Grafana+Zabbix: 생산 라인 운영 시각화

이 기사에서는 오픈 소스 시스템인 Zabbix와 Grafana를 사용하여 생산 라인의 운영을 시각화한 경험을 공유하고 싶습니다. 이 정보는 산업 자동화 또는 IoT 프로젝트에서 수집된 데이터를 시각적으로 표시하거나 분석하는 빠른 방법을 찾는 사람들에게 유용할 수 있습니다. 이 기사는 자세한 튜토리얼이 아니라 제조 공장용 오픈 소스 소프트웨어 기반 모니터링 시스템에 대한 개념입니다.

툴킷

자 비츠 – 우리는 공장의 IT 인프라를 모니터링하기 위해 오랫동안 사용해 왔습니다. 이 시스템은 매우 편리하고 보편적이어서 생산 라인, 센서 및 컨트롤러의 데이터를 시스템에 입력하기 시작했습니다. 이를 통해 모든 지표 데이터를 한곳에 수집하고 리소스 소비 및 장비 성능에 대한 간단한 그래프를 만들 수 있었지만 실제로는 분석과 아름다운 그래프가 부족했습니다.

그라 파나 분석 및 데이터 시각화를 위한 강력한 도구입니다. 수많은 플러그인을 사용하면 다양한 소스(zabbix, clickhouse, influxDB)에서 데이터를 가져와 즉시 처리하고(평균값, 합계, 차이 등 계산) 모든 종류의 그래프를 그릴 수 있습니다(간단한 선, 속도계, 테이블부터 복잡한 다이어그램까지).

Draw.io – 온라인 편집기에서 간단한 블록 다이어그램을 평면도로 그릴 수 있는 서비스입니다. 기성 템플릿과 그려진 개체가 많이 있습니다. 데이터는 모든 주요 그래픽 형식이나 XML로 내보낼 수 있습니다.

그것을 하나로 모으기

Grafana와 Zabbix를 설치하고 구성하는 방법에 대한 많은 기사가 작성되어 있으며 주요 구성 포인트에 대해 설명하겠습니다.

"네트워크 노드"(호스트)는 Zabbix 서버에 생성되며, 이 서버는 센서의 메트릭을 사용하여 "데이터 요소"(항목)를 소유하게 됩니다. 정규식을 통해 grafana에서 액세스할 것이므로 노드 및 데이터 요소의 이름을 미리 생각하고 최대한 구조화하는 것이 좋습니다. 이 접근 방식은 한 번의 요청으로 요소 그룹에서 데이터를 얻을 수 있기 때문에 편리합니다.

grafana를 구성하려면 추가 플러그인을 설치해야 합니다.

• Alexander Zobnin의 Zabbix(alexanderzobnin-zabbix-app) – zabbix와의 통합
• natel-discrete-panel – 수평 그래프의 이산 시각화를 위한 플러그인
• Pierosavi-imageit-panel – 이미지 위에 데이터를 표시하는 플러그인
• Agenty-flowcharting-panel – draw.io의 다이어그램을 동적으로 시각화하기 위한 플러그인

Zabbix 자체와의 통합은 메뉴 항목 ConfigurationDatasourceZabbix의 grafana에서 구성됩니다. 거기서 api zabbix 서버의 주소를 지정해야 합니다. 이것이 제가 가지고 있는 것입니다. http://zabbix.local/zabbix/api_jsonrpc.php, 액세스하려면 비밀번호로 로그인하세요. 모든 것이 올바르게 완료되면 설정을 저장할 때 API 버전 번호가 포함된 메시지가 표시됩니다: zabbix API 버전: 5.0.1

대시보드 만들기

Grafana와 해당 플러그인의 마법이 시작되는 곳입니다.

Natel 개별 패널 플러그인
라인의 모터 상태에 대한 데이터가 있습니다(작동 = 1, 작동하지 않음 =0). 이산형 그래프를 사용하여 엔진 상태, 작동한 분/시간 또는 %, 시동 빈도 등을 표시하는 척도를 그릴 수 있습니다.

엔진 상태 시각화

제 생각에는 이것이 하드웨어 성능을 시각화하는 데 가장 적합한 그래프 중 하나입니다. 유휴 상태인 기간과 더 자주 작동하는 모드를 즉시 확인할 수 있습니다. 데이터가 많을 경우, 범위별로 집계, 값별로 변환(값이 "1"이면 "ON"으로 표시)이 가능합니다.

플러그인 Pierosavi-imageit-panel

Imageit은 센서의 데이터를 적용하려는 도면이나 평면도가 이미 그려져 있을 때 사용하는 것이 편리합니다. 시각화 설정에서 이미지에 대한 URL을 지정하고 필요한 센서 요소를 추가해야 합니다. 요소가 그림에 나타나며 마우스를 사용하여 원하는 위치에 배치할 수 있습니다.

온도 및 압력 측정항목이 포함된 용광로 다이어그램

에이전트 흐름도 패널 플러그인

FlowCharting 시각화는 믿을 수 없을 정도로 기능적인 도구이기 때문에 생성에 대해 더 자세히 이야기하고 싶습니다. 이를 통해 요소가 메트릭 값(색상, 위치, 이름 등 변경)에 반응하는 동적 니모닉 다이어그램을 만들 수 있습니다.

데이터 수신

Grafana에서 시각화 요소 생성은 소스(이 경우 zabbix)의 데이터 요청으로 시작됩니다. 쿼리를 사용하여 다이어그램에서 사용하려는 모든 측정항목을 가져와야 합니다. 측정항목 세부정보는 Zabbix의 데이터 요소 이름으로, 개별 측정항목이나 정규식을 통해 필터링된 세트를 지정할 수 있습니다. 내 예에서 항목 필드에는 "/(^line 1)|(availability)|(zucchini)/"라는 표현식이 포함되어 있습니다. 이는 이름이 "line 1"로 시작하거나 "availability"라는 단어를 포함하는 모든 측정항목을 선택한다는 의미입니다. ” 또는 "zucchini"라는 단어가 포함되어 있습니다.

첫 번째 라인 엔진에 대한 데이터 요청 및 원자재 가용성을 설정하는 예

데이터 변환

소스 데이터가 항상 표시해야 하는 형식이 아닐 수도 있습니다. 예를 들어, 컨테이너 내 제품 중량(kg)에 대한 분별 데이터가 있고 충전 속도를 t/시간 단위로 표시해야 합니다. 저는 다음과 같은 방법으로 이 작업을 수행합니다. 체중 데이터를 가져와서 미터법 값 간의 차이를 계산하는 grafana delta 함수로 변환하여 현재 체중을 kg/min으로 변환합니다. 그런 다음 0.06을 곱하여 결과를 톤/시간 단위로 얻습니다. 가중치 측정항목은 여러 쿼리에서 사용되므로 이에 대한 새 별칭(setAlias)을 지정하고 이를 시각화 규칙에 사용하겠습니다.

델타 및 승수 매개변수를 사용하고 쿼리에서 측정항목 이름을 바꾸는 예

다음은 데이터 변환의 또 다른 예입니다. 배치 수(주기 시작 = 엔진 시작)를 계산해야 했습니다. 메트릭은 엔진 상태 "라인 1 - 탱크 1의 펌프 펌프(상태)"를 기반으로 계산됩니다. 변환: 델타 함수(값의 차이)를 사용하여 원래 메트릭의 데이터를 변경하므로 메트릭은 엔진을 시작할 때 "+1", 중지할 때 "-1", 엔진이 시작할 때 "0" 값을 갖게 됩니다. 상태를 변경하지 마십시오. 그런 다음 1보다 작은 값을 모두 제거하고 합산합니다. 결과는 엔진 시동 횟수입니다.

현재 상태에서 시작 횟수로 데이터를 변환하는 예

이제 시각화 자체에 대해

디스플레이 설정에는 "Edit Draw" 버튼이 있는데, 이 버튼을 누르면 다이어그램을 그릴 수 있는 편집기가 실행됩니다. 다이어그램의 각 개체에는 고유한 매개변수가 있습니다. 예를 들어 편집기에서 글꼴 설정을 지정하면 Grafana의 데이터 시각화에 적용됩니다.

Draw.io의 편집기는 다음과 같습니다.

다이어그램을 저장하면 Grafana에 나타나며 요소 변경에 대한 규칙을 생성할 수 있습니다.

매개변수()에서 다음을 지정합니다.

• 옵션 - 규칙 이름, 데이터가 사용될 메트릭의 이름 또는 별칭을 설정합니다(메트릭에 적용). 데이터 집계(Aggregation) 유형은 메트릭의 최종 결과에 영향을 미치므로 Last는 마지막 값이 선택된다는 의미이고, avg는 오른쪽 상단에서 선택한 기간에 대한 평균 값입니다.
• 임계값 - 임계값 매개변수는 색상 적용 논리를 설명합니다. 즉, 선택한 색상이 메트릭 데이터에 따라 다이어그램의 요소에 적용됩니다. 내 예에서는 측정항목 값이 "0"이면 상태가 "확인"이고 색상은 녹색이고, 값이 ">1"이면 상태는 위험이고 색상은 빨간색입니다.
• 색상/도구 설명 매핑" 및 "레이블/텍스트 매핑" - 스키마 요소 및 해당 동작에 대한 시나리오를 선택합니다. 첫 번째 시나리오에서는 개체가 칠해지며, 두 번째 시나리오에서는 메트릭의 데이터가 포함된 텍스트가 표시됩니다. 다이어그램에서 개체를 선택하려면 회로 기호를 클릭하고 다이어그램을 클릭해야 합니다.

이 예에서는 펌프와 화살표가 작동하면 빨간색으로 칠하고, 작동하지 않으면 녹색으로 칠합니다.

순서도 플러그인을 사용하여 전체 라인의 다이어그램을 그릴 수 있었는데, 그 내용은 다음과 같습니다.

1. 상태에 따라 유닛의 색상이 변경됩니다.
2. 용기에 제품이 없음에 대한 경보가 있습니다
3. 모터 주파수 설정이 표시됩니다
4. 첫 번째 탱크 충전/투기 속도
5. 라인 작업(배치)의 사이클 수를 계산합니다.

생산라인 운영 시각화

결과

저에게 가장 어려웠던 점은 컨트롤러로부터 데이터를 얻는 것이었습니다. 데이터 수신 측면에서 Zabbix의 다양성과 플러그인으로 인한 Grafana의 유연성 덕분에 포괄적인 생산 라인 모니터링 화면을 만드는 데 며칠 밖에 걸리지 않았습니다. 시각화를 통해 그래프와 상태 통계를 볼 수 있을 뿐만 아니라 관심 있는 모든 사람이 웹을 통해 쉽게 액세스할 수 있습니다. 이 모든 것을 통해 병목 현상과 장치의 비효율적인 사용을 빠르게 식별할 수 있습니다.

결론

Zabbix+Grafana 조합이 정말 마음에 들었고, 복잡한 상용 제품을 프로그래밍하거나 구현하지 않고도 컨트롤러나 센서의 데이터를 빠르게 처리해야 한다면 주의를 기울이는 것이 좋습니다. 물론 이것이 전문 SCADA 시스템을 대체할 수는 없지만 전체 생산을 중앙 집중식으로 모니터링하는 도구로는 충분합니다.

출처 : habr.com