Grafana+Zabbix: Visualisering av produktionslinjens arbete

I den här artikeln vill jag dela med mig av erfarenheten av att använda open source-systemen Zabbix och Grafana för att visualisera arbetet i produktionslinjer. Informationen kan vara användbar för dem som söker ett snabbt sätt att visuellt visa eller analysera insamlade data i projekt inom industriell automatisering eller IoT. Artikeln är inte en detaljerad guide, utan snarare en konceptuell översikt av ett övervakningssystem baserat på öppen programvara för tillverkningsföretag.

Verktygslåda

Zabbix – den har vi använt länge för att övervaka IT-infrastrukturen på fabriken. Systemet visade sig vara så praktiskt och mångsidigt att vi började mata in data från produktionslinjer, sensorer och kontroller. Detta gjorde att vi kunde samla alla metrikdata på ett ställe, skapa enkla diagram över resursanvändning och utrustningens prestanda, men vi saknade verkligen analys och vackra diagram.

Grafana – detta är ett mycket kraftfullt verktyg för analys och visualisering av data. Ett stort antal tillägg tillåter att hämta data från olika källor (zabbix, clickhouse, influxDB), bearbeta dem i realtid (beräkna medelvärde, summa, skillnad, etc.) och rita olika typer av diagram (från enkla linjer, hastighetsmätare, tabeller till komplexa scheman).

Draw.io – en tjänst som gör det möjligt att rita allt från en enkel flödesschema till efterritningar i en online-redigerare. Det finns många färdiga mallar och ritade objekt. Data kan exporteras till alla vanliga grafiska format eller xml.

Sammanfatta allt

Det finns många artiklar om hur man installerar och konfigurerar Grafana och Zabbix, jag kommer att berätta om de viktigaste konfigurationselementen.

I Zabbix servern skapas en "nätverksnod" (host) som kommer att äga "dataelement" (item) med metrik från våra sensorer. Namnen på noder och dataelement bör planeras i förväg och göras så strukturerade som möjligt, eftersom vi kommer att referera till dem från Grafana via reguljära uttryck. Denna metod är praktisk eftersom man med en enda förfrågan kan hämta data från en grupp element.

För att konfigurera Grafana krävs att extra tillägg installeras:

• Zabbix av Alexander Zobnin (alexanderzobnin-zabbix-app) – integration med Zabbix
• natel-discrete-panel – tillägg för diskret visualisering på ett horisontellt diagram
• pierosavi-imageit-panel – tillägg för att visa data över sin egen bild
• agenty-flowcharting-panel – en plugin för dynamisk visualisering av diagram från draw.io

Själva integrationen med Zabbix ställs in i Grafana, menyn KonfigurationData källorZabbix. Där behöver du ange adressen till Zabbix-serverns API, min är http://zabbix.local/zabbix/api_jsonrpc.php, och användarnamn och lösenord för åtkomst. Om allt är korrekt gjort kommer det att visas ett meddelande med versionsnumret för API:et: Zabbix API version: 5.0.1

Skapa Dashboard

Här börjar den verkliga magin med Grafana och dess plugins.

Plugin natel-discrete-panel
Vi har data om motorernas status på linjerna (funktioner = 1, fungerar inte = 0). Med hjälp av grafiken discrete kan vi rita en skala som visar: motorstatus, hur länge den har varit igång i minuter/timmar eller %, och hur ofta den har startat.

Visualisering av motorernas status

Enligt min mening är detta en av de bästa graferna för att visualisera utrustningens prestanda. Man ser direkt hur mycket tid den är nere, i vilka lägen den oftare arbetar. Det kan finnas mycket data, med möjlighet till aggregering över intervall, omformatering av värden (om värdet är '1', visa som 'ON')

Plugin pierosavi-imageit-panel

Imageit är lätt att använda när du redan har ett ritat diagram eller plan av rummet, där du vill applicera data från sensorer. I visualiseringsinställningarna behöver du ange URL-adressen till bilden och lägga till de sensor-element du behöver. Elementet visas på bilden och kan placeras på rätt ställe med musen.

Schema över ugnen med temperatur- och tryckmått

Plugin agenty-flowcharting-panel

Jag skulle vilja berätta mer detaljerat om att skapa visualiseringar med FlowCharting, eftersom det är ett otroligt funktionellt verktyg. Det gör det möjligt att skapa en dynamisk mnemoschema, vars element reagerar på mätvärden (ändra färg, position, namn etc.).

Hämta data

Att skapa någon visualiseringselement i Grafana börjar med att hämta data från källan, i vårt fall Zabbix. Genom förfrågningar måste vi få alla metrikvärden vi vill använda i schemat. Metrikens kvalifikationer är namnen på dataelementen i Zabbix, och vi kan ange antingen enskilda metrikvärden eller flera med filtrering via reguljära uttryck. I mitt exempel innehåller fältet Item uttrycket: "\/(^linje 1)|(närvaro)|(zucchini)\/" — detta innebär: välj alla metrikvärden vars namn strikt börjar med "linje 1" eller innehåller ordet "närvaro" eller innehåller ordet "zucchini".

Exempel på konfiguration av förfrågan om motorerna i första linjen och förekomsten av råmaterial.

Datatransformation

Ursprungsdata kan ibland vara i en form som inte är lämplig för visning. Till exempel har vi minutdata om vikten av produkten i en behållare (kg), och vi behöver visa påfyllnadshastigheten i t/tim. Jag gör detta på följande sätt: jag tar viktdatan och omvandlar den med Grafana-funktionen delta, som beräknar skillnaden mellan metrikvärden, så den aktuella vikten omvandlas till kg/min. Sedan multiplicerar jag med 0,06 för att konvertera resultatet till ton/tim. Eftersom viktemetriken används i flera förfrågningar, anger jag ett nytt alias för den (setAlias) och kommer att använda det i visualiseringens regel.

Exempel på användning av parametern delta och multiplikatorn samt ombenämning av metrik i förfrågan.

Här är ett annat exempel på dataomvandling: jag behövde räkna antalet blandningar (cykelstart = motorstart). Metriken beräknas baserat på motorstatusen "linje 1 — pump som tömmer tank 1 (status)". Omvandlingen: vi ändrar datan för ursprungsmetriken med funktionen delta (skillnad i värden), så i metrik kommer det att finnas värdet "+1" för motorstart, "-1" för stopp och "0" när motorn inte ändrar sin status. Sedan tar jag bort alla värden under 1 och summerar dem. Resultatet blir antalet motorstarter.

Exempel på dataomvandling från aktuell status till antalet starter.

Nu om själva visualiseringen.

I visningsinställningarna finns det en knapp "Edit Draw", den startar en redigerare där man kan rita upp ett schema. Varje objekt i schemat har sina egna parametru. Om man till exempel anger typsnittsinställningar i redigeraren – kommer de att tillämpas på datavisualiseringen i Grafana.

Så här ser redigeraren ut i Draw.io

Efter att schemat har sparats kommer det att dyka upp i Grafana och man kan börja skapa regler för att ändra element.

I inställningarna () anger vi:

• Options — namnet på regeln (Rule name), namnet eller pseudonymen på mätvärdet som kommer att användas (Apply to metrics). Typen av databasaggregat (Aggregation) påverkar resultatet av mätningen; så Last — innebär att det sista värdet väljs, avg — är det genomsnittliga värdet för perioden som valts i det övre högra hörnet.
• Thresholds — parametrar för tröskelvärdena beskriver logiken för att tillämpa färger, det vill säga den valda färgen kommer att tillämpas på elementen i diagrammet beroende på mätvärdesdata. I mitt exempel, när mätvärdet är "0" — status "Ok" kommer färgen att vara grön, medan värdet ">1" innebär Critical och färgen kommer att vara röd.
• Color/Tooltip Mappings och Label/Text Mappings — valet av element i diagrammet och dess beteende. I det första scenariot kommer objektet att färgas, i det andra — det kommer att finnas text med uppgifter från mätvärdet. För att välja objektet i diagrammet behöver man trycka på kedjeikonen och klicka på diagrammet.

I det här exemplet färgar jag pumpen och dess pil röd om den fungerar och grön om den inte gör det.

Med hjälp av flowcharting-plugin lyckades jag rita schemat för hela linjen, där:

1. färgen på aggregatet ändras beroende på deras status.
2. det finns en signal om att produkten saknas i tankarna.
3. inställningen av motorernas frekvenser visas.
4. fyllnings-/tömningstakten för den första tanken.
5. antalet cykler för linjens drift (bryggor) beräknas.

Visualisering av produktionslinjens arbete.

Resultat

Det svåraste för mig var att hämta data från kontrollerna. Tack vare Zabbix flexibilitet för datainsamling och Grafanas anpassningsbarhet via plugins tog det endast ett par dagar att skapa en komplett monitoreringsskärm för produktionslinjen. Visualiseringen möjliggjorde granskning av diagram och statistik över tillstånd, plus enkel tillgång via webben för alla intresserade — allt detta gjorde det möjligt att snabbt identifiera flaskhalsar och ineffektiv användning av aggregaten.

Slutsats

Jag gillade verkligen kombinationen av Zabbix och Grafana och jag rekommenderar att ni tittar närmare på den om ni behöver snabbt bearbeta data från kontroller eller sensorer utan programmering eller implementering av komplexa kommersiella produkter. Självklart kommer det inte att ersätta professionella SCADA-system, men det är tillräckligt som ett verktyg för centraliserad övervakning av hela produktionen.

Källa: habr.com