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Automatisierungstechnik

Automatisieren und Steuern mit Linux

23.11.2007 | Autor / Redakteur: Alexander Strutzke / Alexander Strutzke

Der Laser Tru-Pulse 21 von Trumpf basiert auf dem Betriebssystem Linux. Trumpf ist auch Gründungsmitglied des Open Source Automation Development Lab (OSADL eG), das die Entwicklung von Open-Source-Software in der Automatisierungsindustrie fördert. Bild: Trumpf
Der Laser Tru-Pulse 21 von Trumpf basiert auf dem Betriebssystem Linux. Trumpf ist auch Gründungsmitglied des Open Source Automation Development Lab (OSADL eG), das die Entwicklung von Open-Source-Software in der Automatisierungsindustrie fördert. Bild: Trumpf

Als Serverbetriebssystem ist Linux seit Jahren etabliert und auch im Desktopbereich findet es mittlerweile einige Anhänger. Im industriellen Umfeld setzen immer mehr Unternehmen auf das freie Betriebssystem, das im Vergleich zu den kommerziellen Produkten einige Vorteile bietet.

Der größte Vorteil von Linux ist nicht, dass es kostenlos verfügbar ist. Vielmehr sind die Offenheit des Quellcodes und die Echtzeitfähigkeiten des Betriebssystems der entscheidende Faktor, warum Linux in der Automatisierung und in der Steuerungstechnik dem etablierten Windows Konkurrenz machen kann. „Linux vereint für uns in einmaliger Weise die Eigenschaften, die wir in künftigen Steuerungen benötigen: sehr gute Echtzeiteigenschaften, bei Bedarf eine große Dienstleister- und Entwicklergemeinde sowie die Möglichkeit, wirklich jeden Teil des Betriebssystems bei Bedarf sichten und optimieren zu können“, sagt Rainer Thieringer, Leitung Entwicklung Software der Trumpf Laser GmbH + Co. KG. Außerdem unterstützt Linux eine große Zahl verschiedener und teilweise exotischer Prozessoren.

„Eine Breite, wie sie kaum ein anderes System bietet. Das ist für die Embedded-Systeme der Automatisierungstechnik ein nicht zu unterschätzender Vorteil. Es kann nicht überall ein PC-kompatibler Prozessor eingesetzt werden“, erläutert Karl-Heinz Krause, Leiter System Platform Advanced Technologies bei Siemens A&D.

Steuerungssysteme benötigen Echtzeiteigenschaften, die Linux genauso wie Windows noch nicht ganz von Haus aus mitbringt. In der IT unterscheidet man zwischen weicher und harter Echtzeit. Bei der weichen Echtzeit sind die Systeme in der Regel schnell genug, um alle ankommenden Eingaben abzuarbeiten. Die Antwortzeit liegt meist innerhalb eines akzeptablen Mittelwerts. Signifikante Abweichungen von diesem Mittelwert sind selten, man muss aber grundsätzlich mit vereinzeltem Auftreten größerer Abweichungen rechnen.

Linux-Betriebssystem für harte Echtzeit erweitern

Bei der harten Echtzeit wird eine Überschreitung der Antwortzeit als ein Fehler gewertet. Man kann sich darauf verlassen, dass ein korrektes Ergebnis immer innerhalb der vorgegebenen Zeitschranken geliefert wird. In kritischen Systemen, wie bei der Steuerung eines elektrischen Motors, braucht man harte Echtzeit. Das Linux-Betriebssystem muss dafür noch mit Erweiterungen ausgestattet werden. „Weiche Echtzeit ist seit dem Linux-Kernel 2.6 verfügbar, harte Echtzeit wird bis voraussichtlich Anfang 2008, in etwa mit dem Linux-Kernel 2.6.26, einsatzfähig sein“, sagt Hans-Jürgen Rauscher, System Architect Networking bei Wind River.

Zurzeit gibt es verschiedene Echtzeit-Linux-Versionen, zum Beispiel das Wind River Real-Time Core Linux und die RT-Preempt-Erweiterung, die auch vom Open Source Automation Development Lab (OSADL eG) gefördert wird. Dessen Geschäftsführer Dr. Carsten Emde sagt: „Derzeit verwirren noch die vielen Linuxvarianten, welche Linux um Echtzeiteigenschaften erweitern. Mit jeder Kernel-Version wandern aber weitere Anteile der für Echtzeit notwendigen Erweiterungen in den Standard-Linux-Kernel. Dadurch verschwinden nach und nach die verschiedenen Linuxvarianten.“ Im OSADL sind verschiedene Firmen aus der Automatisierungsbranche organisiert. Hauptziel ist die gemeinsame Entwicklung von Automatisierungslösungen auf der Basis von Open-Source. Das OSADL unterstützt Linux-Kernel-Entwickler, die das Betriebssystem Linux für die Automatisierungsindustrie fit machen.

Gute Chancen für Linux im Automatisierungsbereich

Die Chancen für Linux in der Automatisierungsbranche sehen viele Unternehmen als sehr gut an. Rauscher: „Der Linux-Anteil in Automatisierungsprojekten wird aktuell auf 10 bis 15% geschätzt, einige Quellen sprechen sogar von 20%. Es wird davon ausgegangen, dass der Linux-Anteil in diesem Segment weiter steigen und sich bei 40 bis 60% einpendeln wird.“

Auch der große Nachteil von Linux, dass es keine „Firma Linux“ gibt, die man bei Fehlern um Hilfe fragen beziehungsweise verantwortlich machen kann, verschwindet zunehmend, weil Vereinigungen wie das OSADL bei technischen und rechtlichen Fragen zur Seite stehen. Thieringer: „Die größten Hemmnisse verlieren somit nach und nach an Dominanz und es wird wie bereits in anderen Bereichen eine klare Verschiebung bei neuen Projekten zu Linux geben. Die aktuellen Statistiken bestätigen diesen Trend eindeutig.“

Diese Ansicht teilt man bei Wind River. Und obwohl man dort mit Vx-Works ein selbst entwickeltes, proprietäres Echtzeitbetriebssystem vertreibt, setzt man immer mehr auf das Open-Source-System Linux. Hans-Jürgen Rauscher: „Linux ist auf dem Sprung zum meistge-nutzten Betriebssystem für industrielle Anwendungen, weil es die breiten Anforderungen für die meisten Gerätearten gut abdeckt und auch – dank Open-Source-Code – noch in zehn und 20 Jahren wartbar ist.“

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