Grafana+Zabbix: Tootmisliini töö visualiseerimine

Selles artiklis tahan jagada kogemust open source süsteemide Zabbix ja Grafana kasutamisest tootmisliinide töö visualiseerimiseks. Teave võib olla kasulik neile, kes otsivad kiiret viisi kogutud andmete visuaalseks kuvamiseks või analüüsimiseks tööstusautomaatika või IoT projektides. Artikkel ei ole üksikasjalik juhend, vaid pigem kontseptsioon monitoorimissüsteemist, mis põhineb avatud tarkvaral tootmisettevõttes.

Tööriistakomplekt

Zabbix – me oleme seda kasutanud juba pikka aega tehase IT-infrastruktuuri jälgimiseks. Süsteem osutus nii mugavaks ja universaalseks, et hakkasime seda kasutama tootmisliinidest, anduritest ja kontrolleritest andmete kogumiseks. See võimaldas meil koguda kõik mõõdikud ühte kohta, teha lihtsaid graafikuid ressursside tarbimisest ja seadmete tõhususest, kuid analüüsist ja ilusatest graafikutest jäi väga puudu.

Grafana – see on võimas tööriist andmete analüüsiks ja visualiseerimiseks. Suur hulk pluginaid võimaldab andmeid erinevatest allikatest (zabbix, clickhouse, influxDB) hankida, neid reaalajas töödelda (arvutada keskmisi, koguseid, erinevusi jne) ja joonistada igasuguseid graafikuid (lihtsatest joonistest, kiirusmõõtjatest, tabelitest kuni keeruliste skeemideni).

Draw.io – teenus, mis võimaldab veebiredaktoris joonistada alates lihtsast plokkskeemist kuni ruumide plaanini. On palju valmis šabloone ja joonistatud objekte. Andmeid saab eksportida kõikidesse peamistesse graafilistesse formaatidesse või xml-i.

Kogume kõik kokku

Grafana ja Zabbixi installimise ja seadistamise kohta on kirjutatud palju artikleid, räägin põhilistest seadistamise punktidest.

Zabbixis serveris loodakse "võrgu sõlm" (host), millele kuuluvad "andmeelemendid" (item) meie anduritelt saadud mõõdikud. Sõlmede ja andmeelementide nimed on soovitatav ette mõelda ja teha võimalikult struktureerituks, kuna pöördume nende poole Grafanas regulaarsete väljendite kaudu. Selline lähenemine on mugav, kuna ühe päringuga saame andmeid kogu elemendigrupi kohta.

Grafana seadistamiseks on vaja installida täiendavad pluginad:

• Zabbix by Alexander Zobnin (alexanderzobnin-zabbix-app) – integratsioon zabbixiga
• natel-discrete-panel – plaan diskreetseks visualiseerimiseks horisontaalses graafikus
• pierosavi-imageit-panel – plaan andmete kuvamiseks oma pildi peale
• agenty-flowcharting-panel – moodul dünaamiliseks visualiseerimiseks joonistelt draw.io

Zabbixiga integreerimine seadistatakse Grafanas, menüüpunkt ConfigurationData sourcesZabbix. Seal tuleb märkida Zabbix serveri api aadress, minu oma on http://zabbix.local/zabbix/api_jsonrpc.php, ja sisselogimiseks vajalik kasutajanimi ja parool. Kui kõik on õigesti tehtud, kuvatakse seadete salvestamisel sõnum api versiooniga: zabbix API version: 5.0.1

Loome Dashboardi

Siit algab Grafana ja selle pluginade maagia.

Plugin natel-discrete-panel
Meil on andmed mootori staatuste kohta liinidel (töös = 1, mitte töös = 0). Discrete graafiku abil saame joonistada skaala, kus on nähtav: mootori staatus, kui kaua see on töötanud minutites/tundides või % ja kui sageli see on käivitatud.

Mootori staatuste visualiseerimine

Minu arvates on see üks parimaid graafikuid seadmete tootlikkuse visualiseerimiseks. Kohe on näha, kui palju aega see seisab, millistes režiimides see sagedamini töötab. Andmeid võib olla palju, andmete agregatsiooni võimalus vahemike kaupa, väärtuste teisendamine (kui väärtus on "1", siis näidata kui "ON")

Plugin pierosavi-imageit-panel

Imageiti on mugav kasutada, kui teil on juba joonistatud skeem või ruumi plaan, kuhu soovite andmed sensoritest kanda. Visualiseerimise seadetes tuleb märkida pildi url aadress ja lisada vajalikud sensorielemendid. Element tuleb pildile ja seda saab hiirega soovitud kohta paigutada.

Ahju skeem temperatuuride ja rõhu mõõtmisandmetega

Plugin agenty-flowcharting-panel

Sooviksin rääkida FlowChartingu visualiseerimise loomise kohta täpsemalt, kuna see on uskumatu funktsionaalsusega tööriist. See võimaldab luua dünaamilise mnemoseemi, mille elemendid reageerivad mõõdikute väärtustele (muutuvad värvi, asukoha, nime jne).

Andmete saamine

Iga visuaaliseerimise elemendi loomine Grafanas algab andmete päringuga allikast, meie juhul Zabbixist. Päringute kaudu tuleb hankida kõik mõõdikud, mida soovime skeemis kasutada. Mõõdikute atribuudid on Zabbixis andmeelemendi nimed, millest saab määrata nii eraldi mõõdiku kui ka hulga koos regulaaravalduse kaudu filtreerimisega. Minu näites sisaldab väli Item väljendit: "\/([^liin 1]|(olemasolek)|(kõrvits))\/" — see tähendab: valida kõik mõõdikud, mille nimi algab rangelt sõnaga "liin 1" või sisaldab sõna "olemasolek" või sisaldab sõna "kõrvits".

Näide esimese rea mootorite andmete päringu seadistamisest ja tooraine olemasolust.

Andmete töötlemine.

Algandmed ei pruugi alati olla selles vormis, milles me soovime neid kuvada. Näiteks on meil igamine andmed toote kaalust mahutis (kg) ja me peame kuvama täitmiskiirusena t/h. Teen seda järgmiselt: võtan kaalud ja töötlen neid Grafana delta funktsiooniga, mis arvestab mõõdiku väärtuste vahekorra, nii et praegune kaal muutub kg/min. Siis korrutan 0.06-ga, et tuua tulemus tonnidesse/tunnis. Kuna kaalumõõdikut kasutatakse mitmes päringus, määran sellele uue hüüdnime (setAlias) ja kasutan seda visualiseerimise reeglites.

Näide delta parameetri ja korrutaja kasutamisest ning mõõdiku ümbernimetamisest päringus.

Veel üks näide andmete töötlemisest: pidin arvestama segu koguseid (tsükli algus = mootori käivitamine). Mõõdik arvutatakse mootori staatuse "liin 1 - selle reservuaari pumpamise pump (staatus)" põhjal. Töötlemine: algmõõdiku andmed muudetakse delta funktsiooniga (väärtuste vahe), seega on mõõdikus väärtus "+1" mootori käivitamise puhul, "-1" seiskamise korral ja "0", kui mootor oma staatust ei muuda. Seejärel eemaldan kõik väärtused, mis on väiksemad kui 1, ja summeerin need. Tulemuseks on mootori käivituste arv.

Näide andmete töötlemisest praegusest staatust käivituste arvuks.

Nüüd visuaaliseerimise kohta.

Seadete kuvamisel on nupp „Edit Draw”, mis avab redigeerija, kus saab joonistada skeemi. Igal objektil skeemil on oma parameetrid. Näiteks, kui määrata fondi seaded redigeerijas, siis need rakenduvad andmete visualiseerimisele Grafanas.

Nii näeb välja redigeerija Draw.io-s

Pärast skeemi salvestamist ilmub see Grafanasse ja saab luua elementide muutumise reegleid.

Seadetes () määrame:

• Options — määratakse reegli nimi (Rule name), metrika nimi või hümn, mille andmeid kasutatakse (Apply to metrics). Andmete agregatsiooni tüüp (Aggregation) mõjutab metrika lõpptulemust; näiteks Last — tähendab, et valitakse viimane väärtus, avg — keskmine väärtus valitud ajavahemiku jooksul ülemises paremas nurgas.
• Thresholds — piirmäärade parameeter, kirjeldab värvi rakendamise loogikat, s.t. valitud värv rakendatakse skeemi elementidele vastavalt metrika andmetele. Minu näites, kui metrika väärtus on „0” — olek „Ok” ja värv on roheline, väärtuse juures „>1” on olek „Critical” ja värv on punane.
• Color/Tooltip Mappings ja Label/Text Mappings — skeemi elemendi ja selle käitumise stsenaariumi valik. Esimeses stsenaariumis värvitakse objekt, teises – sellel kuvatakse metrikast andmed. Objekti valimiseks skeemil tuleb klõpsata kettasümbolil ja hiirega skeemil.

Selles näites värvin pumba ja selle noole punaseks, kui see töötab, ja roheliseks, kui ei.

Flowcharting pluginaga sain joonistada terve liini skeemi, kus:

1. muutub agregaatide värv vastavalt nende olekule
2. on signalisatsioon toodete puudumise kohta mahutites
3. kuvatakse mootori sageduste seade
4. esimese paagi täitmise/tühjendamise kiirus
5. loetakse liini töötsüklite arvu (sööda)

Tootmisliini toimimise visualiseerimine

Tulemus

Minule oli kõige raskem andmete hankimine kontrolleritelt. Tänu Zabbixi mitmekesistele andmehalduse võimalustele ja Grafana paindlikkusele pistikprogrammide kaudu, kulus vaid mõned päevad, et luua kompleksne tootmisliini jälgimise ekraan. Visualiseerimine võimaldas graafikute ja staatuse statistika vaatamist, lisaks lihtne ligipääs veebis kõikidele huvilistele – see kõik aitas kiiresti välja tuua kitsaskohti ja ebaefektiivsete agregaatide kasutamise.

Kokkuvõte

Mulle meeldis väga Zabbix+Grafana kombinatsioon ja soovitan sellele tähelepanu pöörata, kui teil on vaja kiiresti töödelda andmeid kontrolleritelt või anduritelt, ilma programmeerimise või keerukate kommertstoote rakendamise vajaduseta. Ilmselgelt ei asenda see professionaalseid SCADA süsteeme, kuid piisab kui tööriist keskseteks tootmise jälgimiseks.

Allikas: habr.com