüsiks kogutud andmete projektides, mis on seotud tööstusautomaatika või IoT-ga. Artikkel ei ole põhjalik juhend, pigem süsteemi jälgimise kontseptsioon, mis põhineb avatud tarkvaral tootmisettevõttes.

Tööriistade komplekt

Zabbix – oleme seda juba ammu kasutanud ettevõtte IT-infrastruktuuri jälgimiseks. Süsteem osutus nii mugavaks ja universaalseks, et hakkasime sinna koguma tootmisliinide, andurite ja kontrollerite andmeid. See võimaldas meil koguda kõik mõõdikute andmed ühte kohta, luua lihtsaid graafikuid ressursside kasutusest ja seadmete tootlikkusest, kuid väga puudus analüüs ja kaunid graafikud.

Grafana – see on võimas tööriist andmete analüüsiks ja visualiseerimiseks. Paljusid pluginaid saab kasutada andmete tõmbamiseks erinevatest allikatest (zabbix, clickhouse, influxDB), nende töötlemiseks reaalajas (keskmise, summa, erinevuse jms arvestamiseks) ja igasuguste graafikute joonistamiseks (alates lihtsatest joonistest, spidomeetritest, tabelitest kuni keerukate skeemideni).

Draw.io – teenus, mis võimaldab veebiredaktoris joonistada lihtsast plaanist kuni ruumide kaardistamiseni. Palju valmis šabloone ja joonistatud objekte. Andmeid saab eksportida kõikidesse peamistes graafilistes formaatidesse või xml.

Koondame kõik kokku

On kirjutatud palju artikleid Grafana ja Zabbixi paigaldamisest ja seadistamisest, ma räägin peamistest konfiguratsioonipunktidest.

Zabbixis serveril loomiseks on “võrgusõlm” (host), millele kuuluvad “andmeelemendid” (item) meie sensoritest saadud metrikatega. Soovitav on eelnevalt hoolikalt mõelda sõlmede ja andmeelementide nimede peale ja teha need võimalikult struktureerituks, kuna nendele viitame Grafanas regulaaravaldistes. Selline lähenemine on mugav, kuna ühe päringuga saame andmed rühma elementidest.

Grafana seadistamiseks on vajalik paigaldada täiendavad pluginad:

• Zabbix by Alexander Zobnin (alexanderzobnin-zabbix-app) – Zabbixi integreerimine
• natel-discrete-panel – diskreetse visualiseerimise plugin horisontaalses graafikus
• pierosavi-imageit-panel – plugin andmete kuvamiseks oma pildi peal
• agenty-flowcharting-panel – plugin dünaamiliseks skeemi visualiseerimiseks draw.io-st

Zabbixiga integreerimine seadistatakse Grafanas, menüüs ConfigurationData sourcesZabbix. Seal tuleb märkida Zabbixi serveri API aadress, minu puhul see on http://zabbix.local/zabbix/api_jsonrpc.php, ning sisselogimise nimi ja parool. Kui kõik on õigesti tehtud, ilmub seade salvestamisel teadet koos API versiooni numbriga: zabbix API version: 5.0.1

Loome Dashboardi

Siin algab Grafana ja selle pluginade tõeline maagia.

Plugin natel-discrete-panel
Meil on andmed mootorite staatuste kohta joonistel (töötab = 1, ei tööta = 0). Diskreetse graafiku abil saame joonistada skaala, kust on näha: mootori seisund, kui kaua ta on töötanud minutites/tundides või %, ja kui tihti ta käivitati.

Mootorite staatuste visualiseerimine

Minu arvates on see üks parimaid graafikuid seadmete jõudluse visualiseerimiseks. Koheselt on näha, kui kaua see seisab, millistes režiimides see sagedamini töötab. Andmeid võib olla palju, on võimalus neid agregatsiooni teel vahemike kaupa töödelda, väärtuste põhjal transformeerida (kui väärtus on «1», siis näidata kui «ON»).

Plugin pierosavi-imageit-panel

Imageit on mugav kasutada, kui teil on juba joonistatud skeem või ruumiplaneering, kuhu soovite andmeid anduritelt kanda. Visualiseerimise seadetes tuleb määrata pildi URL ja lisada soovitud sensorielemendid. Element ilmub pildile ja selle saab hiirega soovitud kohta paigutada.

Ahju skeem temperatuuride ja rõhude mõõdikute näitajatega

Plugin agenty-flowcharting-panel

Soovin rääkida FlowCharting visualiseerimisest üksikasjalikumalt, kuna see on uskumatu funktsionaalsusega tööriist. See võimaldab luua dünaamilise mnemogrammi, mille elemendid reageerivad mõõdikute väärtustele (muutes värvi, asukohta, nime jne).

Andmete saamine

Grafana visualiseerimise igas elemendis alustatakse andmete päringuga allikast, meie puhul on see Zabbix. Päringute abil tuleb saada kõik mõõdikud, mida soovime skeemis kasutada. Mõõdikute detailid on andmeelementide nimed Zabbixis; saab määrata nii eraldi mõõdiku kui ka mitmeid koos regulaaravaldusega filtreerimise teel. Minu näites sisaldab väli Item väljendit: «/(^liin 1)|(olemasolek)|(kurgi)/» — see tähendab: valida kõik mõõdikud, mille nimed algavad sõnaga «liin 1» või sisaldavad sõna «olemasolek» või sõna «kurgi».

Näide andmete päringu seadistamisest esimese liini mootorite ja toormaterjali olemasolu kohta.

Andmete konverteerimine

Algandmed ei pruugi alati olla sellises vormis, nagu me neid kuvada soovime. Näiteks on meil igaminutilised andmed toote kaalust mahutis (kg) ja peame kuvama täitmiskiirusena t/t. Teen seda järgmiselt: võtan kaalud ja muundan need Grafana delta-funktsiooniga, mis arvutab mõõtme väärtuste vahelise erinevuse, nii et praegune kaal muutub kg/min. Seejärel korrutan 0,06-ga, et tulemuse tuua tonnidesse/tunni. Kuna kaalu mõõtmist kasutatakse mitmes päringus, määran sellele uue hüüdnime (setAlias) ja kasutan seda visualiseerimise reeglis.

Näide delta parameetri ja korrutaja kasutamisest ning mõõtme ümbernimetamisest päringus

Siin on veel üks näide andmete töötlemisest: mul oli vaja lugeda mootorite käivitamiste arvu (tsükli algus = mootori juhtimine). Näitaja arvestatakse mootori staatuse põhjal "liin 1 — mahuti 1 pump (staatus)". Töötlemine: algsete näitaja andmed muudetakse delta-funktsiooniga (vahe väärtustes), seega näitajas on väärtus «+1» mootori käivitamisel, «-1» seiskamisel ja «0», kui mootor ei muuda oma staatust. Siis eemaldan kõik väärtused, mis on väiksemad kui 1, ja summeerin need. Tulemuseks on mootori käivitamiste arv.

Näide andmete töötlemisest praegusest staatusest käivatuste arvuks

Nüüd visuaalsusest endast

Kuvamis seadetes on nupp «Edit Draw», mis käivitab redaktori, kus saab joonistada skeemi. Igal objektil skeemil on omad parameetrid. Näiteks, kui määrata fondi seaded redaktoris – need rakenduvad andmete visualiseerimisele Grafanas.

Selline on editor Draw.io-s

Pärast skeemi salvestamist kuvatakse see Grafanas ja saab luua elementide muutmise reegleid.

Parameetrites () määrame:

• Valikud — reeglina määratakse reegli nimi (Rule name), metri nimetuse või hüüdnime, mille andmeid kasutatakse (Apply to metrics). Andmete aggregeerimise tüüp (Aggregation) mõjutab metri lõpptulemust, näiteks Last — tähendab, et valitakse viimane väärtus, avg — näitlik väärtus valitud ajavahemikus paremas ülanurgas.
• Piirväärtused — piirväärtuste parameeter kirjeldab värvi rakendamise loogikat, st valitud värv kantakse skeemi elementidele vastavalt metri andmetele. Minu näites, kui metri väärtus on „0“ — staatus „Ok“, siis värv on roheline; kui väärtus on „>1“, on staatus Kritiline ja värv punane.
• Värvi/Tööriista kaardistamine» ja «Silt/Teksti kaardistamine» — skeemi elemendi valik ja selle käitumise stsenaarium. Esimeses stsenaariumis objekt värvitakse, teises – sellele lisatakse tekst metri andmetega. Objekti valimiseks skeemil tuleb vajutada ahela märki ja hiirega skeemil klõpsata.

Selles näites värvin pumpa ja selle noolte punaseks, kui see töötab, ja roheliseks, kui ei.

Flowcharting plugina abil suutsin joonistada kogu joone skeemi, millel:

1. muutuvad agregaatide värvid vastavalt nende staatusest
2. toodete kadumise signaali olemasolu
3. mootorite sagedusseade kuvatakse
4. esimese paagi täitmise/tühjendamise kiirus
5. tootmisliini töötsüklite (segude) arv loendatakse

Tööstusliini töö visualiseerimine

Tulemus

Minu jaoks oli kõige keerulisem andmete saamine kontrolleritelt. Tänu Zabbixi universaalsusele andmete hankimisel ja Grafana paindlikkusele pistikprogrammide kaudu kulus vaid paar päeva tootmisliini monitorimise täieliku ekraaniga tegelemiseks. Visualiseerimine võimaldas graafikute ja oleku statistika vaatamist ning kergesti ligipääsetav veeb kõigile huvilistele – see kõik võimaldas kiiresti tuvastada kitsaskohti ning efektiivse kasutuse puudujääke.

Kokkuvõte

Mulle meeldis Zabbix + Grafana kombinatsioon ja soovitan sellele tähelepanu pöörata, kui vajate andmete kiiret töötlemist kontrolleritest või anduritest ilma programmeerimise või keeruliste kommertstoote rakendamiseta. Ilmselgelt ei asenda see professionaalseid SCADA süsteeme, kuid piisab kogu tootmise keskusteenindamiseks.

Allikas: habr.com