Virtualisierung mit SIMATIC PCS 7 Frei verwendbar / Siemens AG Alle Rechte vorbehalten.

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1 Möglichkeiten, Chancen und Grenzen der Virtualisierung Virtualisierung mit SIMATIC

2 Was ist Virtualisierung? Virtualisierung Begriff aus IT-Welt (Informations-Technologie) Emulierung von: Betriebssystem Datenspeicher Netzwerken Vorteile Ressourcen von Computern zusammenfassen / aufteilen ein Betriebssystem (BS) innerhalb eines anderen ausführen Virtualisierung entkoppelt HW von SW erlaubt mit einer CPU multiple BS-Instanzen Seite 2

3 Klassifizierung Hypervisor Type 1 (native, bare metal) OS OS OS OS OS OS OS OS OS Type 2 (hosted) Beispiele: VMware ESX, Hyper-V, Citrix XenServer Hypervisor Hypervisor OS Hypervisor Beispiele: VMware Server, VMware Workstation, VMware Player, Microsoft Virtual PC, Microsoft Virtual Server Hypervisor Type 1: läuft direkt auf des Hosts ist performanter benötigt weniger Ressourcen OS = Operating Hypervisor Type 2: setzt auf vollwertigen Betriebssystem (z.b. Windows) auf Seite 3

4 anforderungen Hypervisor Type 1 X64-Prozessor mit hardwaregestützter Virtualisierung (Intel VT, AMD Virtualization) Unterstützung durch das BIOS 64 Bit Betriebssystem Microsoft Hyper-V Server 2008 R2 (Server Core) VMware vsphere Hypervisor (VMware ESX, VMware ESXi) für VMware ESX(i) muss in der VMware HCL (kompatibilitätsliste) zertifiziert sein Remote-Verwaltung Hyper-V Manager MMC VMware vsphere Type 1 (native, bare metal) Beispiele: VMware ESX, Hyper-V, Citrix XenServer OS OS OS Hypervisor Seite 4

5 Virtualisierung mit SIMATIC Standard SIMATIC SIMATIC mit Virtualisierung s Zero-s als Frontend Terminalbus Server OS Server redundant Netzwerk-Karte VMware ESXi (z.b. Blade ) Netzwerk-Karte Anlagenbus Anlagenbus Terminalbus Virtuelles Beispiel: Übergang der von konventionellem Aufbau nach Aufbau mit Virtualisierung 2 x Server (redundant) 1 x Engineering Hostsystem für Virtualisierung (z.b. Blade-) 4 x OS -e 5 Thin / Zero-s als Frontend Seite 5

6 Virtualisierung mit SIMATIC Freigegebene Funktionen mit V8.0 Generell freigegebene Funktionen mit V8.0 Operator Station (OS)-, Batch-, RouteControl-s Optionen wie z.b. SFC-Visualisierung, Web Server, Open/OS, WinCC Data Monitor, Terminalserver VMware ESXi V5 Hochverfügbare Kommunikation zur H-Station mit soft net redundancy ^Projektspezifische Freigabe alle Server (OS, Batch, RouteControl) Engineering OS Single-Station Seite 6 Projektspezifische Freigabe: - detaillierte Analyse der Konfiguration wegen technischer Rahmenbedingungen - Sicherstellen der erforderlichen -Voraussetzungen - Analyse von Experten des Presales Support

7 Einschränkungen mit Virtualisierung Signalbaugruppe und Multi-Monitor-Grafikkarte basieren auf spezieller unter VMware ESX/ESXi nicht verwendbar Verbindung zwischen redundanten OS Servern für Redundanzabgleich über Ethernet serielle Verbindung (RS 232) geht nicht Virtuelle OS s sind wie reale SIMATIC OS s zu behandeln das Umschalten von virtuellen OS s in Suspend Mode ist nicht erlaubt Keine Unterstützung spezieller VMware Optionen wie z.b. vmotion, High Availability (HA) und Fault Tolerance (FT) Seite 7

8 Virtualisierung mit SIMATIC Allgemeines: Für Umsetzung von Virtualisierungslösungen werden am Markt etablierte e empfohlen zum Teil mit SIMATIC entsprechende Tests durchgeführt Hostsystem wie: - Rack-e von Fujitsu, Dell - Blade-e von HP, Fujitsu, Dell Hypervisor (virtuelle Umgebung): - etwa vsphere oder vsphere Hypervisor (ESXi) von VMware Seite 8

9 IT-Security und Virtualisierung Auch im Umfeld der Virtualisierung ist Sicherheit/ IT-Security wichtig Es gelten die gleichen Mechanismen und Methoden wie in reeller Umgebung, wie z.b.: Security-Patches Viren-Scanner User-/ Group Management Physikalischer Zugangsschutz zum Zusätzlich weitere Ebene Hypervisor Layer (z.b. vsphere Hypervisor von VMware) hinzu auch entsprechende Sicherheitsaspekte berücksichtigen Seite 9

10 Applikationsbeispiel Unbemannte Luftzerlegeranlagen Anwendung / Anforderung Fernzugriffs auf unbemannte Luftzerleger-Anlagen von zentraler Warte per Remotezugriff Besonderheiten kompakter, kostengünstiger und energie-sparender Aufbau der einzelnen Anlagen jeweils in virtueller Umgebung sichere Überwachung vieler Anlagen vom zentralen Remote-Operation-Center (ROC) per Remoteprotokoll auf die einzelnen Anlagen Verfügbarkeit aller Leitsystemfunktionen auch Vorort etwa bei lokalen Arbeiten Virtuelles Anlagenbus Remote-Operation-Center Remote-Protokoll Virtuelles Anlagenbus Server Sys. VMware ESXi (Industry PC) Luftzerleger 1 Luftzerleger n Seite 10

11 Applikationsbeispiel Pharma-Anlage für Wirkstoffproduktion Anwendung / Anforderung - Viele Produkte häufige Produktwechsel - starke Verzahnung IT-Welt mit Produktion - Validierung: früher einige Rechner als Ersatzteile bereits bei Erstinvestition angeschafft heute Einsparung dieser Kosten sowie für Lagerraum der HW (dank Virtualisierung) Besonderheiten Server für OS / Batch wegen Verfügbarkeit auf zwei getrennte Hostsysteme verteilt Zugriff aus (virtualisierter) Bürowelt via Web auf virtualisierte Archive & Reportssysteme Reduzierter Administrationsaufwand durch konsequente Fortführung der IT-Infrastruktur (Virtualisierung von Büro bis Produktion) Büro PC1 Büro PC n Zentrale IT Virtuelles 4 VMware ESXi 1A OS Server VMware ESXi Anlagenbus 1A Batch Server Firewall Terminalbus / Zero- s Cl. 1 Cl. n Virtuelles 1 Virtuelles 2 1B OS Server VMware ESXi Langzeit Archiv VMware ESXi Report Server Redundanz-Bus Virtuelles 3 1B Batch Server Kaskade 1 bis n Reaktor Zentrifuge Trockner1 Trockner2 Seite 11

12 Applikationsbeispiel Wasserwirtschaft Anwendung / Anforderung - Kostendruck in Wasser (Kommunen) - ausgeprägten Anlagenverteilung a) flächenmäßig über weite Gebiete b) hierarchische Struktur von Gebiets- bzw. Bezirkszentralen auf zentrale Werke Besonderheiten Leitsystem-Server-Infrastruktur in RZ Zugriff von bis zu 50 Web-s optimierter Anlagenbetrieb durch -Bedienerkonzept: Zugriffs- Berechtigung zw. s in Warte, übergeordneten Gebiets- / Bezirkszentralen und Vorort-Panels Kosteneinsparung durch Nutzung der IT-Infrastruktur des Rechenzentrums Web- Server DSL / Internet (VPN) DSL / Internet (VPN) Remote I/O Wasserwerk 1 Vorort- Bedien-Panel Kunden- Anwendungen Blade- e mit VMware DSL / Internet (VPN) Remote I/O Wasserwerk i Vorort- Bedien-Panel Gebiets- und Bezirkszentralen Rechenzentrum in virtueller Umgebung Server, s, Engineering e Archiv- DSL / Internet (VPN) Station 1 DSL Internet (VPN) Haupt-Warte DSL / Internet (VPN) Station n DSL Internet (VPN) Seite 12

13 Vorteile, Nutzen und Chancen der Virtualisierung Reduzierte kosten Konsolidierung mehrerer physikalischer Rechner weniger PCs als bei konventionellen Lösung, geringerer Platzbedarf, einfachere Verkabelung, günstigere -PCs für Frontend (-/ Zero-) Verbesserte Skalierung bessere Ausnutzung der -Ressourcen, optimierte Auslastung des Hostsystems Längerfristig stabile umgebung Entkopplung unterschiedlicher Lebenszyklen von Rechner-HW, Betriebssystem und Versionen des PLS Verringerte TCO (Total Cost of Ownership) reduzierter / fokussierter Administrationsaufwand auf ein virtuelles mit zentral ausführbaren Updates/ Backups und mehrere, sehr einfache PCs für das Frontend Höherer Standardisierungsgrad einfaches Klonen von z.b Server, s für Tests, oder unternehmensweites Ausrollen einer basis Höhere Flexibilität Betrieb unterschiedlicher Applikationen (etwa Auswerte-Tools, Informationssysteme), von validierungs-pflichtigen und standardisierten Applikationen, auf gleichem Hostsystem Mehr Sicherheit Remotezugang mit zentralisiertem Rechtemanagement, reduzierten Angriffsmöglichkeiten bei s Einfachere Erweiterbarkeit/ Modernisierung der Anlage schnelle Installation von z.b. neuen s durch vorbereitete Templates weiterer virtueller Maschinen Seite 13

14 Herausforderungen und Grenzen der Virtualisierung Erhöhter anfänglicher IT-Investitionsbedarf für geeignete IT-Infrastruktur (Hostsysteme, Virtualisierungssoftware, Wartungsverträge) Höherer Installationsaufwand für Kühlung, Klimatisierung und Lärmschutz der Hochleistungshostsysteme Voraussetzung: IT-Spezialisten Virtualisierung erhöht Gesamtkomplexität und setzt bestens geschulte IT-Spezialisten voraus mit Verständnis für Prozessautomatisierung und Umgang mit Software für industrielle Produktion Verteilte Verantwortlichkeiten Dreiecksverhältnis: Hostsystemanbieter Virtualisierungssoftwareanbieter Leitsystemanbieter im Gegensatz zu komponenten aus Hard- und Software vom Lieferanten des Leitsystems Höhere Security-Aufwendungen durch zusätzlichen Layer (Hypervisor) Abgekündigter Support a) für alte Leitsystemversionen sowie b) für alte Betriebssysteme, inkl. Security-Patches, Viren-Scanner (in virtueller Umgebung noch lauffähig) Neue Fehlermöglichkeiten und quellen höhere Gesamtkomplexität und Verlagerung von Prozessleitsystem-Funktionalität in IT-Umgebung Seite 14

15 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Günter Plesmann RC-DE I S NORD IA TCPR1 Universitätsallee Bremen Seite 15

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