TDengine IDMP 应用场景：工业锅炉监控

TDengine IDMP 应用场景：工业锅炉监控

1. 简介

本文以一个工业燃煤锅炉系统监控为例，详细介绍通过工业上广泛使用的 OPC 中间件软件 KEPServer，轻松采集温度、压力、流量、电流等重要参数，将数据写入 TDengine TSDB 时序数据库，然后通过 TDengine IDMP 构建资产模型，利用 AI 自动生成可视化面板和实时分析，实现分钟级搭建高效、智能的工业重要装置的监控系统。

工业锅炉是许多行业的关键设备，为发电、化工生产、冶金和造纸等工业过程提供必需的热量和蒸汽，如果停炉检修或者锅炉出现故障，将面临停工停产的风险。工厂的锅炉房采用锅炉的台数，应根据热负荷的调度、锅炉检修和扩建的可能性等因素确定， 一般不少于两台。本示例模拟工厂内两台锅炉，可根据需要添加更多。

在这个方案中，TDengine TSDB + TDengine IDMP 的组合能够为您带来四大好处：

1. “单列模型”快速资产建模：TDengine IDMP 与 TDengine TSDB 无缝集成，类似锅炉这样的重要工业装置的数据往往是以单列模型写入 TSDB ，在 IDMP 可以快速进行资产建模，并以树形结构的方式展现被监控的对象，设备资产一目了然。
2. 无问智推，数据自己说话：不用在 TDengine 侧做任何配置，不用脚本，不用提问，IDMP 会基于采集的数据，自动判断为 工业锅炉 监测场景，自动为您推荐面板和实时预警，锅炉系统的运行状态尽在掌控之中。
3. 智能问数，随问随答：不用 SQL，不用任何脚本语言，你只要用自然语言说出感兴趣的数据分析或面板，IDMP 将会自动帮您创建，把数据可视化与分析的使用门槛降为 0。
4. 如果添加新的被监测的装置或设备，只要配置好 KEPServer，在 TDengine 侧不用做任何设置和操作，装置或设备就被自动的加入到监测的对象中，最大程度节省人力。

2. 前提条件

• TDengine 云服务实例。如果您没有可用的 TDengine 云服务实例，可以免费注册

• 被监控的工业锅炉装置。为便于演示，我们采用kaggle.com上的公开数据集：Time-Series of Industrial Boiler Operations | Kaggle。该数据集为浙江省某化工厂的燃煤锅炉的重要监控参数（共30个），采样频率为5秒。
  • 数据集data.csv用来模拟锅炉1，重命名为：Boiler1.csv
  • 数据集data_AutoReg.csv用来模拟锅炉2，重命名为：Boiler2.csv

• KEPServer 环境已具备。本示例服务器IP地址：192.168.1.66，请根据您自己的环境替换。

3. 配置指南

3.1 创建 IDMP 云服务实例

1. 使用您的账号，登录 TDengine Cloud，在弹出的 TDengine 实例选择框中，选择“IDMP（工业数据管理平台）”。
2. 在实例配置页面，分别配置 IDMP 实例和 TSDB 实例的信息和计费方案：
   • IDMP（工业数据管理平台）：
     • 实例名称：boiler-idmp
     • 计费方案：IDMP-入门版
   • TSDB（时序数据库）
     • 实例名称：boiler-tsdb
     • 计费方案：入门版
3. 等待 IDMP 实例启动后，选择加载一个场景的示例数据，即可进入 IDMP 云服务的主页面。

说明：TDengine IDMP 服务默认使用 TDengine TSDB 作为其数据源，在 IDMP 云服务实例创建过程中，会自动创建到上述 TSDB 的连接。

3.2 在 TSDB 云服务实例创建 DB

1. 进入 IDMP 云服务实例的主页面后，点击右上角下拉菜单中的【管理后台】。
2. 在管理后台页面点击【云资源管理】，进入云资源管理页面。
3. 在实例列表中找到 boiler-tsdb 实例，点击【TSDB 云服务】，进入 TSDB 云服务页面。
4. 在左侧点击【数据浏览器】，在数据浏览器页面点击【创建数据库】。
5. 设置数据库名称为 db_boiler，完成 DB 创建。

3.3 KEPServer 配置

在系统中新建ODBC 数据源CSV_Boiler，选择驱动Microsoft Text Driver (*.txt; *.csv) ，选择数据集所在的目录。

在 KEPServer 添加通道锅炉房，Advanced Simulator驱动，【Data Source】选 CSV_Boiler

添加设备锅炉1，选择对应的数据集Boiler1.csv,【Record Selection Interval】设置为5000ms。

同样的方式添加设备锅炉2。

【运行时】-【连接】，连接到运行时，点击设备锅炉1和锅炉2，会发现标记（点位）已自动生成：

自动生成的标记名称的可读性较差。对这些标记进行分组、重命名，得到点表文件：

锅炉1下载

锅炉2下载

删除 KEPServer 自动生成的标记。在设备锅炉1右键->【导入 CSV】，选择锅炉1.csv文件，导入标记。同样的方式完成设备锅炉2的标记导入。

【工具】->【启动 OPC Quick Client】，验证数据是否正确模拟生成：

3.4 零代码写入 OPC 数据到 TSDB

运行 boiler-tsdb 实例，创建 OPC 数据写入任务。

因为本示例使用的云服务在外网，需要在能访问到 KEPServer 所在的内网的某台计算机上安装 taosX Agent，以确保 TSDB 能访问到 OPC Server。本示例把 taosX Agent 安装在本地服务器192.168.1.66

创建数据写入任务 DataIn_Boiler，类型为 OPC-UA，创建代理 opcuaAgent，按提示将端点和生成的令牌复制到本地服务器上的 agent.toml 文件，启动taosX Agent服务，【检查代理是否连接正常】。

在【连接配置】，填写服务地址 192.168.1.66:49320，选择OPC UA配置的安全模式，检查连通性。

如果提示 您的数据源可以连通， 则说明 KEPServer 的 OPC-UA 已能正常访问。

在【点位集】->【选择数据点位】

根节点ID 填写 ns=2;s=锅炉房，命名空间可选可不选，超级表名称 opc_boilers，表名称 t_{id}；

采集模式为 observe，采集间隔 5s；

点位更新模式 选择 update，未来如果 OPC Server 发生点位变更，TDengine 将自动获取新增或变更的点位。

【新增】成功，【查看】任务状态。显示系统已自动创建表并写入数据。

3.5 在 IDMP 中创建元素模板

登录 IDMP 实例，创建元素模板及元素，将 TDengine TSDB 的数据加载至 TDengine IDMP。

首先创建元素模板。

【基础库】->【元素模板】->【新建元素模板】，【模板名称】填 风道系统，【元素命名模式】为 模板名称 即 ${Template#name}，【保存】

右上角切换至 元素模板 > 风道系统 > 属性面板 ，【新增属性模板】，【名称】填 回风室流量 (右)，【值类型】选 Double , 【显示的小数位数】2，【计量单位分类】选 体积流量，【默认计量单位】选 立方米每小时，【显示计量单位】选 立方米每小时，【数据引用类型】选 TDengine 指标

在弹出的【数据引用表达式】填写：【连接】boiler-tsdb；【数据库】db_boiler；【源表名称模式】t_锅炉房_锅炉${KEYWORD1}_${Template#name}_回风室流量 (右)；【列】val

首次添加 ${KEYWORD1} 时，系统要求【请输入关键字描述】，此处填写 请输入锅炉编号（正整数）

说明：

• 替换字符串 KEYWORD 在具体的元素模板内有效，同个元素模板内如果用到相同 KEYWORD，只需创建一次。
• 如果是手工新建的元素模板也用到 KEYWORD，必须点【+】显式创建；如果是通过复制元素模板，则不用。

复制属性模板回风室流量 (右)，粘贴并编辑得出另一个属性模板回风室流量 (左)。最终得到效果如下：

按照上述方法，创建出所有7个元素模板。完整的配置过程参见：锅炉_元素模板.csv

锅炉_元素模板下载

说明：

• 属性模板可以跨元素模板复制粘贴，但每个元素模板里都需要建自己的 KEYWORD。
• IDMP 已内置了各种计量单位，如有需要扩展的，可在【基础库】->【计量单位】里扩展。本示例中，扩展了计量单位mm/s 用在 引风机轴承振动。

3.6 创建资产模型

【元素浏览器】->【元素】，按层级依次构建 化工厂 > 锅炉房，在元素 锅炉房【新建子元素】锅炉1 和 锅炉2。

选择元素 锅炉1，【新建子元素】，【模板】选 风道系统，【KEYWORD1】填 1

按上述步骤，依次选择不同的元素模板创建出 锅炉1 和 锅炉2 的所有子元素。最终得到资产模型如下：

在【元素浏览器】中，IDMP 会自动根据资产模型的路径信息，以树形结构的方式展示装置的监控参数。

3.7 体验 AI 生成面板

• 在左侧资源浏览器中，点击 化工厂 > 锅炉房 > 锅炉1 > 炉膛系统 元素，通过上方路径导航菜单选择【面板】，跳转至该元素的 AI 推荐面板页面。
• 等待 AI 生成面板推荐后，您可根据需求进行选择，例如：“过去一小时每分钟的炉膛压力 (C)变化”，在您感兴趣的面板右上方的菜单中，点击【生成】按钮。等待面板生成后，可以【查看】该面板。

• 面板生成后，您还可以在该面板的详情页面中选择【高级】，查看 AI 创建面板时使用的 SQL 语句：

1. SELECT _wstart,AVG(`炉膛压力 (C)`) AS `炉膛压力 (C)`
2. FROM `idmp`.`vt_炉膛系统_162502`
3. WHERE _c0 >= now-1h and _c0 <= now INTERVAL(1m);

• 点击【保存】，即可在下方面板列表中查看 炉膛系统 元素下对应的面板。

3.8 体验 AI 分析

• 在左侧资源浏览器中，点击 化工厂 > 锅炉房 > 锅炉1 > 炉膛系统 元素，通过上方路径导航菜单选择【分析】，跳转至该元素的 AI 推荐分析页面。
• 等待 AI 生成分析问题推荐后，您可以根据需求进行选择，例如：“炉膛系统:炉膛系统的实时炉膛上部温度超过300°C持续超过15分钟时，严重告警，计算平均温度,事件窗口”，点击您感兴趣的问题链接，以进入分析编辑页面，点击页面最下方的【保存】。

• 退回到分析列表中，即可查看对应的分析。

4. 更多

除了使用云服务以外，TDengine 还支持以私有化部署。为了简化部署，我们提供了 Ansible， Docker/Dcoker Compose， Helm 等多种部署方式，详见：https://github.com/taosdata/tdengine-idmp-deployment

5. 构建资产模型的建议

• 本示例是典型的工业 OPC “单列模型”的场景。但同类设备有多个，在 IDMP 中通过元素模板去创建资产模型，不仅把“单列模型”转换为“多列模型”，并且添加同类设备的效率也大大提升。
• 本示例中，设备（锅炉）的子元素较多，属性也较多，需配置7个元素模板。IDMP 今后的版本，将支持用 CSV 编辑资产模型，上传，批量创建，可以进一步提高资产模型的构建速度。

6. 小结

本文以 Step by Step 的方式，介绍了如何使用 KEPServer + TDengine TSDB + TDengine IDMP 快速搭建一个 工业装置 的监控系统。以往需要几天、甚至几周，并进行繁琐的配置、调试才能搭建起来的系统，使用 TDengine IDMP 后，30分钟内即可搞定。日后，如果有新的装置、设备系统需要被纳入到监控系统中，只需选择元素模板创建元素即可。如果监控的点位有变更或新增，仅需更新元素模板里相应的属性模板即可，无需操作其他地方。

搭建整个监控系统的工作几乎都在 KEPServer 的配置 以及 构建资产模型，无需编写复杂的 SQL 语句，无需脚本和其他配置，无需学习 Grafana，无需了解多少 工业装置 知识，即可轻松掌握 工业装置 的运行状态，实时监控和分析 工业装置 的工况并采取相应措施。

关于 TDengine

TDengine 专为物联网IoT平台、工业大数据平台设计。其中，TDengine TSDB 是一款高性能、分布式的时序数据库（Time Series Database），同时它还带有内建的缓存、流式计算、数据订阅等系统功能；TDengine IDMP 是一款AI原生工业数据管理平台，它通过树状层次结构建立数据目录，对数据进行标准化、情景化，并通过 AI 提供实时分析、可视化、事件管理与报警等功能。