基于Telegraf+InfluxDB+Grafana搭建長輸供熱系統的監控平臺研究

王博遠，梁子陽，劉雪萌，李少彬，謝英柏

（華北電力大學（保定），河北 保定 071000）

隨著城市化進程的發展，城市人口數量逐漸增多，冬季的供暖問題成為保障民生，提升居民生活幸福感的重要指標。近年來，為應對城市供熱面積增大而管網輸送能力不足的問題，大溫差長輸供熱項目在我國的太原、銀川和石家莊等城市已經得到了應用。在長輸供熱管網運行的過程中，對于運行參數進行實時監控顯得尤為重要。一方面，可以通過參數的變化調整電廠的供熱負荷和管網的熱量分配，另一方面，如果測量數據超出正常范圍，也可以做到及時告警，便于運行人員盡早知道事故出現的地點，從而盡早處理，以防造成更大的危害。本文討論利用Telegraf+InfluxDB+Grafana搭建監控平臺，來對長輸供熱管網的運行參數進行實時監控。

1 Telegraf，InfluxDB與Grafana介紹

1.1 定義

Telegraf是一個由插件驅動的服務器代理，用于收集和報告指標。Telegraf集成了直接從其運行的容器和系統中提取各種指標、事件和日志，從第三方API提取指標，甚至通過StatsD和Kafka消費者服務監聽指標。它還具有輸出插件，可將指標發送到各種其他數據存儲，服務和消息隊列，包括InfluxDB、Graphite等。

InfluxDB是用Go語言編寫的一個開源分布式時序、事件和指標數據庫，無需外部依賴。在最新的DB-ENGINES給出的時間序列數據庫的排名中，InfluxDB高居第一位，可以預見，InfluxDB會越來越得到廣泛的應用。

Grafana是一款用Go語言開發的開源數據可視化工具，可以做數據監控和數據統計，帶有告警功能。

1.2 優點

Telegraf作為收集和報告指標的服務器代理，具有以下優點：（1）使用Go語言編寫，編譯成單個二進制文件，沒有外部依賴項。（2）占用內存小。（3）可以通過添加新的插件進行輸入輸出。（4）插件中包含常用的服務和API。

InfluxDB作為最常采用的時序數據庫，具有以下優點：（1）內置HTTP API，使用方便。（2）使用類SQL語法，數據查詢便捷。（3）自帶管理界面，管理很簡單，并且讀寫效率高。

同時由于Telegraf和InfluxDB都是由InfluxData公司所開發的軟件，二者在數據的存儲策略上具有高度一致性，因此便于數據在二者之間進行傳遞。

Grafana作為開源數據可視化工具，具有以下優點：（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和日志。（2）支持許多不同的時間序列數據（數據源）儲存后端。（3）使用來自不同數據源的豐富事件注釋圖表，將鼠標懸停在事件上會顯示完整的事件元數據和標記。（4）使用Ad-hoc過濾器允許動態創建新的鍵/值過濾器，這些過濾器會自動應用于使用該數據源的所有查詢。

1.3 現狀

基于Telegraf+InfluxDB+Grafana搭建實時監控平臺是最近幾年新產生的一種架構方法，與傳統監控方式對比，該架構系統簡單，無需編輯腳本，僅需獲得監控數據便可自動抓取數據進行實時展示，操作簡單，便于進行運行維護。

2 Telegraf+InfluxDB+Grafana監控系統基礎架構

監控系統所起的作用主要可以分為兩個方面：運行監控和故障報警。要實現這兩個功能，則需要不間斷地從測量設備上采集數據，然后通過數據庫轉化為統一的格式，最后使用可視化軟件對數據進行實時的展示，并設置閾值，在數據超出閾值時進行告警。

因此，從功能上看，Telegraf+InfluxDB+Grafana監控系統的基礎構架大致可分為以下幾層：數據收集層、數據存儲層和數據展示及告警層（圖1）。

圖1 監控系統基礎架構

3 Telegraf+InfluxDB+Grafana監控系統功能的實現

3.1 數據收集層

對長輸管網的供熱系統來說，需要監控的數據主要有各級流量、各級壓力、供給水溫度、給水泵和循環水泵頻率等。這些數據由測量儀器測量得到后，將上傳到服務器，接下來，通過Telegraf自帶的API接口針對不同的數據類型進行采集，然后對數據進行進一步處理。

具體步驟如下：（1）通過多種input plugins與不同類型的數據進行匹配，從而將數據進行整合。（2）通過processor plugins和aggregator plugins對導入的數據進行sum，min，max等的函數運算，對數據進行進一步處理。（3）通過output plugins與后端進行對接，這里選用對接InfluxDB的plugin，并設置數據存儲的database以及URL。

3.2 數據儲存層

由Telegraf導入的數據儲存在InfluxDB里以供Grafana調用和展示，由于InfluxDB是時序數據庫，每條數據都有特定的時間戳，因此每個數據都是獨一無二的?？梢栽贗nfluxDB客戶端或者使用二進制的命令行對數據庫進行進一步操作，這里采用命令行操作。

具體步驟如下：（1）在InfluxData官網下載所需版本的InfluxDB壓縮包，并解壓到自定義位置。（2）首先啟動保護進程influxd.exe，然后啟動程序influx.exe輸入命令行進行操作。查詢命令采用類SQL語句，具體格式詳見官網。運行過程中，保護進程不可關閉。（3）可以設置用戶名、密碼等，初始默認端口為8086，也可以對數據庫進行操作，如修改數據保留策略（retention policy），新建數據庫，過濾相關數據等。

3.3 數據展示及告警層

數據展示及告警界面為web展示界面，將InfluxDB內的數據通過柱狀圖、餅狀圖、折線圖等形式直觀地展現出來，讓工作人員了解一段時間內供熱管網的壓力溫度等變化，從而對設備做出合適的調整。同時，若某指標超出閾值，系統也能自動向工作人員進行告警，從而及時解決問題，避免出現更大的事故。

具體步驟如下：（1）從GrafanaLabs官網下載所需版本的Grafana壓縮包，并解壓到自定義位置。（2）默認端口為3000，初始用戶名與密碼均為admin，登錄后修改密碼。（3）設置所需的Data Sources，這里選擇Influxdb并輸入所需的數據庫的名稱，點擊Save&Test驗證是否成功連接。（4）創建新的Dashboard，并根據數據類型選擇合適的可視化工具（Visualization）。Grafana社區中有許多plugins可供用戶進行選擇，極大增強了數據的展示效果。再通過使用Grafana中自帶的Query，Variables等功能展示需要的數據。最終可以將完成的Dashboard轉化為json文件進行輸出。（5）Grafana自帶告警功能（Alert）。在Alert面板中設置上下閾值，當測量數據超出閾值范圍后就會進行告警，可以選擇告警的方式，如短信、郵箱等。

4 監控效果展示

監控系統的顯示效果如下圖所示：

（1）熱力站1#熱泵三網供水溫度（℃）監控效果如圖2所示。

圖2 熱力站1#熱泵三網供水溫度（℃）監控效果

（2）中繼泵站一級網供水流量（m3/h）監控效果如圖3所示。

圖3 中繼泵站一級網供水流量（m3/h）監控效果

（3）隔壓站二級網供水壓力（MPa）監控效果如圖4所示。

圖4 隔壓站二級網供水壓力（MPa）監控效果

（4）多個監控值集群監控效果如圖5所示。

圖5 多個監控值集群監控效果

5 結語

在長輸供熱系統中，應用基于Telegraf+InfluxDB+Grafana的監控系統，能夠實現對測量數據的實時監控，有利于工作人員及早發現問題并及時解決，提高了對于風險的抵抗能力，同時，系統架構簡單，便于運行人員進行維護。