SPS Virtualisierung und Konsolidierung der Arbeitslast

Die Komplexität von Automatisierungssystemen nimmt zu. Es gibt eine Fülle von IoT- und Sensorsystemen für die Überwachung, Echtzeit-Berichterstattung von KPIs und vorausschauende Wartung. Der Funktionsumfang speicherprogrammierbarer Steuerungen (SPS) nimmt zu, und oft genug wird die Geschäftslogik aus Bequemlichkeit auf den SPS ausgeführt, anstatt sie von der Steuerungslogik zu isolieren. Es gibt eine Mischung aus Systemen, Anbietern und Systemintegratoren, die zusammenarbeiten und versuchen, die Kosten zu minimieren und die Produktivität und Effizienz zu maximieren. SDA und FLECS gehen eine Partnerschaft ein, um diese Komplexität durch Virtualisierung und klar definierte, einheitliche Schnittstellen für Hersteller und Maschinenbauer zu lösen.

Konsolidierung von Arbeitslasten

Virtualisierung und Containerisierung von Workloads reduzieren diese Komplexität, indem sie Hardwareabhängigkeiten beseitigen und eine einzige Plattform für alle Workloads innerhalb einer Maschine oder Fabrik bereitstellen. Anstatt sich mit einer Vielzahl von Hardware- und Softwareanbietern auseinandersetzen zu müssen, von denen jeder seine eigenen Tools, Anforderungen und sich manchmal überschneidenden Funktionen hat, werden die Ressourcen je nach Softwarebedarf auf einer einzigen Hardwareplattform zugewiesen. Indem die Hardwareschicht entfernt und die eigentliche Arbeitslast in Containern ausgeführt wird, werden Hardware-Abhängigkeiten beseitigt. Außerdem werden die Ressourcen effizienter genutzt und die Kosten gesenkt.

Die Workload-Konsolidierung bringt eine Reihe von Anforderungen mit sich, die insbesondere von Intel in seinem Whitepaper für 2019 festgelegt wurden:

  • Worst-Case-Ausführungszeit (WCET): Die längste Ausführungszeit, die ein Workload benötigen kann. Diese muss kürzer sein als eine bestimmte Frist.
  • Bandbreitenkapazität: Bei der Konsolidierung von Workloads können diese unterschiedliche Bandbreitenanforderungen haben, die im Laufe der Zeit variieren. Die Spitzenbandbreitenanforderungen der Workloads müssen kompatibel sein.
  • Logische Isolierung: Insbesondere bei SPS-Workloads kann eine logische Isolierung erforderlich sein, um Störungen durch Nicht-Echtzeit-Workloads zu verhindern.
  • Determinismus: Im Allgemeinen sind vor allem vorhersehbare Antwortzeiten und Verhaltensweisen für Echtzeit- und SPS-Workloads wünschenswert. Dies führt zu spezifischen Anforderungen in Bezug auf Isolierung und Kommunikation.
  • Plattform-Anforderungen: Die zugrundeliegende Plattform muss alle Anforderungen der auf ihr laufenden Workloads erfüllen und die widersprüchlichen Anforderungen verwalten.

Die Erfüllung dieser Anforderungen ist nur mit einer gut durchdachten Architektur und einer Plattform möglich, die verschiedene Technologien effizient kombiniert. SDA bietet eine einheitliche Schnittstelle für die Verwaltung von Echtzeitsteuerungs-Workloads verschiedener Anbieter. Daher ist die Konsolidierung von Arbeitslasten ein wichtiger Aspekt der Plattform, insbesondere um den Fabriken eine bequeme Lösung für die Verwaltung einer Mischung aus Hardware- und Software/virtuellen Steuerungen und den damit verbundenen Anwendungen in Greenfield- und Brownfield-Systemen zu bieten. Da FLECS die Verwaltung von containerisierten Anwendungen vereinfacht und automatisiert, zielen SDA und FLECS darauf ab, die Auswirkungen dieser Synergien für die Hersteller zu maximieren.

Gemeinsame Architektur von SDA und FLECS

Verwaltung Ihrer Arbeitslasten

SDA und FLECS schlagen eine Architektur vor, die Echtzeit- und Nicht-Echtzeit-Workloads auf derselben Infrastruktur konsolidiert: Handelsübliche x86-Serverhardware, die allgemein verfügbar und weniger anfällig für Lieferkettenprobleme ist. Außerdem ist sie wesentlich billiger und leistungsfähiger – ein einziger Server ist rechnerisch jeder SPS weit voraus.

Die Virtualisierung ermöglicht eine effiziente Isolierung der Betriebssysteme von der Hardware. Mit einem Hypervisor können Sie mehrere heterogene Betriebssysteme, z. B. Echtzeit- und Nicht-Echtzeit-Betriebssysteme, auf derselben Hardware betreiben. Insbesondere bei Brownfield-Anwendungen gibt es häufig Abhängigkeiten von verschiedenen Betriebssystemen. Die Portierung dieser Anwendungen auf ein neues Betriebssystem kann beispielsweise unmöglich oder riskant sein – der Betrieb auf virtualisierter Hardware in einer eigenen Umgebung kann hier Abhilfe schaffen.

In der jüngsten Vergangenheit hat SDA daran gearbeitet, Soft-PLCs in virtuellen Maschinen zu betreiben, um die Machbarkeit der Virtualisierung von Echtzeit-Workloads zu demonstrieren. Ausführliche Tests belegen eine Leistung von unter 10 ms. Dies bringt die bereits erwähnten Vorteile der Kosteneinsparung, der Vermeidung von Unterbrechungen der Lieferkette und der Flexibilität, wie und wo PLC-Workloads eingesetzt werden. SDA bietet eine einheitliche Verwaltungsschnittstelle für PLC-Workloads, die auch für virtuelle PLCs gilt. Diese Schnittstelle bietet Herstellern die notwendigen Funktionen, um ihre SPS-Workloads effizient und effektiv zu verwalten, anstatt eine Vielzahl von herstellerspezifischen Tools in vielen Versionen zu verwenden.

Neue oder bestehende Shopfloor-Anwendungen wie OPC-UA-Server oder SCADA-Systeme können bereits in Containern laufen. Die Containerisierung erleichtert die Portabilität von Anwendungen und hebt damit die Beschränkungen der Betriebssystemschicht auf. Anstatt jede Anwendung in einem eigenen Betriebssystem laufen zu lassen, können mehrere Container parallel in einem einzigen Betriebssystem laufen, was den Wartungsaufwand, die Kosten und den Overhead weiter reduziert. FLECS reduziert die Komplexität und den Aufwand für die Verwaltung von Containern – oder Anwendungen – durch die Bereitstellung des FLECS Service Mesh und Marktplatzes. Hersteller profitieren von der großen Auswahl an industriellen Anwendungen und finden immer die richtige Lösung für Green- und Brownfield-Anwendungen.

Was bringen SDA und FLECS mit?

Mit FLECS wird die Komplexität des Betriebs von Containern – Apps genannt – auf ein Höchstmaß reduziert und automatisiert. Maschinenbauer können sich auf ihre Kernkompetenzen konzentrieren, nämlich die Nutzung der Apps zur Erstellung von Maschinenanwendungen, und so bis zu 40 % der Zeit einsparen. Weitere Vorteile für Sie als Maschinenbauer:

  • Sie haben die freie Wahl der Hardware zwischen SPS, IPC und Server und sparen so bei der Anschaffung Ihrer SPS-Hardware.
  • Sie benötigen keine Linux-Kenntnisse, um FLECS oder Anwendungen zu installieren. Sie benötigen auch keine Linux-Kenntnisse für die Konfiguration.
  • Sie haben die Freiheit, die für Ihren Zweck passenden Apps zu verwenden und so ein auf Ihre Wünsche zugeschnittenes System einzurichten.
  • Tauschen Sie Daten zwischen Apps einfach und sicher aus.
  • Sie halten FLECS und alle Apps ganz einfach auf dem neuesten Stand und erhalten einen sicheren Datenfluss zwischen allen installierten Apps.

FLECS ist nativ in die SDA PLC Ops Lösung integriert, die eine einheitliche Schnittstelle für Hersteller und Maschinenbauer bietet. SDA verwaltet Ihren SPS-Code und bietet die Cloud-Schnittstelle für die Verwaltung Ihrer benutzerdefinierten FLECS-Apps. Die Cloud-basierte Single Source of Truth für Ihre SPS und SPS-bezogenen Daten ermöglicht es Ihnen, den Überblick darüber zu behalten, was genau auf Ihren SPSen eingesetzt wird, wer es eingesetzt hat und wann. Mit SDA virtual PLC können Sie Ihre Hardware-SPSen bequem auf handelsübliche IT-Server migrieren. Darüber hinaus können Sie noch mehr Funktionen nutzen:

  • Betrachten Sie SPS-Projekte und Unterschiede zwischen Versionen im Browser – ohne Ihre IDE öffnen zu müssen.
  • Betreiben Sie Ihre bevorzugte IDE in der Cloud mit “IDE-as-a-Service”, die bestehende IDEs nahtlos in unsere Single-Source-of-Truth integriert
  • Verbessern Sie die Sicherheit Ihrer Fabrik mit einer fein abgestuften Benutzerverwaltung
  • Verteilen Sie SPS-Code mit einem Mausklick auf Ihre Steuerungen, indem Sie unsere Silent-Deployment-Funktion nutzen.

Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, woran FLECS und SDA gemeinsam arbeiten, kontaktieren Sie uns.

Referenzen

[1] https://cdrdv2-public.intel.com/671401/isd-workload-consolidation-2019.pdf