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Freelance virtualisiert: Wie (verfügbar) hätten Sie’s denn gern?

Ob Ersatz dutzender Prozessstationen durch eine redundante Serverumgebung mit zentraler Verwaltung oder ein übersichtliches Monitoring bei gleichzeitiger Erhöhung der Verfügbarkeit: Es gibt viele Gründe, weshalb es sich lohnt, ein ABB Freelance System zu virtualisieren. Wir zeigen, welche Möglichkeiten sich Ihnen bieten und warum im Zuge der Virtualisierung ein Freelance Upgrade auf die Version 2019 empfehlenswert ist.

Rund zehn Jahre nachdem eine Welle der Virtualisierung die Office-IT erfasst und revolutioniert hat, breitet sie sich nun zu Recht auch in der OT, also den Automationssystemen, aus. Die Vorteile liegen auf der Hand. Es können eine grosse Anzahl an Systemen, wie Engineering- und Bedienstationen, zentral in einer Serverstruktur als VM ausgeführt werden, und das Hardware-unabhängig und sparsam. Vorteile:
• Zentrale Verwaltung
• Weniger Wartungsaufwand
• Effizientere Hardwarenutzung
• Hardwareersatz ohne Unterbruch
• Zentrale Backup-Lösung
• Sehr rasch bereitstellbare Engineering und Testumgebungen

Freelance + Virtualisierung = Freedom

Das Prozessleitsystem «Freelance» ist nach wie vor empfehlenswert. Relativ einfach und sehr robust, erfüllt es seinen Zweck als zentrale Leitebene für verteilte Systeme. Ein kleiner Nachteil ist die fehlende Redundanz auf PC Ebene – dieser kann allerdings in Kombination mit einer Virtualisierung nahezu egalisiert werden. Welches ist besser?

Die CTE durfte in den vergangenen 30 Jahren schon einige SCADA und Leitsysteme designen, projektieren und umsetzen. Dabei kamen Produkte von Siemens, ABB, Emerson, GE Fanuc, Rockwell und Copa-Data zum Einsatz. Wichtiger als die Frage, ob das eine besser ist als das andere, ist, welche Anforderungen bestehen und wie das System geplant und umgesetzt werden kann. Selbst das beste Leitsystem kann durch unsachgemässe Projektierung in einem unübersichtlichen Chaos enden. Andererseits kann ein strukturiertes SCADA-Projekt einem Kunden und seiner Anlage genau das bieten, was benötigt wird.

Varianten des Clusteraufbaus

Um das System ausfallsicher ausführen zu können, braucht es High Availability Cluster (HA-Cluster). Ob «VMware vSphere» oder «Microsoft Hyper-V», beide Hersteller unterstützen die wichtigsten Funktionalitäten eines Clusters: HA, Live Migration und automatischer Lastenausgleich. Bei einem HA-Cluster werden die virtualisierten Systeme nicht gleichzeitig auf beiden Hosts ausgeführt, sondern bei einem Ausfall auf einem anderen verfügbaren Host neu gestartet. Durch den Neustart der Maschine entsteht ein kurzer Ausfall von wenigen Sekunden. Es ist zwar auch möglich, eine VM auf zwei Hosts gleichzeitig auszuführen, als Fault Tolerant (FT). Diese Lösung ist aber einerseits mit hohen Hardware- und Lizenzkosten verbunden und schützt andererseits auch nicht vor einem Systemfehler. Daher ist sie mit Blick auf die Kosten-Nutzen-Rechnung selten zu empfehlen.

Ganz traditionell

Die minimale Lösung für ein HA-Cluster besteht aus zwei Hosts und einem zentralen Storage (s. Abb. 1). Die Hardware des Storage ist dabei im besten Fall komplett redundant ausgelegt, damit bei einem Ausfall einer Komponente die VMs auf den Hosts weiter ausgeführt werden können. Bei dieser Variante darf ein Clusterhost ausfallen und die VMs werden auf dem zweiten Host neu gestartet. Bei einem Komplettausfall des gemeinsamen Storages können jedoch auf den Hosts keine VMs mehr ausgeführt werden.

Noch smarter

Eine weitere Variante ist ein modernes Hyperconverged HA-Cluster, welches keinen traditionellen Storage mehr verwendet, sondern die lokale Disk in den einzelnen Hosts zu einem logischen Volumen mit der gewünschten Ausfallsicherheit zusammenfasst (s. Abb. 2). Ein grosser Vorteil dieser Lösung ist, dass der komplette zentrale Storage eingespart werden kann. Durch die lokalen Disks in den Hosts gibt es keinen «Single Point of Failure» mehr. Eine Komponente darf komplett aussteigen, egal welche. Bei dieser Variante müssen aber mindestens drei Hosts und ein 10G Netz vorhanden sein.

Noch unabhängiger

Die Königsvariante mit voller Standortredundanz besteht aus einem Hyperconverged HA-Cluster mit mindestens vier Hosts. Der Ausfall eines einzelnen Hosts oder gar eines kompletten Standorts wird vom Cluster automatisch abgefangen und die VMs sind innerhalb von kurzer Zeit wieder verfügbar. Zentrale und standortübergreifende Dienste können so ortsunabhängig bereitgestellt werden. Gleichzeitig können so die VMs in die Nähe ihrer zugeordneten Feldkomponenten gebracht werden, um von äusseren Umständen unabhängigere Zellen zu schaffen.

Aber ACHTUNG!

Clustering schützt «nur» vor dem Ausfall einzelner Hardware-Komponenten, nicht aber vor Softwareproblemen. Wichtig bei solchen Infrastrukturen ist daher ein zielgerichtetes Monitoring der relevanten Systeme, um bei Ausfällen von Redundanzen sofort zu alarmieren und proaktiv rechtzeitig erkennbaren Problemen entgegenzutreten. Clustering hilft Ihnen auch nicht, wenn etwas in einer VM verkonfiguriert, gelöscht oder gar verschlüsselt wird. Das Cluster macht dies zuverlässig auf allen «Kopien». Eine professionelle Backup-Lösung ist deshalb immer Gold wert.

FAZIT – Wann lohnt sich was?

Trotz aller Vorteile ist die Virtualisierung oftmals eine Kostenfrage. Können viele Bedienstationen ersetzt werden, liegen bereits die Anschaffungskosten der Serverstruktur unter den Kosten der Einzelhardware. Berücksichtigt man darüber hinaus auch die reduzierten Wartungskosten und die höhere Verfügbarkeit, fällt die Entscheidung allerdings auch oftmals bei etwas höheren Hardwarekosten zugunsten einer Virtualisierung. Bei einer Ablösung weniger Clients sollte nach unserer Einschätzung genau erörtert werden, ob sich eine Virtualisierung lohnt. Denn nicht zu unterschätzen ist die höhere Komplexität der Systemlandschaft. Es sei denn, die Server bestehen bereits oder sollen auch für zusätzliche Aufgaben genutzt werden. Die zu wählende Variante obliegt Ihrer Einschätzung.

Kombination mit Freelance Upgrade

Neben neuer Hardware und optimierter Bedienmöglichkeit des Anwenders, bietet Freelance 2019 vor allem zwei Neuerungen, welche sehr hilfreich sein können. Zum einen werden neu bis zu vier Monitore pro Bedienstation unterstützt und zum anderen – im Zusammenhang mit Virtualisierung besonders nützlich – kann die Benutzerverwaltung an den Windows Domänen Controller angebunden werden.

Bild von Lukas Frei, Systems Engineer bei ControlTech Engineering AG.

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