王博遠(yuǎn)，梁子陽(yáng)，劉雪萌，李少彬，謝英柏

（華北電力大學(xué)（保定），河北 保定 071000）

隨著城市化進(jìn)程的發(fā)展，城市人口數(shù)量逐漸增多，冬季的供暖問(wèn)題成為保障民生，提升居民生活幸福感的重要指標(biāo)。近年來(lái)，為應(yīng)對(duì)城市供熱面積增大而管網(wǎng)輸送能力不足的問(wèn)題，大溫差長(zhǎng)輸供熱項(xiàng)目在我國(guó)的太原、銀川和石家莊等城市已經(jīng)得到了應(yīng)用。在長(zhǎng)輸供熱管網(wǎng)運(yùn)行的過(guò)程中，對(duì)于運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控顯得尤為重要。一方面，可以通過(guò)參數(shù)的變化調(diào)整電廠的供熱負(fù)荷和管網(wǎng)的熱量分配，另一方面，如果測(cè)量數(shù)據(jù)超出正常范圍，也可以做到及時(shí)告警，便于運(yùn)行人員盡早知道事故出現(xiàn)的地點(diǎn)，從而盡早處理，以防造成更大的危害。本文討論利用Telegraf+InfluxDB+Grafana搭建監(jiān)控平臺(tái)，來(lái)對(duì)長(zhǎng)輸供熱管網(wǎng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1 Telegraf，InfluxDB與Grafana介紹

1.1 定義

Telegraf是一個(gè)由插件驅(qū)動(dòng)的服務(wù)器代理，用于收集和報(bào)告指標(biāo)。Telegraf集成了直接從其運(yùn)行的容器和系統(tǒng)中提取各種指標(biāo)、事件和日志，從第三方API提取指標(biāo)，甚至通過(guò)StatsD和Kafka消費(fèi)者服務(wù)監(jiān)聽(tīng)指標(biāo)。它還具有輸出插件，可將指標(biāo)發(fā)送到各種其他數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，服務(wù)和消息隊(duì)列，包括InfluxDB、Graphite等。

InfluxDB是用Go語(yǔ)言編寫(xiě)的一個(gè)開(kāi)源分布式時(shí)序、事件和指標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)，無(wú)需外部依賴(lài)。在最新的DB-ENGINES給出的時(shí)間序列數(shù)據(jù)庫(kù)的排名中，InfluxDB高居第一位，可以預(yù)見(jiàn)，InfluxDB會(huì)越來(lái)越得到廣泛的應(yīng)用。

Grafana是一款用Go語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的開(kāi)源數(shù)據(jù)可視化工具，可以做數(shù)據(jù)監(jiān)控和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，帶有告警功能。

1.2 優(yōu)點(diǎn)

Telegraf作為收集和報(bào)告指標(biāo)的服務(wù)器代理，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）使用Go語(yǔ)言編寫(xiě)，編譯成單個(gè)二進(jìn)制文件，沒(méi)有外部依賴(lài)項(xiàng)。（2）占用內(nèi)存小。（3）可以通過(guò)添加新的插件進(jìn)行輸入輸出。（4）插件中包含常用的服務(wù)和API。

InfluxDB作為最常采用的時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）內(nèi)置HTTP API，使用方便。（2）使用類(lèi)SQL語(yǔ)法，數(shù)據(jù)查詢(xún)便捷。（3）自帶管理界面，管理很簡(jiǎn)單，并且讀寫(xiě)效率高。

同時(shí)由于Telegraf和InfluxDB都是由InfluxData公司所開(kāi)發(fā)的軟件，二者在數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)策略上具有高度一致性，因此便于數(shù)據(jù)在二者之間進(jìn)行傳遞。

Grafana作為開(kāi)源數(shù)據(jù)可視化工具，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）擁有快速靈活的客戶端圖表，面板插件有許多不同方式的可視化指標(biāo)和日志。（2）支持許多不同的時(shí)間序列數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)源）儲(chǔ)存后端。（3）使用來(lái)自不同數(shù)據(jù)源的豐富事件注釋圖表，將鼠標(biāo)懸停在事件上會(huì)顯示完整的事件元數(shù)據(jù)和標(biāo)記。（4）使用Ad-hoc過(guò)濾器允許動(dòng)態(tài)創(chuàng)建新的鍵/值過(guò)濾器，這些過(guò)濾器會(huì)自動(dòng)應(yīng)用于使用該數(shù)據(jù)源的所有查詢(xún)。

1.3 現(xiàn)狀

基于Telegraf+InfluxDB+Grafana搭建實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)是最近幾年新產(chǎn)生的一種架構(gòu)方法，與傳統(tǒng)監(jiān)控方式對(duì)比，該架構(gòu)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，無(wú)需編輯腳本，僅需獲得監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)便可自動(dòng)抓取數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)展示，操作簡(jiǎn)單，便于進(jìn)行運(yùn)行維護(hù)。

2 Telegraf+InfluxDB+Grafana監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)

監(jiān)控系統(tǒng)所起的作用主要可以分為兩個(gè)方面：運(yùn)行監(jiān)控和故障報(bào)警。要實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)功能，則需要不間斷地從測(cè)量設(shè)備上采集數(shù)據(jù)，然后通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的格式，最后使用可視化軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的展示，并設(shè)置閾值，在數(shù)據(jù)超出閾值時(shí)進(jìn)行告警。

因此，從功能上看，Telegraf+InfluxDB+Grafana監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)構(gòu)架大致可分為以下幾層：數(shù)據(jù)收集層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層和數(shù)據(jù)展示及告警層（圖1）。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)

3 Telegraf+InfluxDB+Grafana監(jiān)控系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

3.1 數(shù)據(jù)收集層

對(duì)長(zhǎng)輸管網(wǎng)的供熱系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)主要有各級(jí)流量、各級(jí)壓力、供給水溫度、給水泵和循環(huán)水泵頻率等。這些數(shù)據(jù)由測(cè)量?jī)x器測(cè)量得到后，將上傳到服務(wù)器，接下來(lái)，通過(guò)Telegraf自帶的API接口針對(duì)不同的數(shù)據(jù)類(lèi)型進(jìn)行采集，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理。

具體步驟如下：（1）通過(guò)多種input plugins與不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，從而將數(shù)據(jù)進(jìn)行整合。（2）通過(guò)processor plugins和aggregator plugins對(duì)導(dǎo)入的數(shù)據(jù)進(jìn)行sum，min，max等的函數(shù)運(yùn)算，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理。（3）通過(guò)output plugins與后端進(jìn)行對(duì)接，這里選用對(duì)接InfluxDB的plugin，并設(shè)置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的database以及URL。

3.2 數(shù)據(jù)儲(chǔ)存層

由Telegraf導(dǎo)入的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在InfluxDB里以供Grafana調(diào)用和展示，由于InfluxDB是時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)，每條數(shù)據(jù)都有特定的時(shí)間戳，因此每個(gè)數(shù)據(jù)都是獨(dú)一無(wú)二的?？梢栽贗nfluxDB客戶端或者使用二進(jìn)制的命令行對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行進(jìn)一步操作，這里采用命令行操作。

具體步驟如下：（1）在InfluxData官網(wǎng)下載所需版本的InfluxDB壓縮包，并解壓到自定義位置。（2）首先啟動(dòng)保護(hù)進(jìn)程influxd.exe，然后啟動(dòng)程序influx.exe輸入命令行進(jìn)行操作。查詢(xún)命令采用類(lèi)SQL語(yǔ)句，具體格式詳見(jiàn)官網(wǎng)。運(yùn)行過(guò)程中，保護(hù)進(jìn)程不可關(guān)閉。（3）可以設(shè)置用戶名、密碼等，初始默認(rèn)端口為8086，也可以對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作，如修改數(shù)據(jù)保留策略（retention policy），新建數(shù)據(jù)庫(kù)，過(guò)濾相關(guān)數(shù)據(jù)等。

3.3 數(shù)據(jù)展示及告警層

數(shù)據(jù)展示及告警界面為web展示界面，將InfluxDB內(nèi)的數(shù)據(jù)通過(guò)柱狀圖、餅狀圖、折線圖等形式直觀地展現(xiàn)出來(lái)，讓工作人員了解一段時(shí)間內(nèi)供熱管網(wǎng)的壓力溫度等變化，從而對(duì)設(shè)備做出合適的調(diào)整。同時(shí)，若某指標(biāo)超出閾值，系統(tǒng)也能自動(dòng)向工作人員進(jìn)行告警，從而及時(shí)解決問(wèn)題，避免出現(xiàn)更大的事故。

具體步驟如下：（1）從GrafanaLabs官網(wǎng)下載所需版本的Grafana壓縮包，并解壓到自定義位置。（2）默認(rèn)端口為3000，初始用戶名與密碼均為admin，登錄后修改密碼。（3）設(shè)置所需的Data Sources，這里選擇Influxdb并輸入所需的數(shù)據(jù)庫(kù)的名稱(chēng)，點(diǎn)擊Save&Test驗(yàn)證是否成功連接。（4）創(chuàng)建新的Dashboard，并根據(jù)數(shù)據(jù)類(lèi)型選擇合適的可視化工具（Visualization）。Grafana社區(qū)中有許多plugins可供用戶進(jìn)行選擇，極大增強(qiáng)了數(shù)據(jù)的展示效果。再通過(guò)使用Grafana中自帶的Query，Variables等功能展示需要的數(shù)據(jù)。最終可以將完成的Dashboard轉(zhuǎn)化為json文件進(jìn)行輸出。（5）Grafana自帶告警功能（Alert）。在Alert面板中設(shè)置上下閾值，當(dāng)測(cè)量數(shù)據(jù)超出閾值范圍后就會(huì)進(jìn)行告警，可以選擇告警的方式，如短信、郵箱等。

4 監(jiān)控效果展示

監(jiān)控系統(tǒng)的顯示效果如下圖所示：

（1）熱力站1#熱泵三網(wǎng)供水溫度（℃）監(jiān)控效果如圖2所示。

圖2 熱力站1#熱泵三網(wǎng)供水溫度（℃）監(jiān)控效果

（2）中繼泵站一級(jí)網(wǎng)供水流量（m3/h）監(jiān)控效果如圖3所示。

圖3 中繼泵站一級(jí)網(wǎng)供水流量（m3/h）監(jiān)控效果

（3）隔壓站二級(jí)網(wǎng)供水壓力（MPa）監(jiān)控效果如圖4所示。

圖4 隔壓站二級(jí)網(wǎng)供水壓力（MPa）監(jiān)控效果

（4）多個(gè)監(jiān)控值集群監(jiān)控效果如圖5所示。

圖5 多個(gè)監(jiān)控值集群監(jiān)控效果

5 結(jié)語(yǔ)

在長(zhǎng)輸供熱系統(tǒng)中，應(yīng)用基于Telegraf+InfluxDB+Grafana的監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，有利于工作人員及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)解決，提高了對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)的抵抗能力，同時(shí)，系統(tǒng)架構(gòu)簡(jiǎn)單，便于運(yùn)行人員進(jìn)行維護(hù)。