Virtualisierung prozessnaher Steuerungen in der Prozessautomatisierung
Zusammenfassung
Die vorliegende Arbeit wendet sich an Ingenieur*innen und Wissenschaftler*innen aus der Prozessautomatisierung. Ziel dieser Arbeit ist ein Architekturentwurf für die Steuerungsgeräte der prozessnahen Komponenten, um diese mit einer höheren Vernetzung und Wandelbarkeit auszustatten. Die Architektur setzt Hypervisor-Virtualisierung ein, um eine Trennung der Anwendungen mit unterschiedlichen Anforderungen auf der gleichen Hardware zu ermöglichen. Die Anwendungen werden in vorkonfigurierten Partitionen gekapselt und betrieben. Um die Modularisierung der Anwendungen zu erhöhen, werden Container als zusätzliche Virtualisierungskomponenten eingesetzt. Für die Verwaltung der gesamten Komponentenhierarchie ist ein Verwaltungssystem vorgesehen, das die erforderlichen Dienste zur Komponentenverwaltung zur Verfügung stellt.
Inhaltsverzeichnis
Vorwort III
List of Symbols VII
Kurzfassung IX
Abstract XI
1 Einleitung 1
1.1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Zielsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 Struktur dieser Arbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ....
Schlagworte
- I–XII
- 1–4 1 Einleitung 1–4
- 1.1 Motivation
- 1.2 Zielsetzung
- 1.3 Struktur dieser Arbeit
- 5–26 2 Grundlage und Stand der Technik 5–26
- 2.1 Virtualisierung
- 2.1.1 Virtualisierungstypen
- 2.1.2 Virtualisierung mit Hypervisoren
- 2.1.3 Virtualisierung mit Mikrokernels
- 2.1.4 Hypervisor und Mikrokernel-Technologien
- 2.2 Container-Technologien
- 2.2.1 Virtualisierungsanwendungen in anderen industriellen Domänen
- 2.2.2 Virtualisierung in der Luftfahrt
- 2.2.3 Industrielle Automatisierung
- 2.3 NAMUR Open Architecture
- 2.4 Speicherprogrammierbare Steuerungen
- 2.4.1 Programmierung
- 2.4.2 Entwicklung der speicherprogrammierbaren Steuerungen
- 2.4.3 Neue Architekturen für speicherprogrammierbare Steuerungen
- 2.5 Digitale Zwillinge und Verwaltungsschalen
- 2.5.1 Digitaler Zwilling als Validierungskomponente
- 2.5.2 Digitaler Zwilling für Beobachtung und Optimierung
- 2.6 Laufzeitumgebungen
- 2.6.1 Industrie-PCs und eingebettete Systeme
- 2.6.2 Betriebsmittel und Maßnahmenmodell
- 27–32 3 Anforderung an zukünftige Automatisierungssysteme 27–32
- 3.1 Anforderungen
- 3.2 Leistungsfähige übertragung von Feld- und Automatisierungsdaten an überlagerte Anwendungen
- 3.3 Prozessbegleitende Optimierung und überwachung
- 3.4 Effiziente interne Kommunikation
- 3.5 Lokale Komponentenverwaltung
- 3.6 Dynamisches Komponentenmanagement
- 3.7 Explizite Verwaltung und Sicherstellung von QoS-Eigenschaften
- 33–49 4 Konzept 33–49
- 4.1 Allgemeine Architektur
- 4.2 Komponentenhierarchie
- 4.2.1 Kommunikation zwischen den Partitionen
- 4.3 Systempartitionen
- 4.3.1 Verwaltungssystem
- 4.3.2 Interface
- 4.4 Verwaltungsdienste
- 4.4.1 Interne Kommunikationsdienste
- 4.4.2 Externe Kommunikationsdienste
- 4.4.3 Konfigurationsdienste
- 4.4.4 Ressourcenverwaltung
- 4.4.5 Komponentenverwaltungsdienste
- 4.5 Anwendungspartitionen
- 4.6 Evaluation anhand der Anforderungen an die Architektur
- 50–53 5 Anwendungsszenarien in der Automatisierungstechnik 50–53
- 5.1 Architektur der Automatisierungspyramide
- 5.2 Beispielhafte Anwendungspartitionen
- 5.2.1 Control-Partition
- 5.2.2 O&M-Partition
- 54–64 6 Implementierung für eine Kaltwalzanlage 54–64
- 6.1 Logistik
- 6.2 SMS-Demonstrator
- 6.3 Aufbau
- 6.4 Verification of Request
- 6.4.1 Evaluation des VoR-Konzepts
- 65–76 7 Validierung des Konzepts 65–76
- 7.1 Eingesetzte Technologien
- 7.1.1 Portierung von ACPLT/RTE und PikeOS
- 7.2 Prozessführung
- 7.2.1 Laufzeitanalyse in virtualisierten und nicht virtualisierten Umgebungen
- 7.2.2 Kommunikation
- 7.2.3 Verwaltungssystem
- 77–102 8 Fazit 77–102
- A Anhang
- 103–116 Literatur 103–116
