ПРОЕКТ

Программное обеспечение мониторинга Modbus TCP для данных с датчиков в реальном времени

Индивидуальная разработка ПО, Связь по Modbus TCP, Журналирование данных датчиков, Панели мониторинга в реальном времени, Анализ исторических трендов, Предупреждения и уведомления, Отчеты и экспорт данных

  • Отрасль: Промышленное оборудование
  • Латвия Местоположение: Латвия
  • Срок разработки: 10 недель
  • Технологии: Python, JavaScript / TypeScript (Node.js)
3 месяцев

Клиент отслеживает состояние машин, технологические параметры и условия окружающей среды через подключенные устройства и датчики. ПО представляет собой систему мониторинга Modbus TCP для настройки подключений устройств, считывания данных датчиков и исполнительных механизмов, а также отображения значений в реальном времени для инженерной команды. Система также сохраняет измерения, показывает исторические тренды, применяет пороговые значения предупреждений и формирует отчеты. Рабочее пространство помогает сократить объем ручного мониторинга данных машин.

Обзор

Проблема

Клиенту необходимо отслеживать состояние подключенных машин, технологические параметры и показатели окружающей среды.

Решение

Решение стало модульным рабочим пространством мониторинга Modbus TCP с панелями реального времени, журналированием данных, предупреждениями и отчетами.

Результат

ПО помогает сократить ручной мониторинг и сохранять данные оборудования доступными для анализа.

История клиента

Клиент - оператор промышленного оборудования из Латвии. Через подключенные устройства и датчики он отслеживает состояние машин, технологические параметры и условия окружающей среды.

Клиент работает с данными датчиков и исполнительных устройств, а также с регистрами Modbus.

Требовалось передавать данные оборудования через подходящие сети, при необходимости обеспечивать безопасность передачи, отображать текущие и исторические показания, а также поддерживать настраиваемые предупреждения или управляющие действия.

Решение спроектировали как модульную систему мониторинга. Особое внимание уделили настройке Modbus TCP и показаниям в реальном времени.

Добавлены исторические данные о состоянии, настройки пороговых значений и отчеты, а также возможность в будущем собирать данные об окружающей среде и управлять реле.

Запрос клиента

  1. Передача данных через безопасные беспроводные сети или сетевые протоколы
  2. Сохранение надежности передачи данных при сбоях подключения
  3. Отображение показаний в реальном времени, состояния, трендов, графиков и отчетов
  4. Настройка пороговых значений, предупреждений, уведомлений и управляющих действий

Почему готовое решение не подошло

Готовые инструменты для разработки IoT предлагают общие сервисы для устройств, облака и разработки, однако их описания не охватывают весь комплекс задач мониторинга клиента в одном индивидуальном рабочем пространстве. Клиенту требовались настройка Modbus TCP, чтение регистров, журналирование данных машин, панели управления, проектные пороговые значения и возможные управляющие действия, связанные с его собственным оборудованием и правилами.

Обзор проекта

Решение разработано вокруг понятной настройки подключений промышленных датчиков и оборудования. Инженер вводит название устройства, сетевую конечную точку и определения регистров.

Настройку завершают параметры опроса и результат проверки подключения.

Для мониторинга в реальном времени в рабочее пространство добавлены выбор устройства, состояние подключения и карточки датчиков. Таблица регистров показывает текущие значения с временными метками.

Система считывает данные датчиков, исполнительных устройств и температуры на одной панели управления. Также доступны показатели влажности воздуха и состояние устройства.

Исторические данные о состоянии машин сохраняются для анализа во времени. Графики трендов показывают вибрацию, температуру и обороты, а таблица журнала хранит записанные измерения.

Для отслеживания событий добавлены настраиваемые пороговые значения. Руководители и администраторы могут задавать пределы температуры, давления и вибрации, а также параметры уведомлений.

Для сохраненных данных мониторинга добавлены отчеты. Система формирует файлы JSON, CSV и PDF и поддерживает сравнение выбранных источников данных.

Модульная структура позволяет позднее добавить измерения окружающей среды, датчики давления и управление реле.

Реализованные ключевые функции

  • Настройка устройств и регистров Modbus TCP
  • Панель управления датчиками и исполнительными устройствами в реальном времени
  • Показания температуры и влажности в реальном времени
  • Журналирование исторического состояния машин
  • Графики трендов вибрации и других измерений
  • Настраиваемые пороговые значения предупреждений
  • Настройки уведомлений о событиях
  • Сравнительные отчеты по выбранным источникам данных
  • Экспорт данных в форматах JSON, CSV и PDF

Можно добавить

+ Сбор данных об окружающей среде + Интеграция датчика давления + Управление реле отопления и охлаждения + Удаленные команды для клапанов + Поддержка прошивки и оборудования + Подключение мобильного приложения

Кому еще подойдет это решение

Компании с похожими задачами мониторинга датчиков могут адаптировать это решение под свое оборудование, способы связи и правила управления.

Оператор водного и природоохранного хозяйства

Задача Собирает данные распределенных датчиков или измерителей и отслеживает условия на открытом воздухе.
Как помогает решение Решение считывает подключенные измерения, показывает текущее состояние, ведет историю и поддерживает предупреждения или управляющие действия.
Энергетика и топливо

Оператор умной фермы

Задача Собирает показания распределенных внешних датчиков и отслеживает условия выращивания.
Как помогает решение Решение объединяет данные датчиков на панелях реального времени, сохраняет измерения во времени и поддерживает уведомления на основе пороговых значений.
Сельское хозяйство

Оператор объектов инфраструктуры

Задача Удаленно отслеживает оборудование зданий и условия окружающей среды.
Как помогает решение Решение отображает текущие показания, хранит исторические журналы и предоставляет предупреждения, отчеты или функции управления.
Бытовая техника

Технологический стек

Python

Сбор данных и сервисы

Python поддерживает сервисы сбора данных и связи.

JavaScript / TypeScript (Node.js)

Панели управления и связь

JavaScript и TypeScript поддерживают интерфейсы мониторинга и сетевое взаимодействие.

PHP

Поддержка веб-сервисов

Библиотеки PHP при необходимости поддерживают отдельные документные и прикладные сервисы.

pymodbus

Связь Modbus на Python

pymodbus (библиотека Python для связи по Modbus) считывает регистры Modbus и работает с ними.

modbus-serial

Связь Modbus на Node.js

modbus-serial (библиотека Node.js для Modbus RTU и TCP) обеспечивает связь с устройствами.

jsmodbus

Последовательный и TCP Modbus

jsmodbus (реализация протокола Modbus на JavaScript) поддерживает последовательные и TCP-подключения Modbus.

grafanalib

Создание панелей Grafana

grafanalib (библиотека Python для создания панелей Grafana) помогает создавать панели мониторинга.

Plotly

Интерактивная визуализация данных

Plotly отображает интерактивные графики для мониторинга и исторического анализа.

httpx

Обмен данными по HTTP

httpx (HTTP-клиент Python) поддерживает связь с подключенными сервисами.

JSON, CSV, PDF

Обмен данными и отчеты

Система обменивается данными и формирует отчеты в форматах JSON, CSV и PDF.

Интеграции

Modbus TCP equipment

Система считывает регистры и обменивается данными датчиков или исполнительных устройств с подключенным промышленным оборудованием.

HTTP and HTTPS services

Система мониторинга отправляет и принимает структурированные данные через HTTP- или защищенные HTTPS-соединения.

MQTT

Система может обмениваться данными датчиков с платформами и устройствами через MQTT.

Grafana

Решение может подключать к Grafana определения панелей и визуальные представления мониторинга.

SCADA systems

При необходимости решение мониторинга может обмениваться промышленными данными с системами SCADA.

Cloud platforms and databases

Система может отправлять сохраненные или текущие данные мониторинга в подключенные облачные платформы или базы данных.

Результат

Состояние устройств в реальном времени на одном экране

Панель управления в реальном времени объединяет текущие показания машин и окружающей среды в одном месте. Состояние подключения и значения регистров отображаются рядом с показаниями температуры.

Инженерная команда также видит влажность воздуха, состояние устройства и временные метки поступающих данных.

Как это работает

  1. Выбор устройства определяет подключенные устройства, отображаемые на панели управления.
  2. Карточки датчиков показывают данные датчиков, исполнительных устройств и температуры в реальном времени.
  3. Таблица регистров Modbus отображает значения регистров с временной меткой каждого показания.
  • Настройка подключений Modbus TCP
  • Проверка текущего состояния подключения
  • Мониторинг данных датчиков в реальном времени
Примечание: Панель связывает текущие показания с состоянием подключения, необходимым для их интерпретации.
Панель управления устройством Modbus в реальном времени

Панель управления устройством Modbus в реальном времени

Функции этого экрана
Настройка Modbus TCP Управление данными датчиков Отображение данных в реальном времени

Исторические показания помогают анализировать оборудование

Журнал состояния превращает сохраненные измерения в тренды, меняющиеся во времени. Аналитики могут просматривать показатели состояния машин, а также изменения вибрации и температуры.

Показания оборотов, смещения и ускорения доступны в том же историческом представлении для дальнейшего анализа.

Как это работает

  1. Фильтр периода ограничивает отображаемые на экране записанные измерения машин.
  2. График тренда визуализирует данные температуры, вибрации и оборотов.
  3. Индикатор состояния машины и историческая таблица журнала показывают сохраненное состояние устройства.
  • Просмотр записанных измерений машин
  • Сравнение показаний за выбранный период
  • Изучение исторического журнала
Тренды и журнал состояния машины

Тренды и журнал состояния машины

Функции этого экрана
Журналирование данных о состоянии Визуализация данных датчиков

Пороговые значения делают события заметными

Экран настроек предупреждений дает клиенту понятное место для определения рабочих пределов. Пороговые значения температуры, давления и вибрации связаны с состояниями событий и настройками уведомлений.

Это связывает правила предупреждений с отслеживаемыми показателями и поддерживает последующие управляющие действия, если они входят в проект.

Как это работает

  1. Выбор показателя определяет измерение, связанное с правилом предупреждения.
  2. Поля пороговых значений сохраняют пределы температуры, давления или вибрации.
  3. Предпросмотр состояния тревоги показывает настроенное состояние события, а настройки уведомлений определяют связанные оповещения.
  • Настройка пороговых значений предупреждений
  • Предпросмотр состояний тревоги
  • Настройка предпочтений уведомлений
Совет: Пороговые значения настраиваются вокруг важных показателей отслеживаемого оборудования.
Настройки пороговых значений и уведомлений

Настройки пороговых значений и уведомлений

Функции этого экрана
Настраиваемые пороговые значения предупреждений

Подключения устройств настраиваются понятно

Экран настройки подключения объединяет настройки устройства и регистров в одном месте. Перед проверкой результата подключения инженеры задают сетевую конечную точку и связанные регистры.

Параметры опроса согласуют систему мониторинга с оборудованием и правилами связи клиента.

Как это работает

  1. Поля названия устройства, IP-адреса и порта определяют подключение устройства.
  2. Поля определения регистров сохраняют регистры Modbus, связанные с данными датчиков и исполнительных устройств.
  3. Настройка опроса и результат проверки подключения показывают, как система взаимодействует с устройством.
  • Определение регистров Modbus
  • Настройка параметров опроса
  • Проверка подключения
Настройка подключения Modbus TCP

Настройка подключения Modbus TCP

Функции этого экрана
Настройка Modbus TCP

Отчеты превращают сохраненные данные в файлы, которыми можно делиться

Экран отчетов подготавливает к анализу исторические данные мониторинга. Аналитики и руководители могут создать отчет и сравнить выбранные источники.

Система экспортирует выбранные данные в формате JSON, CSV или PDF для анализа работы.

Как это работает

  1. Фильтры типа отчета и диапазона дат определяют сохраненные данные датчиков, включаемые в отчет.
  2. Выбор источников для сравнения сопоставляет выбранные источники данных мониторинга.
  3. Генератор отчетов создает файл JSON, CSV или PDF из выбранных данных.
  • Создание аналитических отчетов
  • Сравнение выбранных источников данных
  • Экспорт в JSON, CSV или PDF
Отчеты и экспорт данных

Отчеты и экспорт данных

Функции этого экрана
Создание аналитических отчетов Сравнительные отчеты по данным

Что предлагает решение

С помощью этого решения оператор может:

  • Отслеживать оборудование и показатели окружающей среды из одного рабочего пространства
  • Просматривать данные о состоянии машин с помощью исторических графиков и журналов
  • Задавать пороговые значения событий температуры, давления и вибрации
  • Получать уведомления на основе настроенных условий мониторинга
  • Создавать отчеты в форматах JSON, CSV и PDF
  • Расширять систему управляющими действиями и подключенными платформами

Справились бы готовые системы с этой задачей?

До проектирования задачу сравнили с готовыми продуктами на основе их собственных описаний.

Что нужно клиенту IoT-платформы Particle, AWS IoT, Blynk IoT platform IoT-фреймворки Eclipse IoT, Mozilla WebThings Разработка IoT-систем Niagara 4 Индивидуальное решение
Передача данных через необходимые протоколы частично
Безопасная и устойчивая передача данных частично
Показания в реальном времени и исторические отчеты частично
Пороговые значения, предупреждения и управление частично
Соответствие собственным правилам клиента: этапам, ролям, отчетам — — —
Все этапы в одном месте —
Отсутствие ручных действий между программами — — —

На основе общедоступных описаний продуктов и их категорий.

В готовых IoT-платформах и фреймворках основные части задачи уже есть, и готового продукта достаточно, если требуется только один компонент.

Этому клиенту потребовалось собственное ПО, поскольку задача мониторинга объединяет настройку Modbus TCP, конкретные регистры, текущие и исторические представления, пороговые значения, отчеты и возможные управляющие действия.

Решение объединяет эти компоненты в одном рабочем пространстве и адаптирует их под оборудование и правила клиента вместо ручной настройки связей между отдельными инструментами.

Итоговый результат

В результате было создано решение для сокращения ручного мониторинга данных подключенного оборудования.

ЧАСТЫЕ ВОПРОСЫ

Планируете создать похожую систему? Эти ответы объясняют, как решение для мониторинга Modbus TCP сочетается с оборудованием, данными датчиков, правилами связи и будущими потребностями в управлении.

Нужно что-то похожее? Давайте обсудим
Или посмотрите другие проекты