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

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

HMI Symbolbild

 

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 fĂĽr 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.

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