Oprócz systemu operacyjnego działającego w czasie rzeczywistym, w wielu maszynach niezbędny jest również system operacyjny ogólnego przeznaczenia do wykonywania zadań takich jak agregowanie danych i przesyłanie ich do chmury, prowadzenie analizy biznesowej lub uruchamianie aplikacji HMI wymagających dużej ilości obliczeń. Dawniej wymagało to użycia dwóch oddzielnych elementów sprzętowych. Dzięki hiperwizorowi bezpośredniemu możliwe jest teraz zaimplementowanie obu systemów na jednym komputerze przemysłowym bez uszczerbku dla wydajności.
Nowoczesne sterowniki i systemy operacyjne działające w czasie rzeczywistym mogą wykonywać wiele funkcji, przy tym są niezwykle wydajne. Często jednak korzystniejszym rozwiązaniem jest uruchamianie dodatkowych funkcji i aplikacji w oddzielnym systemie operacyjnym. „Specjalistyczne programy do symulacji lub animacji 3D są często uruchamiane w systemie Linux lub Windows”, wyjaśnia Gerd Lammers, prezes Real-Time Systems. Aplikacje internetowe często zamiast systemów działających w czasie rzeczywistym korzystają ze środowiska Linux lub Windows.
Niższe koszty
Oddzielny sprzęt może służyć do sterowania i realizacji funkcji dodatkowych bez uszczerbku dla wydajności. „Zalety zintegrowanego rozwiązania są oczywiste: szybsza komunikacja i mniejsze wykorzystanie miejsca w szafie sterowniczej”, wyjaśnia Lammers. Bardziej efektywnie wykorzystywane są również dostępne zasoby sprzętowe. Zmniejszają się koszty.
Przez lata, rozwiązaniem służącym do uruchamiania wielu systemów operacyjnych na jednym urządzeniu sprzętowym była wirtualizacja. „Technologia wirtualizacji ma jedną poważną wadę”, wyjaśnia Manfred Mitterbuchner, dyrektor ds. oprogramowania automatyki w B&R. „Systemy operacyjne kolidują ze sobą. Zawieszenie jednego z nich powoduje problemy z drugim. Jeśli jeden z systemów operacyjnych jest odpowiedzialny za sterowanie maszyną lub linią, konsekwencje mogą być poważne: nieplanowana przerwa w pracy, uszkodzona maszyna lub nawet obrażenia operatora”.
Brak zakłóceń
Potrzebne jest zatem rozwiązanie, które zapobiegnie zakłóceniom w pracy jednego systemu powodowanym przez drugi system. „Nie może być tak, że na pracę systemu głównego nakłada się praca innego systemu”, podkreśla Mitterbuchner; „ponadto potrzebna jest dostateczna wydajność, aby zagwarantować działanie w czasie rzeczywistym”. Jedynym sposobem na osiągnięcie tego celu jest jednoznaczne przypisanie sprzętu do każdego systemu operacyjnego. Umożliwia to tzw. hiperwizor bezpośredni. „Nazywany jest „bezpośrednim”, bo działa on bezpośrednio na sprzęcie i nie jest powiązany z systemem operacyjnym.”
We współpracy z firmą Real-Time Systems specjalizującą się w hiperwizorach, firma B&R wprowadziła hiperwizor bezpośredni do swojego systemu automatyzacji. Dzięki temu możliwe jest uruchamianie zarówno środowiska wykonawczego Automation Runtime, jak i ogólnego systemu operacyjnego na tym samym sprzęcie.
Manfred Mitterbuchner, kierownik ds. technologii w dziale oprogramowania automatyzacji B&R
Wszystkie zasoby jednoznacznie przydzielone
„Hiperwizor umożliwia jednoznaczne przydzielenie wszystkich dostępnych zasobów”, podkreśla Mitterbuchner. Nie tylko rdzenie procesorów, interfejsy RAM i Ethernet, ale także porty USB i inne mogą być jednoznacznie przypisane do konkretnego systemu operacyjnego. „Obsługujemy również w tym zakresie najnowszą technologię Intel”, dodaje Lammers. „Dzięki technologii alokacji pamięci podręcznej, jest ona również jednoznacznie przypisana do określonych systemów operacyjnych”. Zapewnia to maksymalną stabilność obu systemów operacyjnych.
Łatwa konfiguracja
Konfiguracja hiperwizora jest niezwykle prosta. W środowisku inżynieryjnym B&R Automation Studio użytkownik po prostu włącza hiperwizor i przydziela zasoby. Następnie plik instalacyjny jest zapisywany w pamięci USB i instalowany w docelowym systemie za pomocą menu startowego. „Od tego momentu hiperwizor jest gotowy do pracy”, zaznacza Mitterbuchner.
Najnowsze wersje Linuksa i Windows mogą być używane jako system operacyjny ogólnego przeznaczenia (GPOS). O ile poprzednie rozwiązania w zakresie pracy równoległej były tworzone pod konkretną wersję Windows, tak hiperwizor jest zupełnie niezależny od stosowanego systemu operacyjnego. Instalowanie aktualizacji, poprawek i modyfikacji jest łatwe i proste. Jest to szczególnie ważne w sytuacji, gdy coraz więcej komputerów jest podłączonych bezpośrednio do Internetu.
Brama sieciowa na potrzeby Przemysłowego Internetu Rzeczy
„Hiperwizor nadaje się doskonale do przekształcenia sterownika przemysłowego w urządzenie typu Edge lub bramkę IoT”, dodaje Mitterbuchner. W tym celu system operacyjny czasu rzeczywistego (RTOS) wykorzystuje wirtualny interfejs Ethernet do przesyłania danych do aplikacji pracującej na systemie ogólnego przeznaczenia. Tam dane są kompresowane i przesyłane do systemów nadrzędnych za pośrednictwem OPC UA. Te systemy mogą również znajdować się w chmurze.
Hiperwizor RTS działa na dowolnym przemysłowym komputerze firmy B&R z co najmniej dwoma rdzeniami procesora. Użytkownicy mają szeroki wybór: od ultra-kompaktowego komputera Automation PC 2200 z procesorem Intel Atom po potężny komputer Automation PC 910 z procesorem XEON. Mitterbuchner: „Połączenie zaawansowanej technologii hiperwizora z szerokim spektrum naszych komputerów przemysłowych pozwala użytkownikom tworzyć optymalne rozwiązania dla każdego zastosowania.
Informacje o Real-Time Systems
Real-Time Systems to działający w skali globalnej dostawca technologii Hypervisor, specjalizujący się w wirtualizacji w czasie rzeczywistym. Firma z siedzibą w Ravensburgu (Niemcy) została założona w 2006 roku, a od początku 2018 roku jest spółką congatec AG, współpracując w tym charakterze z partnerami w Europie, USA i Azji. Więcej informacji na stronie www.real-time-systems.com.