Linux in der Automatisierung

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1 Fakultät Informatik, Institut für Angewandte Informatik, Professur Technische Informationssysteme Lukas Vierhaus Dresden,

2 Gliederung Bereiche der Automatisierung Vorteile PC-basierter Steuerung Konkurrierende Betriebssysteme Anforderungen an das Betriebssystem Erfüllung der Anforderungen durch Linux Gegenargumente Verbreitung Folie 2 von 19

3 Bereiche der Automatisierung 1. Steuerung und Regelung von Maschinen Harte Echtzeitanforderungen 2008 Siemens AG 2. Überwachung von Prozessen Teilweise weiche Echtzeitanforderungen 2008 TRUMPF Laser GmbH + Co. KG 3. Ersatz von Service- und Verkaufspersonal durch Terminals (z. B. Geld- oder Fahrkartenautomat) Zeitlich unkritisch 2008 Wincor Nixdorf International GmbH Folie 3 von 19

4 Vorteile PC-basierter Steuerung Vereinfachung: Steuern Regeln Bedienen und Beobachten Messen und Aufzeichnen in einem Gerät Durchgängige Lösungen von der Office-Welt bis zum Sensor und Aktor Vernetzung und Erweiterung möglich Herstellerunabhängige Standards Performance und Speicherkapazität für neue Funktionen und verbesserte Wartung Geringe Hardwarekosten Folie 4 von 19

5 Hardwareplattform (Beispiel 1) Steckplätze für bis zu 6 Feldbusschnittstellenkarten Schnittstellen für Panel SPS Factory LAN, Service LAN USB (Memorystick, Tastatur,..) integriertes Modem ETX Prozessormodul Basisplatine Digitales Ein-/Ausgangsmodul (D-I/O) 2008 TRUMPF Laser GmbH + Co. KG Folie 5 von 19

6 Hardwareplattform (Beispiel 2) Eddy V2.x von Trenz Electronic ARM9 CPU volle Netzwerkunterstützung 32 MB SDRAM 4 MB Flash 16 Bit Adressbus, 8 Bit Datenbus für Erweiterungen 16 programmierbare GPIO-Leitungen Größe: 25 x 42 mm OS: Linux 2.6x max. Antwortzeit: 37μs Preis: $49 Folie 6 von 19

7 Konkurrierende Betriebssysteme Proprietär: OS9000 VxWorks QNX Windows CE Windows (XP) Embedded Open Source: Linux Standard~ Embedded~ nach Kundenwunsch entwickelte Distributionen Folie 7 von 19

8 Anforderungen an das Betriebssystem Langlebigkeit: Produktlebenszyklus / Supportzeiträume Stabilität: Ist Dauerbetrieb unter Last möglich? Sicherheit: Wie werden Sicherheitslücken behandelt? Wer kann diese schließen? Performance: Wie gut wird die Hardware ausgenutzt? Echtzeitfähigkeit Folie 8 von 19

9 Erfüllung der Anforderungen durch Linux Langlebigkeit: nicht abkündbar, da quelloffen unabhängig vom Hersteller (kein vendor lock-in) unabhängig von Supportzeiträumen Open Source spart Ressourcen für Entwicklung zukünftige Hardware leicht unterstützbar Stabilität: seit Jahren Einsatz im Server-Bereich Sicherheit: wenig Aktivität von Hackern breite Testbasis durch Community weitere Maßnahmen: read-only Dateisystem, über signierte MD5 Hash gesichert nur sichere Protokolle (ssh, scp) kein Einfluss der Netzlast auf Steuerung Folie 9 von 19

10 Erfüllung der Anforderungen durch Linux Performance: sehr gut skalierbar durch Trennung von hardwareabhängigen und -unabhängigen Komponenten Netzwerkkomponenten wie TCP/IP sind Grundbestandteil des Betriebssystemkerns, dadurch hochperformant x86, x86-64, MIPS, ARM, PowerPC... sind unterstützt Echtzeit... Lizenzkostenfrei Folie 10 von 19

11 Echtzeit Weder Windows (XP) Embedded noch Linux sind Echtzeitbetriebssysteme! Erweiterung um Echtzeiteigenschaften nötig Beispiel: TenAsys INtime RTOS für Windows (XP) Embedded Ähnliche Ansätze auch unter Linux (z. B. Xenomai) 2008 TenAsys Corp Folie 11 von 19

12 Echtzeit Besser: Harte Echtzeit im Kernel Bestrebungen seit 2002 heutiger Stand: Echtzeit-Scheduler High Resolution Timer Lock-Break Mechanismen Voll Preemptiver Kernel max. Antwortzeiten im Bereich von zig μs möglich 2008 IBM Corp. Folie 12 von 19

13 OSADL = Open Source Automation Development Lab Genossenschaft seit Juni 2006 Umsetzung der Anforderungen an Linux aus der Automatisierungsindustrie Pflege einer RT Distribution durch eigene Maintainer Definition von Standards Universal Fieldbus and Industrial I/O Framework Board Support Package Migrationshilfe Einkäufergemeinschaft für Software 2008 TRUMPF Laser GmbH + Co. KG 2008 Homag Holzbearbeitungssysteme AG Folie 13 von 19

14 Gegenargumente Migrationskosten, falls Softwarelösungen vorhanden Langfristige Investition Fehlendes Know-how wenig Vorkenntnisse in Unternehmen verlässlicher Support kann kostspielig sein Mangel an seriösen Ansprechpartnern OSADL renommierte Service-Anbieter Linux wird von Bastlern entwickelt mehr als 85% der Linux-Kernel-Entwickler sind bei Unternehmen wie IBM, Intel, Novell oder Red Hat angestellt Communities agieren oft im Interesse ihres Projektes, nicht des Kundenprojektes Folie 14 von 19

15 Gegenargumente Konkurrenz profitiert dank Open Source von Entwicklungen Userspace-Anwendungen, die Firmengeheimnisse enthalten, müssen nicht unter GPL veröffentlicht werden Trennung oft nicht einfach 2008 TRUMPF Laser GmbH + Co. KG Folie 15 von 19

16 Verbreitung 15-20% Marktanteil 60% in Venture Development Corp. Folie 16 von 19

17 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Fragen? Folie 17 von 19

18 Quellen Die weiche Migration zu Linux: Erwartungen, Ziele, Erfahrungen, Rainer Thieringer, Leitung Softwareentwicklung, TRUMPF Laser GmbH + Co. KG, Linux im Maschinenbau, in Computer & Automation, Ist Offenheit ein Vorteil für alle Marktteilnehmer?, in Industrie anzeiger, 20/2008 Maschinenbauer nutzen offenes Betriebssystem, in VDI nachrichten, 16/2008 Betriebssystem Linux ist reif für professionelle Maschinensteuerung, in VDI nachrichten, 18/2008 Maschinenbau entdeckt die PC-Technik für sich, in VDI nachrichten, 18/2008 Absage an Lizenzkosten, in A&D, Februar 2007 Linux in Embedded Anwendungen, in SPS-Magazin, 4/07 Folie 18 von 19

19 Quellen Referenzen beziehen sich auf den Stand der Webseiten vom Folie 19 von 19

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