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HMI und Virtualisierung in der Prozessautomation Teil 1/2: Funktionsweise und Vorteile

erstellt am: 26.11.2018 | von: | Kategorie(n): HMI

Durch soge­nan­nte “Human Machine Inter­faces” (HMI) kön­nen rel­e­vante Dat­en ent­lang eines Her­stel­lung­sprozess­es visu­al­isiert oder Ver­fahrenss­chritte manuell ges­teuert wer­den, wobei sich die Vir­tu­al­isierung aktuell immer mehr in der Prozes­sautoma­tion etabliert. Dort wirkt sie sich haupt­säch­lich auf die ver­fahren­stech­nis­chen Abteilun­gen aus, welche für die Ver­wal­tung von Prozes­san­wen­dungssoft­ware zuständig sind. In diesem Blog­beitrag erk­lären wir, was Vir­tu­al­isierung in der Indus­trie bedeutet und zeigen die ver­schiede­nen Vir­tu­al­isierungstypen auf.

1. Was bedeutet Virtualisierung?

Vir­tu­al­isierung bedeutet den Betrieb von mehreren Com­put­ern, die sich einen „echt­en“ Com­put­er teilen und bes­timmte Auf­gaben wie Daten­spe­icherung, Bere­it­stel­lung von Ver­wal­tungssys­te­men oder Betrieb von Web­servern etc. erledi­gen. Das ermöglicht, mehrere Betrieb­ssys­teme und Anwen­dun­gen zeit­gle­ich, aber getren­nt voneinan­der, auf ein­er physikalis­chen Host-Hard­ware auszuführen. In den herkömm­lichen Prozes­sautoma­tisierungssys­te­men wer­den mehrere leis­tungsstarke Com­put­er, soge­nan­nte Work­sta­tions, einge­set­zt, um Prozes­san­wen­dun­gen wie Prozesss­teuerung, Alarm, Anla­gen­ver­wal­tung, his­torische Dat­en etc. zu hosten. Ein Nachteil der Work­sta­tion-basierten Infra­struk­turen ist jedoch, dass die Anwen­dun­gen und Betrieb­ssys­teme an die Work­sta­tion-Hard­ware gebun­den sind. Die Idee der Vir­tu­al­isierung beste­ht darin, diese enge Kop­plung zwis­chen Anwen­dungssoft­ware, Betrieb­ssys­tem und Hard­ware aufzuheben.

2. Welche Virtualisierungstypen gibt es?

Je nach Bedarf kön­nen Anwen­dun­gen, Serv­er, Net­zw­erke oder auch Stor­age vir­tu­al­isiert wer­den. Entsprechend der Anzahl an vir­tu­al­isierten Kom­po­nen­ten wer­den ver­schiedene Arten der Vir­tu­al­isierung unter­schieden:

Server Virtualisierung

Mehrere Serv­er und ihre Betrieb­ssys­teme (Z.B.: Win­dows 20212 R2) sind auf einem oder mehreren Host­servern kon­so­li­diert. Das ist das übliche Ver­fahren um einen einzel­nen Back­upserv­er oder einen Test­serv­er auszuführen, auf dem neue Kon­fig­u­ra­tio­nen aus­gew­ertet wer­den kön­nen.

Desktop Virtualisierung/ Virtuelle Desktop Infrastruktur (VDI)

VDI ist eine der neuesten Trends in der Vir­tu­al­isierung. Hier­bei wer­den mehrere Desk­top­be­trieb­ssys­teme (z.B.: Win­dows 7) mit ihren Anwen­dun­gen auf einem Host­serv­er gehostet. VDI wird beispiel­sweise ver­wen­det um mehrere Work­sta­tions (leis­tungsstarke Com­put­er) mit ver­schiede­nen Anwen­dun­gen auf einem zen­tralen Host­serv­er zu kon­so­li­dieren.

Applikation Virtualisierung

Eine Rei­he von Anwen­dun­gen wer­den in Sand­box­es zusam­menge­fasst und auf einem Serv­er gehostet. Die Benutzer haben von ihrem lokalen Rech­n­er aus Zugriff auf diese Anwen­dun­gen. Der Zugriff auf weit­ere Anwen­dun­gen bleibt auch während der Aus­führung ein­er Anwen­dung auf dem Serv­er beste­hen. Diese Art von Stream­ing kommt recht häu­fig in Kon­fig­u­ra­tio­nen vor, in denen die Benutzer Zugriff auf einen Pool zen­tral ver­wal­teter Anwen­dun­gen benöti­gen.

In der Prozes­sautoma­ti­sion kom­men alle drei Vir­tu­aliserungsarten vor. Am häu­fig­sten sind die Serv­er Vir­tu­al­isierung und die Desk­top Vir­tu­al­isierung anzutr­e­f­fen. Beson­ders in Man­u­fac­tur­ing Exe­cu­tion Sys­tems App­lika­tio­nen – MES-Anwen­dun­gen — wird die Vir­tu­al­isierung­stech­nolo­gie sehr oft ver­wen­det.

3. Wie funktioniert die Virtualisierung?

Mit Hil­fe eines Abstrak­tions-Lay­ers wird ein Hard­ware- oder ein Soft­ware-Objekt vom sel­ben Typ virtuell nachge­bildet und kann genau­so genutzt wer­den wie die physikalis­che Kom­po­nente. Dadurch lassen sich virtuelle Geräte und Dien­ste (emulierte Hard­ware, Betrieb­ssys­teme, Daten­spe­ich­er, Net­zw­erkres­sourcen etc.) erzeu­gen. Ein soge­nan­nter Hyper­vi­sor erlaubt es die physis­chen Ressourcen von den virtuellen Umge­bun­gen zu tren­nen. Hyper­vi­sors kön­nen auf beliebi­gen Betrieb­ssys­te­men oder direkt auf der Hard­ware instal­liert wer­den. Auf diesem Wege kön­nen Ressourcen je nach Bedarf von ihrer physis­chen Umge­bung an die ver­schiede­nen virtuellen Umge­bun­gen (Virtuelle Maschi­nen – VM) aufgeteilt wer­den.

4. Welche Eigenschaften haben die virtuellen Maschinen?

Isolation

Die virtuellen Maschi­nen (VM) funk­tion­ieren wie eine einzelne Daten­datei. Sie kön­nen voneinan­der isoliert wer­den und von einem PC zum anderen ver­schoben wer­den. Dort lassen sie sich öff­nen und ver­fü­gen über die gle­ichen Funk­tio­nen. Die gegen­seit­ige Isolierung der virtuellen Maschi­nen ist ein Kern-Fea­ture der Vir­tu­al­isierung. Die VMs kön­nen trotz der Isolierung über das nor­male Eth­er­net und Daten­spe­icherkanäle miteinan­der kom­mu­nizieren.

Hardwareunabhängigkeit

Weit­er­hin sind die virtuellen Maschi­nen unab­hängig von der Hard­ware. Jede beliebige virtuelle Mas­chine kann auf jedem beliebi­gen physis­chen Serv­er bere­it­gestellt wer­den.

Kapselung

Der kom­plette Zus­tand ein­er virtuellen Mas­chine kann in Dateien gespe­ichert wer­den. Die virtuellen Maschi­nen kön­nen ein­fach ver­schoben und kopiert wer­den.

Partionierung

Mit Hil­fe von virtuellen Maschi­nen kön­nen mehrere Betrieb­ssys­teme auf einem einzi­gen physikalis­chen Com­put­er aus­ge­führt wer­den. Sys­tem­res­sourcen kön­nen nach Bedarf zwis­chen virtuellen Maschi­nen aufgeteilt wer­den.