Dipl.-Ing. (FH) Roland Wagner, Head of Product Marketing, Codesys GmbH, Kempten

1. Deployment beziehungsweise Orchestrierung 2. Typische Anwendungsfälle für virtuelle Steuerungen 3. Virtuelle Steuerungen bei Lieferproblemen nutzen

Jeder kennt virtuelle Laufwerke und sogar virtualisierte Computer. Diese Abbilder von physikalischen Geräten, in diesem Fall zum Beispiel Festplatten oder Windows-PCs, helfen uns, deren Funktion zu nutzen. Und zwar ohne dass die Geräte tatsächlich vorhanden sind. Die Abbilder werden per Software auf Rechnerarchitekturen erzeugt, die leistungsfähig genug sind, diese Aufgabe zu übernehmen. In der IT sind solche Virtualisierungen nützlich, um

Das gleiche gilt auch für virtuelle Steuerungen: Zunächst einmal ist eine leistungsfähige Hardware als Unterbau erforderlich. Auch wenn die SPS abstrahiert wird, muss sie natürlich irgendwo gehostet und ausgeführt werden. Insofern unterscheidet sich die virtuelle SPS zunächst nicht von einem Industriecomputer mit Betriebssystem und einer darauf installierten SoftSPS.

Um aber auf einer Hardware solche virtuellen Steuerungen in beliebiger Anzahl und voneinander unabhängig betreiben zu können, muss noch eine weitere Abstraktion erfolgen. Dazu eignen sich Software-Container oder auch Hypervisor. Sie trennen die Hardware und das darauf laufende Betriebssystem. Dazu definiert der Anwender vor dem Anlegen eines Containers oder einer virtuellen Maschine deren Funktionalität und Leistungsfähigkeit in Containerbeschreibungen beziehungsweise Konfigurationsdateien – inklusive der entsprechenden Konfiguration für die SoftSPS, wie etwa Codesys Virtual Control SL.

Darüber hinaus wird festgelegt, auf welche Hardware-Ressourcen der Container zugreifen kann. Dies ist zwingend erforderlich, um von der Steuerung aus E/A-Zugriffe realisieren zu können. Insbesondere Ethernet-basierte Kommunikationsprotokolle und Feldbussysteme eignen sich sehr gut dafür. So lassen sich im Container virtuelle LAN-Ports definieren, die in der Containerbeschreibung mit physikalischen Ports verbunden sind. Durch die Hardware-unterstützte Virtualisierung ist das auf modernen Systemen hochperformant möglich! Das bedeutet: Durch eine bessere Abgrenzung der Prozesse und durch die Hardware-Unterstützung können sogar bessere Echtzeitwerte erzielt werden als mit SoftSPSen, die nativ auf dem Host-System laufen!

Liegt die Konfigurationsdatei vor, so können daraus beliebige viele virtuelle Steuerungen angelegt (deployed) werden. Im Gegensatz zur vorher genannten SoftSPS wird jetzt allerdings nicht eine Software installiert, sondern ein komplettes Image einer physikalischen Komponente erzeugt. Das kann auf unterschiedliche Arten erfolgen:

Im SPS-Programmiersystem stellen sich die so erzeugten Steuerungen genauso dar, wie jede dedizierte, physikalisch verfügbare SPS. Das heißt: Sobald die gewünschte Gerätebeschreibung in einem SPS-Projekt eingestellt ist, kann der Anwender nach geeigneten Systemen im Netzwerk suchen. Zwei Unterschiede zur dedizierten Steuerung gibt es jedoch:

Das war es dann aber auch schon mit den Unterschieden! Mit Geräte-Suche werden wie bisher alle verfügbaren virtuellen Steuerungen gefunden. Dem Codesys Development System ist es dabei vollkommen gleichgültig, für welche Steuerung gerade programmiert beziehungsweise projektiert wird. Wurden in der Konfigurationsdatei virtuelle Ethernet-Ports angelegt beziehungsweise mit physikalisch verfügbaren Ports verbunden, so lassen sie sich auch im Codesys-Projekt einbinden und zum Beispiel als Ethercat, Profinet oder EtherNet/IP konfigurieren und verwenden. Der Container beziehungsweise Hypervisor schleift diese virtuellen Ports problemlos durch und sorgt für die deterministische Ausführung der Buszyklen – genauso wie bei einer ‚echten‘ SPS.

Warum können nun virtuelle Steuerungen bei Lieferproblemen nützlich sein? Ganz einfach: Weil Maschinen- und Anlagenbauer aufgrund der Abstraktion der Hardware wirklich ohne Aufwand auf andere verfügbare Plattformen umsteigen beziehungsweise ausweichen können. Und dabei spielt es keine Rolle, ob diese Plattformen industriellen Anforderungen genügen. Natürlich kann das ein IPC im Schaltschrank sein – aber jetzt eben auch ein IT-Server, der in einem Serverraum in der Nähe der Anlage steht. Oder ganz flexibel heute so und morgen so!

Wichtig ist: Die Steuerungsfunktion wird dort abgearbeitet, wo entsprechende Ressourcen verfügbar sind. Vorhandene Ressourcen lassen sich besser auslasten, weil sie nicht exklusiv zugeteilt, sondern flexibel nachrüstbar sind. Das schafft Freiheiten, die gerade bei den aktuellen Lieferproblemen von Steuerungshardware eine Lieferfähigkeit von Maschinen und Anlagen ermöglicht. Wenn das nicht bereits ein Mehrwert für sich ist!

Darüber hinaus lässt sich diese Hardware-Abstraktion für einen weitere interessanten Anwendungsfall nutzen. Mehr dazu in Teil 3 dieses Beitrags. (co)

Teil 1 dieses Beitrags mit dem Titel ‚Der Weg zur Steuerungstechnik 5.0‘ findet sich hier

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