Virtualisierung in der Automatisierungstechnik

Transkript

1 Virtualisierung in der Automatisierungstechnik

2 Ihr Referent Jürgen Flütter on/off engineering gmbh Niels-Bohr-Str Wunstorf Tel.: juergen.fluetter@onoff-group.de 2 Virtualisierung

3 Die Profis für Automatisierung und Informationstechnologie 25 Jahre Erfahrung mehr als 150 qualifizierte Mitarbeiter Automatisierung Schaltanlagen & Montage IT-Lösungen After Sales Support Essen (Oldenb.) Werne Wunstorf Frankfurt Berlin Augsburg Unternehmenspräsentation

4 Agenda Gründe für eine Virtualisierung Was ist Virtualisierung? Besonderheiten in der Automatisierungstechnik Beispielkonfigurationen Vor- und Nachteile 4 Virtualisierung

5 Warum Virtualisierung? PC-basierte Systeme sind ein fester Bestandteil in der Automatisierungstechnik geworden (z.b. als HMI) Die Halbwertzeit von PC-Systemen ist sehr gering Neue Betriebssysteme erfordern ständige Updates 5 Virtualisierung

6 Kommt Ihnen das bekannt vor? HMI-Rechner (5 Jahr alt) fällt aus Motherboard defekt Neuer Rechner ist nicht Image-kompatibel, da andere Bauteile integriert sind Betriebssystem (z.b. Windows 2000) nicht mehr im Handel verfügbar HMI-Software benötigt Update für neues Betriebssystem Alle HMI-Rechner müssen hochgerüstet werden, da nur einheitliche Version im Netzwerk erlaubt ist Kosten, Aufwand, Stillstand, 6 Virtualisierung

7 Anforderungen an die Automatisierungstechnik Investitionen in neue Anlagen sollen möglichst lange erhalten bleiben Erwartete Lebensdauer für die Automatisierungstechnik: >10 Jahre Ersatzteile sollen über mind. 10 Jahre verfügbar sein Möglichst wenig Eingriffe in laufende Anlagen ( Never change a running system! ) Änderungen in validierungspflichtigen Anlagen (Pharma) erfordern eine Requalifizierung Austausch von Rechnerhardware möglichst durch aktuelle Rechnermodelle, aber mit gleicher Software wie bisher und ohne viel Aufwand Virtualisierung hilft, diese Anforderungen zu erfüllen! 7 Virtualisierung

8 Virtualisierung Was ist das? Im Office-IT-Umfeld ist Virtualisierung bereits Standard Betriebssystem und Applikation werden in einer virtuellen Umgebung isoliert von der Hardware des PC betrieben Zugriff auf reale Hardware erfolgt über Virtualisierungs-Layer (Hypervisor) Mehrere virtuelle Maschinen können gleichzeitig auf einer realen Hardware ( Host ) ablaufen Ressourcen (CPU, Speicher, ) können gemeinsam genutzt werden Kommunikation über virtuelle oder reale Netzwerke möglich Host-Hardware kann ohne Änderungen an den virtuellen Maschinen getauscht werden Auch Mischkonfigurationen aus realen und virtuellen Systemen möglich 8 Virtualisierung

9 Virtualisierung Was ist das? Applikationen Betriebssystem Host 9 Virtualisierung

10 Unterschiedliche Prinzipien hosted Zusätzliches Betriebssystem auf realer Hardware nötig z.b VMware Player, Microsoft Virtual PC Langsam Nicht geeignet für die Anforderungen der Automatisierungstechnik native Läuft direkt auf der Hardware des realen Rechners z.b VMware ESX, Hyper-V, Citrix XenServer Performant, benötigt wenig Ressourcen Gut geeignet für hohe Anforderungen BS BS BS BS BS BS Hypervisor Hypervisor BS Hardware Hardware BS = Betriebssystem 10 Virtualisierung

11 Konfiguration und Diagnose Integrierte Verwaltungs-Software für: Erzeugung neuer VM Duplizieren vorhandener VM Zuweisen von Ressourcen Konfiguration des Netzwerks Diagnose und Fernbedienung laufender VM 11 Virtualisierung

12 Beispiel in der Automatisierung 12 Virtualisierung

13 Bedienung über Thin-Clients Keine Rechner mehr in der Produktionsumgebung Preisgünstige Hardware Ethernet Keine Installation von lokaler Software nötig Verbindung z.b. über Remote Desktop oder VNC Anschluss über Ethernet (Kein KVM notwendig) Auch für besondere Umgebungsbedingungen (EX, Reinraum, ) erhältlich Einfacher und schneller Austausch möglich 13 Virtualisierung

14 Beispiel volle Redundanz ES ES Client 1 Client 2 Client 3 VMware Server Client 1 Client 2 Client 3 ES VMware Server Client 1 Client 2 VMware VMware Client 3 Alle Applikationen laufen auf einem Host-Server Bei Ausfall des Servers übernimmt der Backup-Server Festplatten müssen ins Netzwerk ausgelagert werden Ressourcen (CPU, Speicher, ) jedes Servers müssen für alle Applikationen ausreichen Vorteil: Bei Hardwaredefekt volle Verfügbarkeit aller Applikationen Nachteil: Extrem teuer! Keine Freigabe von VMware Optionen wie z.b. vmotion, High Availability (HA) und Fault Tolerance (FT) durch Siemens. 14 Virtualisierung

15 Beispiel applikative Redundanz ES Client 1 Client 2 Client 3 VMware ES Server 1 Client 1 VMware Server 2 Client 2 Client 3 VMware VMware Applikationen sind verteilt Redundante HMI-Server laufen auf getrennter Hardware Integrierte Festplatten können verwendet werden Geringer Ressourcenbedarf (CPU, Speicher, ) Vorteil: Sehr günstig Nachteil: Bei Ausfall eines Host- Rechners fallen gleich mehrere VM aus! Aber: Dies kann durch die Verteilung auf mehrere Host-Rechner kompensiert werden. 15 Virtualisierung

16 Besonderheiten Hardware für VMware ESX(i) muss in der VMware HCL (Hardwarekompatibilitätsliste) zertifiziert sein Freigabe vom Lieferanten der HMI-Applikation erforderlich Teilweise nur eingeschränkte Freigabe bestimmter Funktionen vorhanden Lizenzkonzept der Virtualisierungs-Software teilweise undurchsichtig Schnittstellen nach Außen nur über Ethernet und USB möglich Spezielle Schnittstellenkarten (CP) nicht einsetzbar Nur max. Doppelmonitorlösung möglich (kein 4-fach VGA) Da bei Ausfall eines Host-Rechners gleich mehrere VM ausfallen, ist ein Redundanzkonzept dringend zu empfehlen Voll-redundantes System ist von Siemens nicht freigegeben Zur Installation und Konfiguration sind spezielle IT-Kenntnisse notwendig Es gelten die gleichen Mechanismen und Methoden wie in reeller Umgebung (Windows-Lizenzen, HMI-Lizenzen, IT-Sicherheit, ) 16 Virtualisierung

17 Freigegebene Funktionen mit PCS 7 Generell freigegebene Funktionen mit PCS 7 V8.0 Operator Station (OS)-, Batch-, RouteControl-Clients Optionen wie z.b. SFC-Visualisierung, PCS 7 Web Server, OpenPCS 7/OS Client, WinCC Data Monitor, PCS 7 Terminalserver Hochverfügbare Kommunikation zur H-Station mit soft net redundancy Projektspezifische Freigabe alle Server (OS, Batch, RouteControl) Engineering System OS Single-Station Projektspezifische Freigabe: - detaillierte Analyse der Konfiguration wegen technischer Rahmenbedingungen - Sicherstellen der erforderlichen System-Voraussetzungen - Analyse von Experten des Presales Support

18 Referenzprojekt 1

19 Referenzprojekt 2

20 Zusammenfassung Entkopplung von PC-Hardware und Betriebssystemen Lange Lebensdauer des HMI ohne zwingende Updates Rechnertausch jederzeit einfach möglich Höhere Flexibilität, einfache Erweiterbarkeit Reduzierte Hardwarekosten Vorsicht: Zur Umsetzung sind IT-Kenntnisse notwendig! Vorsicht: Nicht alle Mechanismen aus der IT können/dürfen in der Automatisierung verwendet werden! 20 Virtualisierung

21 Einen Artikel zu diesem Thema finden Sie auch bei der Pharma+Food online unter 21 Virtualisierung

22 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 22 Virtualisierung