06.03.2019

Backup der Gesamtfunktionalität für automatisierte Produktionssysteme

Betriebssystemunabhängig

Fertigungsprozesse im Rahmen von Industrie 4.0 sind zunehmend auf die Verfügbarkeit von Daten angewiesen. Bei einem Ausfall von Steuerungssystemen muss die Funktionalität möglichst schnell wiederhergestellt werden. Dafür werden Sicherungskopien eingesetzt. Mit WaxarIndustry steht eine Backup-Lösung zur Verfügung, die die Bit-genaue Kopie aller Daten direkt von der Festplatte erstellt und daher unabhängig vom Betriebssystem arbeitet.


Nach dem Start von WaxarIndustry wählt der Bediener den Prozess, der ausgeführt werden soll. Die Sicherung läuft automatisch an.
Bild: Waxar Data Saving Systems GmbH & Co. KG

In der industriellen Fertigung ergeben sich aus der Entwicklung in Richtung Industrie 4.0 neue Herausforderungen und Aufgaben, die nur mit Flexibilität, Standardisierung, Vernetzung und Kommunikation gelöst werden können. Die entscheidenden Treiber sind hochgradig automatisierte Produktionssysteme und die Verzahnung der Informationstechnologie mit den Fertigungsanlagen. Immer häufiger werden deshalb für bestimmte Steuerungsaufgaben in der Produktion Industrie-PC (IPC) anstelle der autarken und gekapselten speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) eingesetzt.

Wachsendes Risiko Datenkorruption

Der Digitalisierungsprozess macht die Daten zur wichtigsten Komponente in der smarten Fabrik. Von ihrer Integrität und Konsistenz hängt die Funktionsfähigkeit der Systeme und der Fertigungsprozesse ab. Sind die Daten unbrauchbar, zieht dies Stillstandzeiten in der Produktion nach sich und unter Umständen Kosten in Millionenhöhe. Mit der wachsenden Datenmenge und der zunehmenden Zahl von IPC nimmt das Risiko zu, dass Daten infolge von Störungen der Hard- und Software unbrauchbar werden. Als Ergebnis funktionieren die Steuerungssysteme nicht mehr richtig oder sie können komplett versagen. Die Ursachen sind vielfältig: Cyberattacken von außen wie die Angriffe durch Verschlüsselungs-Trojaner betreffen auch die Industrie. Software-und Hardwarefehler oder Fehler bei der Bedienung können ebenfalls Daten zerstören. Dazu kommen industriespezifische Umweltfaktoren wie Wärme, Kälte, Luftfeuchtigkeit, Erschütterung, die Schäden an Software und Hardware hervorrufen können. Die IPC-basierten Steuerungen werden immer mehr zum 'Single Point of Failure' in der Produktionsanlage.

Anzeige

Schnelle Wiederherstellung der Funktionalität wird benötigt

Es geht also darum, bei einem Ausfall der Steuereinheit ihre Funktionsfähigkeit mittels einer Sicherungskopie sämtlicher Daten so schnell und so einfach wie möglich wieder herzustellen. Das kann erfolgen, indem die Steuereinheit in den Auslieferungszustand zurückgesetzt wird als Alternative zur einer aufwendigen Fehlersuche und -Korrektur. Sammelt und verarbeitet eine Steuereinheit viele Daten, kann es sinnvoller sein, die Steuerung auf den letzten gesicherten Zustand zurückzusetzen. Zudem muss die Software durch Updates gepflegt und aktuell gehalten oder durch Upgrades ihre Funktionalität erweitert werden. Allerdings ist die Erstellung von Sicherungskopien für die Wiederherstellung der Daten in der industriellen Umgebung alles andere als trivial und weicht erheblich von den Prozessen ab, die sich für die Datensicherung in der Standard-IT durchgesetzt haben.

Backup der Daten in der Industrie hat spezielle Anforderungen

Das beginnt damit, dass Backup-Lösungen der Standard-IT in der Regel die logischen Ebenen der Datenstruktur nutzen und infolgedessen streng an die Regeln des Betriebssystems gebunden sind. Die Anwender müssen die jeweils richtige Version der Backup-Lösung auswählen und prüfen, unter welchem Betriebssystem die Lösung ausgeführt wird, für welche physischen oder virtuellen Umgebungen sie geeignet ist und für welche Art der Sicherung - Datei- oder Imagesicherung - sie eingesetzt werden kann. Für die industriellen Systeme, von denen Daten gesichert werden müssen, werden jedoch oft spezielle Industriebetriebssysteme eingesetzt, teilweise auch proprietäre sowie hybride Systeme, die von Lösungen der Standard-IT nicht abgedeckt werden. Jede Systemkomponente braucht zudem unter Umständen eine spezifische Vorgehensweise bei der Sicherung der Funktionalität.

Empfehlungen der Redaktion

Die Funktionsfähigkeit steht an erster Stelle

Weiterhin erfordern in der Standard-IT die Verfahren, die für die Sicherung von Inhalten der Speichermedien verwendet werden, die Installation und Konfiguration der Sicherungssoftware im Betriebssystem. Das lassen die in der Industrie verwendeten Systeme häufig nicht zu. Die Sicherungssoftware muss deshalb von einer externen Speichereinheit wie USB-Stick oder USB-Festplatte aus ausgeführt oder von einer fest in die Hardware eingebauten Speichereinheit (CF-Card, SSD-Festplatte und andere) aus benutzt werden können. Außerdem stehen in der Standard-IT bei Backup und Restore die selbst erzeugten Daten im Vordergrund, während in der Automatisierung die Funktionalität der Steuerung die Hauptrolle spielt. Die dafür relevanten Daten weisen bei den Standardverfahren jedoch systembedingt Lücken auf. Sie entstehen, da Daten unterhalb der Dateiebene, beispielsweise auf der Ebene der speziellen Systembereiche, unerkannt bleiben. Auf bestimmte Datenbereiche blockiert das Betriebssystem den Zugriff, sie werden beim Backup ebenfalls nicht erfasst. Zudem gehen Daten verloren, wenn bei der Wiederherstellung die Datenstruktur neu organisiert wird. Eine vollständige Wiederherstellung von Funktionalität ist auf diese Weise nicht möglich.

Bit-für-Bit-Sicherung direkt von der Festplatte

Diese Schwierigkeiten lassen sich durch den direkten Zugriff auf den produktionsrelevanten Datenträger - Festplatte, Flash-Card, USB-Medien - umgehen. Umgesetzt wird dieser Ansatz in der Backup-Lösung WaxarIndustry. Die Daten werden unabhängig von ihrer Art sektorenweise ausgelesen und archiviert. Die Lösung arbeitet also unabhängig von Betriebssystem und Betriebssystem-Versionen, von der verwendeten Hardware oder der installierten Konstellation aus Betriebssystem und weiterer Software. So können beliebige, auch proprietäre Betriebssysteme und Daten von instabiler Hardware gesichert werden. Die Sicherung erfolgt, basierend auf Sektorenvergleichen, nach Wahl inkrementell oder differentiell. Auf dieser Grundlage kann der softwaredefinierte Zustand eines Systems vollautomatisch und komplett zu 100 Prozent wiederhergestellt werden, so dass sich die Kosten durch Ausfälle und Standzeiten erheblich reduzieren.

Anzeige

Ohne IT-Kenntnisse bedienbar

Das Backup wird auf einem USB-Stick oder einem beliebigen anderen Speichermedium erstellt und kann anschließend von der Produktionsleitung in nur einem Arbeitsschritt zurückgespielt oder auf einen anderen Steuerungsrechner aufgespielt werden. Auch die Replikation auf mehrere Steuereinheiten ist möglich. IT-Kenntnisse sind für die Bedienung der Lösung nicht erforderlich. Sie ist für vollautomatische Abläufe konzipiert und kann für die Erstellung eines Backups auf einen Knopfdruck reduziert werden. Für die Wiederherstellung wird die Steuereinheit gestoppt, der Datenträger mit der Lösung und den Daten an eine USB-Schnittstelle angeschlossen, der Computer wieder gestartet und abgewartet, bis er nach der Wiederherstellung, die je nach Datenmenge zehn bis 20 Minuten dauert, wieder herunter gefahren wird. Danach wird die Speichereinheit von der USB-Schnittstelle abgezogen und der Computer erneut gestartet. Die Funktionalität der Steuereinheit ist damit wiederhergestellt, sie kann weiter benutzt werden. Mit diesem Ablauf kann die Produktionsleitung auch Updates ohne Unterstützung von außen vornehmen.

Eckdaten Backup-Lösung WaxarIndustry:

• Systemvoraussetzungen Hardware:

- Standard-PC-Hardware-Architektur:

Festplatte, CPU, RAM-Memory, BIOS

- evtl. Schnittstelle zu einem externen Datenträger

- Minimalressourcen: beliebige Taktfrequenz,

Memory ab 256 MB 32-Bit- oder 64-Bit-Architektur

• Systemvoraussetzungen Software: keine

• Gesichert werden alle Betriebssysteme: Windows, Unix,

QNX, VxWorks, Mac, Android, Linux, spezifische Industrie-

systeme, hybride Systeme

• Vollautomatischer Lauf oder manuelle Bedienung

• Vollsicherung und/oder inkrementelle Sicherung

Anzeige