.jpg)
Strenge Vorschriften, Datensicherheit und veraltete Fabrik-Infrastrukturen gehören zu den Herausforderungen, denen sich Prozessingenieure Tag für Tag stellen müssen. Zudem bestehen immer mehr Werksbetreiber auf einfacheren Zugang zu Produktionsvorgängen, Steuerungssystemen und Produktionsdaten. Um diesen Forderungen nachzukommen, müssen die Ingenieure die Möglichkeiten ihrer IT-basierten Fabrikanlagen umfassend ausreizen. Wertvolle Hilfestellung kann hierbei die Virtualisierung leisten, deren Vorteile sowohl der Unternehmens-IT als auch der industriellen Automatisierung zugutekommen. Dazu zählen: Hardware-Konsolidierung, Reduzierung des Energieaufwands, größere Fehlertoleranz, hohe Verfügbarkeit, verbesserte Betriebszeiten, gleichmäßige Auslastung, rasche Behebung von Störungen und letztendlich längere Lebenszyklen. Speziell für die Prozessindustrie hat die Virtualisierung einen weiteren entscheidenden Vorteil: die Hardware-Unabhängigkeit. Anwender sind nicht mehr an bestimmte Hardware gebunden, denn mit virtuellen Maschinen werden die Lebenszyklen der Software auf über zehn Jahre ausgedehnt. Vor diesem Hintergrund möchten Prozessingenieure wissen, wie sich Virtualisierung am besten implementieren lässt.
Eine virtuelle Infrastruktur
Eine durchgängig virtuelle Lösung setzt sich aus Hard- und Software-Komponenten zusammen. Virtualisierungssoftware, wie beispielsweise von VMware, entkoppelt die physische Computerhardware vom Betriebssystem und von der Anwendungssoftware und richtet eine reine Software-Instanz des bisherigen physischen Computers ein. Eine solche „virtuelle Maschine“ (VM) verhält sich exakt wie ein realer Computer, verfügt über eine eigene „virtuelle“ CPU, eine RAM-Festplatte und eine Netzwerk-Schnittstellenkarte und läuft als isolierte Gast-Betriebssysteminstallation innerhalb des Host-Betriebssystems oder der tatsächlichen Maschine. Typischerweise basiert die Virtualisierungsarchitektur auf vielen physischen Komponenten wie Servern, Storage-Arrays, Ethernet-Netzwerken, PCs und diversen Desktop Clients. Das Management der virtuellen Umgebung erfolgt mithilfe der VMware vSphere Client Software. Physische Hosts erlauben zwar einen gewissen Grad an direktem Management, sind aber weitgehend für den Headless-Betrieb konzipiert. Der vSphere Client von VMware stellt eine grafische Benutzeroberfläche für das Management aller Komponenten der Topologie des Anwenders von einem einzigen Kontaktpunkt aus bereit und nutzt VMware vCenter Server als Backbone Management Service.Das Bedienpersonal kann mithilfe von Thin Clients, traditionellen Desktop-Rechnern oder sogar Tablets auf die Workstations zugreifen. Zu den Vorteilen virtualisierter Bediener-Workstations gehört die Tatsache, dass kritische Hardware nicht mehr den Umgebungsbedingungen in der Fabrik ausgesetzt wird. Kommt es an einer traditionellen Workstation zu einem Schaden, benötigen die Ingenieure häufig viel Zeit, um die Software, das Betriebssystem und den Applikations-Code wiederherzustellen. Ein schadhafter Thin Client dagegen kann einfach und ohne Auswirkungen auf die dezentrale virtuelle Maschine ersetzt werden. Ist sie korrekt konfiguriert, kann das Bedienpersonal überhaupt nicht erkennen, dass es sich um eine virtualisierte Workstation handelt.
Integration der Virtualisierung
Wird die Thin-Client-Technologie von den Anwendern bereits genutzt, kann dies für das Engineering zusätzliche Vorteile bringen. Ingenieure können Rollen in der virtuellen Umgebung so einrichten, dass sie Zugriff auf mehrere virtuelle Maschinen erhalten. Mit Hilfe der Virtual Images erhalten Anwender Vorlagen für das Prozessautomatisierungssystem PlantPAx. Diese vorkonfigurierten Drop-In-Vorlagen bestehen aus einem System-Server, einer Bediener-Workstation und einer Entwicklungs-Workstation. Sie werden den Herstellern als Images auf einer USB-Festplatte zur Verfügung gestellt und tragen dazu bei, die Validierungskosten und die anfängliche Entwicklungszeit zu reduzieren. Während die Installation eines kompletten Prozessautomatisierungssystems üblicherweise mehrere Tage erfordert, können die virtuellen Images der einzelnen Komponenten in zwei bis drei Stunden genutzt werden. Einmal eingerichtet, lassen sich die Komponenten in wenigen Minuten kopieren. Unabhängig von der Anlagengröße können die Virtual Image Templates die Entwicklung und das Management von Prozesssteuerungssystemen vereinfachen. Darüber hinaus profitieren die Anwender von einer umgehenden Vereinfachung des Upgrade- und Patch-Managements, wie es für eine virtualisierte Struktur typisch ist. Die Templates arbeiten in einer OVF-Datei (Open Virtualization Format), die von VMWare vSphere offiziell unterstützt wird. Die drei Haupt-Elemente der Virtual Templates sind:
�?� Der Process Automation System Server (PASS), der die zentralen Namensauflösungs- und Nachschlagedienste für mehrere Computer zur zentralisierten Datenadministration im gesamten Prozessautomatisierungssystem PlantPAx übernimmt. Der PASS stellt außerdem Daten, HMI und Alarmserver-Funktionen zur Verfügung. �?� Eine Bediener-Workstation, die Software zum Visualisieren und Steuern des Prozesses umfasst und �?� eine Entwickler-Workstation, zu der die gesamte Software zum vollständigen Konfigurieren der Steuerungs- und Visualisierungskomponenten des Prozessautomatisierungssystems PlantPAx zählt.Überlegungen für das Lösungsdesign
Die Virtualisierung ist eine wirkungsvolle Methode, Windows-basierte Software-Applikationen in Prozessanlagen zuverlässiger und kostengünstiger zu machen. Bevor Ingenieure allerdings ein virtualisiertes System entwickeln, sollten sie ein generelles Verständnis für ihre Steuerungssystem-Architektur und für die Richtlinien zur Dimensionierung haben. Es ist wichtig, die Dimensionierung von Servern und Massenspeichern, die Netzwerkkonfiguration sowie die Lizenzierung von Betriebssystemen und Virtualisierungssoftware mit Werksleitern und Anbietern zu durchleuchten und zu diskutieren, bevor in eine bestimmte Lösung investiert wird. Einige Anbieter, darunter auch Rockwell Automation, haben außerdem Empfehlungen für die Virtualisierung von Prozessautomatisierungssystemen validiert und veröffentlicht. Ingenieure können die gekennzeichneten Daten (CPU, Speicher, IOPS und so weiter) nutzen, um die Systemanforderungen zu verstehen und die Systemkomponenten zu spezifizieren. Bevor irgendwelche Hardware bestellt wird, ist es sinnvoll, in der auf VMware.com verfügbaren Liste nach kompatibler Hardware zu schauen.
Virtualisierung wird zunehmen
Die Vorteile, die die Virtualisierung gegenüber dem traditionellen Konzept aus einer Applikation, einem Betriebssystem und einem PC bietet, werden sich in der Zukunft vervielfachen. Voraussetzung ist allerdings, dass sich zum einen die Technologie ausbreitet und zum anderen die PC-Hardware als auch die Microsoft Windows-Betriebssysteme und die Prozesssteuerungsapplikationen weiter für den Einsatz in virtuellen Umgebungen optimiert werden.
