Grafana+Zabbix: 生産ライン稼働の可視化

この記事では、オープンソース システム Zabbix と Grafana を使用して生産ラインの運用を視覚化した私の経験を共有したいと思います。 この情報は、産業オートメーションまたは IoT プロジェクトで収集されたデータを視覚的に表示または分析する迅速な方法を探している人にとって役立つ可能性があります。 この記事は詳細なチュートリアルではなく、製造工場向けのオープンソース ソフトウェアに基づく監視システムのコンセプトです。

ツールキット

ザビックス – 私たちは工場の IT インフラストラクチャを監視するためにこれを長年使用してきました。 このシステムは非常に便利で汎用性があることが判明したため、生産ライン、センサー、コントローラーからのデータをシステムに入力し始めました。 これにより、すべてのメトリクス データを XNUMX か所に収集し、リソース消費量と機器のパフォーマンスの単純なグラフを作成することができましたが、分析機能や美しいグラフがまったく不足していました。

グラファナ は、分析とデータ視覚化のための強力なツールです。 多数のプラグインを使用すると、さまざまなソース (zabbix、clickhouse、influxDB) からデータを取得し、それをオンザフライで処理し (平均値、合計、差分などを計算)、あらゆる種類のグラフを描画できます (単純な線から、速度計、表から複雑な図まで)。

Draw.io – オンラインエディターで簡単なブロック図からフロアプランを作成できるサービス。 既製のテンプレートや描画オブジェクトが多数あります。 データはすべての主要なグラフィック形式または XML にエクスポートできます。

全部まとめる

Grafana と Zabbix のインストールと設定方法については多くの記事が書かれていますが、主な設定ポイントについて説明します。

Zabbix サーバー上に「ネットワーク ノード」 (ホスト) が作成され、センサーからのメトリクスを含む「データ要素」 (アイテム) を所有します。 grafana から正規表現を使用してノードとデータ要素にアクセスするため、ノードとデータ要素の名前を事前に検討し、できるだけ構造化することをお勧めします。 このアプローチは、XNUMX 回のリクエストで要素のグループからデータを取得できるため便利です。

grafana を設定するには、追加のプラグインをインストールする必要があります。

• Alexander Zobnin による Zabbix (alexanderzobnin-zabbix-app) – zabbix との統合
• natel-discrete-panel – 水平グラフ上の離散視覚化のためのプラグイン
• pierosavi-imageit-panel – 画像の上にデータを表示するプラグイン
• Agenty-flowcharting-panel –draw.io からのダイアグラムを動的に視覚化するためのプラグイン

Zabbix との統合自体は、grafana のメニュー項目 ConfigurationDatasourcesZabbix で設定されます。 そこでAPI zabbixサーバーのアドレスを指定する必要があります。これが私が持っているものです http://zabbix.local/zabbix/api_jsonrpc.phpをクリックし、アクセス用のパスワードを使用してログインします。 すべてが正しく行われた場合、設定を保存するときに、API バージョン番号を含むメッセージが表示されます: zabbix API バージョン: 5.0.1

ダッシュボードの作成

ここから Grafana とそのプラグインの魔法が始まります。

Natel ディスクリート パネル プラグイン
ライン上のモーターのステータスに関するデータがあります (動作中 = 1、非動作中 =0)。 離散グラフを使用すると、エンジンの状態、何分/時間または % 作動したか、および始動頻度を示すスケールを描くことができます。

エンジン状態の見える化

私の意見では、これはハードウェアのパフォーマンスを視覚化するのに最適なグラフの 1 つです。 アイドル状態になっている時間がどれくらいか、どのモードでより頻繁に動作するかがすぐにわかります。 データが多くても、範囲で集計したり、値で変換したりすることが可能です（値が「XNUMX」の場合は「ON」と表示します）

プラグイン pierosavi-imageit-panel

Imageit は、センサーからのデータを適用する図面やフロア プランが既にある場合に使用すると便利です。 視覚化設定では、画像への URL を指定し、必要なセンサー要素を追加する必要があります。 要素が画像内に表示され、マウスを使用して希望の場所に配置できます。

温度と圧力の指標を含む炉の図

エージェントフローチャートパネルプラグイン

FlowCharting 視覚化は非常に機能的なツールであるため、その作成について詳しく説明したいと思います。 これにより、要素がメトリクスの値 (色、位置、名前などの変更) に反応する動的なニーモニック ダイアグラムを作成できます。

データ受信中

Grafana での視覚化要素の作成は、ソース (この場合は zabbix) からのデータのリクエストから始まります。 クエリを使用して、図内で使用するすべてのメトリクスを取得する必要があります。 メトリクスの詳細は、Zabbix のデータ要素の名前であり、個々のメトリクスを指定することも、正規表現でフィルタリングされたセットを指定することもできます。 この例では、Item フィールドに式「/(^line 1)|(availability)|(zucchini)/」が含まれています。これは、名前が厳密に「line 1」で始まるか、「availability」という単語を含むすべてのメトリクスを選択することを意味します。 」または「ズッキーニ」という単語が含まれています

第一線エンジンと原材料の入手可能性に関するデータのリクエストを設定する例

データ変換

ソース データは、表示する必要がある形式であるとは限りません。 たとえば、コンテナ内の製品の重量 (kg) に関する分単位のデータがあり、充填率を t/時間で表示する必要があります。 これは次の方法で行います。重量データを取得し、それを grafana デルタ関数で変換します。この関数はメトリック値の差を計算するため、現在の重量が kg/min に変わります。 次に 0.06 を掛けて、トン/時間の結果を取得します。 重みメトリクスはいくつかのクエリで使用されるため、それに新しいエイリアス (setAlias) を指定し、それを視覚化ルールで使用します。

デルタおよび乗数パラメータを使用し、クエリ内のメトリックの名前を変更する例

データ変換の別の例を次に示します。バッチの数をカウントする必要がありました (サイクルの開始 = エンジンの始動)。 このメトリクスは、エンジン ステータス「ライン 1 - タンク 1 からのポンプ ポンプ (ステータス)」に基づいて計算されます。 変換: デルタ関数 (値の差) を使用して元のメトリクスのデータを変更します。これにより、メトリクスの値は、エンジン始動の場合は「+1」、停止の場合は「-1」、エンジンが停止した場合は「0」になります。ステータスを変更しないでください。 次に、1 未満の値をすべて削除して合計します。 その結果がエンジン始動回数となります。

現状から起動回数に換算する例

次にビジュアライゼーション自体についてです

表示設定には「描画の編集」ボタンがあり、図を描画できるエディタが起動します。 図上の各オブジェクトには独自のパラメータがあります。 たとえば、エディターでフォント設定を指定すると、その設定は Grafana のデータ視覚化に適用されます。

Draw.io でのエディターは次のようになります。

図を保存すると、それが grafana に表示され、要素を変更するためのルールを作成できます。

parameters() では次のように指定します。

• オプション - ルール名、データが使用されるメトリックの名前またはエイリアスを設定します (メトリックに適用)。 データ集計のタイプ (集計) はメトリクスの最終結果に影響を与えるため、Last は最後の値が選択されることを意味し、avg は右上隅で選択した期間の平均値です。
• しきい値 - しきい値パラメータは、色の適用ロジックを記述します。つまり、選択した色は、メトリック データに応じて図上の要素に適用されます。 この例では、メトリック値が「0」の場合、ステータスは「Ok」、色は緑色になります。値が「>1」の場合、ステータスはクリティカル、色は赤色になります。
• 「カラー/ツールチップ マッピング」および「ラベル/テキスト マッピング」 - スキーマ要素とその動作のシナリオを選択します。 最初のシナリオでは、オブジェクトがペイントされ、XNUMX 番目のシナリオでは、メトリックからのデータを含むテキストがオブジェクト上に表示されます。 ダイアグラム上のオブジェクトを選択するには、回路記号をクリックしてからダイアグラムをクリックする必要があります。

この例では、ポンプとその矢印が機能する場合は赤、機能しない場合は緑にペイントします。

フローチャート プラグインを使用すると、次のようなライン全体の図を描くことができました。

1. ステータスに応じてユニットの色が変化
2. コンテナ内に製品がない場合はアラームが鳴ります
3. モーター周波数設定が表示されます
4. 最初のタンク充填/ダンプ速度
5. ライン動作（バッチ）のサイクル数を計算します

生産ライン稼働の見える化

結果

私にとって最も困難だったのは、コントローラーからデータを取得することでした。 データ受信に関する Zabbix の多機能性と、プラグインによる Grafana の柔軟性のおかげで、包括的な生産ライン監視画面の作成にわずか数日しかかかりませんでした。 視覚化により、グラフや状態統計の表示が可能になり、さらに、関心のある人なら誰でも Web 経由で簡単にアクセスできるようになり、ボトルネックやユニットの非効率な使用を迅速に特定できるようになりました。

まとめ

私は Zabbix と Grafana の組み合わせがとても気に入ったので、複雑な商用製品をプログラミングしたり実装したりせずに、コントローラーやセンサーからのデータを迅速に処理する必要がある場合は、この組み合わせに注目することをお勧めします。 もちろん、これはプロフェッショナルな SCADA システムに代わるものではありませんが、生産全体を集中監視するためのツールとしては十分です。

出所： habr.com