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TDengine IDMP 應用場景：工業鍋爐監控

TDengine IDMP 應用場景：工業鍋爐監控

1. 簡介

本文以一個工業燃煤鍋爐系統監控為例，詳細介紹通過工業上廣泛使用的 OPC 中間件軟件 KEPServer，輕松采集溫度、壓力、流量、電流等重要參數，將數據寫入 TDengine TSDB 時序數據庫，然后通過 TDengine IDMP 構建資產模型，利用(yong) AI 自動生成可視(shi)化面(mian)板和實時分析，實現(xian)分鐘級(ji)搭建高(gao)效、智能的工(gong)業重要裝(zhuang)置的監(jian)控系統。

工(gong)業(ye)鍋(guo)(guo)爐(lu)是許多行業(ye)的(de)關鍵設備，為發電(dian)、化工(gong)生產、冶金和造紙等工(gong)業(ye)過程提供必需的(de)熱(re)量和蒸(zheng)汽，如果(guo)停爐(lu)檢修或者鍋(guo)(guo)爐(lu)出現故障(zhang)，將(jiang)面(mian)臨停工(gong)停產的(de)風(feng)險。工(gong)廠的(de)鍋(guo)(guo)爐(lu)房采用鍋(guo)(guo)爐(lu)的(de)臺數，應(ying)根(gen)據熱(re)負荷(he)的(de)調(diao)度、鍋(guo)(guo)爐(lu)檢修和擴建的(de)可能性等因素(su)確(que)定， 一般不少(shao)于兩臺。本(ben)示例模擬工(gong)廠內(nei)兩臺鍋(guo)(guo)爐(lu)，可根(gen)據需要添(tian)加更多。

在這個方(fang)案中，TDengine TSDB + TDengine IDMP 的組合能(neng)夠為您(nin)帶來四大(da)好處：

  1. “單列模型”快速資產建模：TDengine IDMP 與 TDengine TSDB 無縫集成，類似鍋爐這樣的重要工業裝置的數據往往是以單列模型寫入 TSDB ，在 IDMP 可以快速進行資產建模，并以樹形結構的方式展現被監控的對象，設備資產一目了然。
  2. 無問智推，數據自己說話：不用在 TDengine 側做任何配置，不用腳本，不用提問，IDMP 會基于采集的數據，自動判斷為 工業鍋爐 監測場景，自動為您推薦面板和實時預警，鍋爐系統的運行狀態盡在掌控之中。
  3. 智能問數，隨問隨答：不用 SQL，不用任何腳本語言，你只要用自然語言說出感興趣的數據分析或面板，IDMP 將會自動幫您創建，把數據可視化與分析的使用門檻降為 0。
  4. 如果添加新的被監測的裝置或設備，只要配置好 KEPServer，在 TDengine 側不用做任何設置和操作，裝置或設備就被自動的加入到監測的對象中，最大程度節省人力。

2. 前提條件

  • TDengine 云服務實例。如果您沒有可用的 TDengine 云服務實例，可以
  • 被監控的工業鍋爐裝置。為便于演示，我們采用上的公開數據集：。該數據集為浙江省某化工廠的燃煤鍋爐的重要監控參數（共30個），采樣頻率為5秒。
    • 數據集data.csv用來模擬鍋爐1，重命名為：Boiler1.csv
    • 數據集data_AutoReg.csv用來模擬鍋爐2，重命名為：Boiler2.csv
  • KEPServer 環境已具備。本示例服務器IP地址：192.168.1.66，請根據您自己的環境替換。

3. 配置指南

3.1 創建 IDMP 云服務實例

  1. 使用您的賬號，登錄 ，在彈出的 TDengine 實例選擇框中，選擇“IDMP（工業數據管理平臺）”。
  2. 在實例配置頁面，分別配置 IDMP 實例和 TSDB 實例的信息和計費方案：
    • IDMP（工業數據管理平臺）：
      • 實例名稱：boiler-idmp
      • 計費方案：IDMP-入門版
    • TSDB（時序數據庫）
      • 實例名稱：boiler-tsdb
      • 計費方案：入門版
  3. 等待 IDMP 實例啟動后，選擇加載一個場景的示例數據，即可進入 IDMP 云服務的主頁面。

說明：TDengine IDMP 服務默認使(shi)用(yong) TDengine TSDB 作為其數(shu)據(ju)源，在 IDMP 云服務實例創建(jian)過程中，會自動創建(jian)到(dao)上述 TSDB 的連(lian)接(jie)。

3.2 在 TSDB 云服務實例創建 DB

  1. 進入 IDMP 云服務實例的主頁面后，點擊右上角下拉菜單中的【管理后臺】。
  2. 在管理后臺頁面點擊【云資源管理】，進入云資源管理頁面。
  3. 在實例列表中找到 boiler-tsdb 實例，點擊【TSDB 云服務】，進入 TSDB 云服務頁面。
  4. 在左側點擊【數據瀏覽器】，在數據瀏覽器頁面點擊【創建數據庫】。
  5. 設置數據庫名稱為 db_boiler，完成 DB 創建。

3.3 KEPServer 配置

在系統中新建ODBC 數據源CSV_Boiler，選擇驅動Microsoft Text Driver (*.txt; *.csv) ，選擇(ze)數據集所在的(de)目(mu)錄。

在 KEPServer 添加通道鍋爐房，Advanced Simulator驅動，【Data Source】選 CSV_Boiler

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添加設備鍋爐1，選擇對應的數據集Boiler1.csv,【Record Selection Interval】設置為5000ms。

同樣的方式添加設備鍋爐2。

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【運行時】-【連接】，連接到運行時，點擊設備鍋爐1和鍋爐2，會發(fa)現標(biao)記（點位）已自動(dong)生成：

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自(zi)動生(sheng)成(cheng)的標記名稱(cheng)的可讀性較差(cha)。對這(zhe)些標記進行分(fen)組、重命名，得到點(dian)表文件：

刪除 KEPServer 自動生成的標記。在設備鍋爐1右鍵->【導入 CSV】，選擇鍋爐1.csv文件，導入標記。同樣的方式完成設備鍋爐2的標記導入。

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【工具】->【啟(qi)動 OPC Quick Client】，驗證數據是否正確(que)模擬(ni)生成：

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3.4 零代碼寫入 OPC 數據到 TSDB

運行 boiler-tsdb 實(shi)例，創建 OPC 數據寫入任務。

因為本示例使用的云服務在外網，需要在能訪問到 KEPServer 所在的內網的某臺計算機上安裝 taosX Agent，以確保 TSDB 能訪問到 OPC Server。本示例把 taosX Agent 安裝在本地服務器192.168.1.66

創建數據寫入任務 DataIn_Boiler，類型為 OPC-UA，創建代理 opcuaAgent，按提示將端點和生成的令牌復制到本地服務器上的 agent.toml 文件，啟動taosX Agent服務，【檢查代理是否連接正常】。

在【連接配置】，填寫服務地址 192.168.1.66:49320，選擇OPC UA配(pei)置的(de)安全(quan)模(mo)式，檢查連通性。

如果提示 您的數據源可以連通， 則說明 KEPServer 的 OPC-UA 已能正常(chang)訪問。

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在(zai)【點位集】->【選擇數據(ju)點位】

根節點ID 填寫 ns=2;s=鍋爐房，命名空間可選可不選，超級表名稱 opc_boilers，表名稱 t_{id}；

采集模式為 observe，采集間隔 5s；

點位更新模式 選擇 update，未來(lai)如果 OPC Server 發生點位變更，TDengine 將自(zi)動獲取新增或變更的(de)點位。

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【新增】成功(gong)，【查看(kan)】任務狀態。顯示系統已(yi)自動(dong)創建(jian)表并(bing)寫入(ru)數(shu)據。

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3.5 在 IDMP 中創建元素模板

登(deng)錄 IDMP 實(shi)例，創建元素模板及(ji)元素，將 TDengine TSDB 的(de)數據(ju)加(jia)載至(zhi) TDengine IDMP。

首先創建元素模板。

【基礎庫】->【元素模板】->【新建元素模板】，【模板名稱】填 風道系統，【元素命名模式】為 模板名稱 即 ${Template#name}，【保存】

右上角切換至 元素模板 > 風道系統 > 屬性面板 ，【新增屬性模板】，【名稱】填 回風室流量 (右)，【值類型】選 Double , 【顯示的小數位數】2，【計量單位分類】選 體積流量，【默認計量單位】選 立方米每小時，【顯示計量單位】選 立方米每小時，【數據引用類型】選 TDengine 指標

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在彈出的【數據引用表達式】填寫：【連接】boiler-tsdb；【數據庫】db_boiler；【源表名稱模式】t_鍋爐房_鍋爐${KEYWORD1}_${Template#name}_回風室流量 (右)；【列】val

首次添加 ${KEYWORD1} 時，系統要求【請輸入關鍵字描述】，此處填寫 請輸入鍋爐編號（正整數）

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說明：

  • 替換字符串 KEYWORD 在具體的元素模板內有效，同個元素模板內如果用到相同 KEYWORD，只需創建一次。
  • 如果是手工新建的元素模板也用到 KEYWORD，必須點【+】顯式創建；如果是通過復制元素模板，則不用。

復制屬性模板回風室流量 (右)，粘貼并編輯得出另一個屬性模板回風室流量 (左)。最終(zhong)得到(dao)效果如下：

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按照上述方法，創建出所有7個元(yuan)素模板。完整的(de)配置(zhi)過程參見：鍋爐_元(yuan)素模板.csv

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說明：

  • 屬性模板可以跨元素模板復制粘貼，但每個元素模板里都需要建自己的 KEYWORD。
  • IDMP 已內置了各種計量單位，如有需要擴展的，可在【基礎庫】->【計量單位】里擴展。本示例中，擴展了計量單位mm/s 用在 引風機軸承振動。
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3.6 創建資產模型

【元素瀏覽器】->【元素】，按層級依次構建 化工廠 > 鍋爐房，在元素 鍋爐房【新建子元素】鍋爐1 和 鍋爐2。

選擇元素 鍋爐1，【新建子元素】，【模板】選 風道系統，【KEYWORD1】填 1

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按上述步驟，依次選擇不同的元素模板創建出 鍋爐1 和 鍋爐2 的(de)所有(you)子元素。最(zui)終得到資(zi)產(chan)模型如下：

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在【元素瀏覽器】中，IDMP 會自動(dong)根據資產模型的(de)路(lu)徑信息，以樹形結構的(de)方式展示裝置的(de)監控參(can)數。

3.7 體驗 AI 生成面板

  • 在左側資源瀏覽器中，點擊 化工廠 > 鍋爐房 > 鍋爐1 > 爐膛系統 元素，通過上方路徑導航菜單選擇【面板】，跳轉至該元素的 AI 推薦面板頁面。
  • 等待 AI 生成面板推薦后，您可根據需求進行選擇，例如：“過去一小時每分鐘的爐膛壓力 (C)變化”，在您感興趣的面板右上方的菜單中，點擊【生成】按鈕。等待面板生成后，可以【查看】該面板。
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  • 面板生成后，您還可以在該面板的詳情頁面中選擇【高級】，查看 AI 創建面板時使用的 SQL 語句：
SELECT _wstart,AVG(`爐膛壓力 (C)`) AS `爐膛壓力 (C)` 
FROM `idmp`.`vt_爐膛系統_162502` 
WHERE  _c0 >= now-1h and _c0 <= now INTERVAL(1m);
  • 點擊【保存】，即可在下方面板列表中查看 爐膛系統 元素下對應的面板。
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3.8 體驗 AI 分析

  • 在左側資源瀏覽器中，點擊 化工廠 > 鍋爐房 > 鍋爐1 > 爐膛系統 元素，通過上方路徑導航菜單選擇【分析】，跳轉至該元素的 AI 推薦分析頁面。
  • 等待 AI 生成分析問題推薦后，您可以根據需求進行選擇，例如：“爐膛系統:爐膛系統的實時爐膛上部溫度超過300°C持續超過15分鐘時，嚴重告警，計算平均溫度,事件窗口”，點擊您感興趣的問題鏈接，以進入分析編輯頁面，點擊頁面最下方的【保存】。
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  • 退回到分析列表中，即可查看對應的分析。
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4. 更多

除了(le)使用云服(fu)務(wu)以外，TDengine 還支持以私有化部署(shu)(shu)。為了(le)簡化部署(shu)(shu)，我(wo)們提供(gong)了(le) Ansible， Docker/Dcoker Compose， Helm 等多種(zhong)部署(shu)(shu)方式，詳見：

5. 構建資產模型的建議

  • 本示例是典型的工業 OPC “單列模型”的場景。但同類設備有多個，在 IDMP 中通過元素模板去創建資產模型，不僅把“單列模型”轉換為“多列模型”，并且添加同類設備的效率也大大提升。
  • 本示例中，設備（鍋爐）的子元素較多，屬性也較多，需配置7個元素模板。IDMP 今后的版本，將支持用 CSV 編輯資產模型，上傳，批量創建，可以進一步提高資產模型的構建速度。

6. 小結

本(ben)文(wen)以(yi)(yi) Step by Step 的(de)方式，介(jie)紹了(le)如何使用 KEPServer + TDengine TSDB + TDengine IDMP 快速搭建一個 工業裝置(zhi) 的(de)監控(kong)系統(tong)(tong)(tong)。以(yi)(yi)往(wang)需要幾天、甚至幾周，并進行繁瑣的(de)配置(zhi)、調試才能搭建起(qi)來的(de)系統(tong)(tong)(tong)，使用 TDengine IDMP 后(hou)，30分鐘內即(ji)可(ke)搞定。日后(hou)，如果有新(xin)的(de)裝置(zhi)、設備系統(tong)(tong)(tong)需要被納入到(dao)監控(kong)系統(tong)(tong)(tong)中，只需選擇元素(su)(su)模板創(chuang)建元素(su)(su)即(ji)可(ke)。如果監控(kong)的(de)點位有變更或新(xin)增，僅需更新(xin)元素(su)(su)模板里相應(ying)的(de)屬性模板即(ji)可(ke)，無(wu)需操(cao)作其他地方。

搭建整個監控系統的工(gong)(gong)作幾(ji)乎都在 KEPServer 的配(pei)置(zhi)(zhi)(zhi) 以及 構(gou)建資產模型，無(wu)(wu)需編(bian)寫(xie)復(fu)雜的 SQL 語句，無(wu)(wu)需腳(jiao)本和其他配(pei)置(zhi)(zhi)(zhi)，無(wu)(wu)需學習(xi) Grafana，無(wu)(wu)需了解(jie)多少 工(gong)(gong)業裝(zhuang)置(zhi)(zhi)(zhi) 知(zhi)識，即(ji)可輕(qing)松掌(zhang)握(wo) 工(gong)(gong)業裝(zhuang)置(zhi)(zhi)(zhi) 的運行狀(zhuang)態，實(shi)時(shi)監控和分析 工(gong)(gong)業裝(zhuang)置(zhi)(zhi)(zhi) 的工(gong)(gong)況并采取相應措施。