Was für die Abstraktion vom physikalischen Gerät nötig ist
Jeder kennt virtuelle Laufwerke und sogar virtualisierte Computer. Diese Abbilder von physikalischen Geräten, in diesem Fall 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. In der IT sind solche Virtualisierungen nützlich, um die Datensicherheit von Systemen durch sinnvolle Grenzen des Zugriffs zu erhöhen, sowie voneinander unabhängige Konfigurationen für unterschiedliche Anwender und Anwendungen möglich zu machen.
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 bzw. Konfigurationsdateien – inklusive der entsprechenden Konfiguration für die SoftSPS, wie z.B. 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 hoch performant möglich. Das bedeutet: Durch eine bessere Abgrenzung der Prozesse und durch die Hardware-Unterstützung können sogar bessere Echzeitwerte erzielt werden als mit SoftSPSen, die nativ auf dem Host-System laufen.
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Autor: Roland Wagner, Head of Product Marketing, CODESYS GmbH