Pros y contras de la virtualización en el ámbito industrial

La virtualización consiste básicamente en la separación del hardware del sistema de supervisión y control de las herramientas de diseño y operación. Mantenerse competitivos, sin cambios, ya no es una opción. Las grandes plantas industriales requieren mejoras continuas y adaptaciones ‘ágiles’ a las demandas del mercado. Los ingenieros de automatización y control de esas plantas están descubriendo que la virtualización les ayuda a mejorar tanto las operaciones como el mantenimiento de los sistemas. Asimismo, la utilización de herramientas de virtualización ayuda a los usuarios a escalar y ubicar sus elementos de automatización en cualquier lugar que deseen con gran flexibilidad y alta confiabilidad. Desde AeI examinamos con la ayuda de Emerson por qué es adecuado utilizar la virtualización y qué ventajas e inconvenientes tiene el uso de esta tecnología.

En lo que respecta a sistemas de control distribuido (DCS), distinguiríamos entre dos ámbitos de aplicación: sistemas off-line para desarrollo, pruebas y entrenamiento, y por otro lado, los sistemas de producción (on-line). Nos lo explica Javier Martínez, Ingeniero Comercial de Sistemas de Control y Fiabilidad de Emerson, quien también considera que, en los sistemas off-line, “podemos virtualizar todas las estaciones en uno o varios servidores o hosts de virtualización. Además, en el caso de sistemas de desarrollo y pruebas en ocasiones es importante tener en cuenta la parte de asignación de controladores o tarjetas de E/S. En este caso, las estaciones virtualizadas pueden comunicar con controladores y tarjetas de E/S físicas, virtualizadas o ambas a la vez”. Adicionalmente, el sistema de virtualización hace posible que podamos tener varios sistemas de desarrollo, en distintas versiones incluso usando el mismo hardware de virtualización. En los sistemas on-line o de producción, “serán los servidores y estaciones los virtualizados. En el caso de aplicaciones on-line, se recomienda una configuración de alta disponibilidad, repartiendo las distintas máquinas virtuales en distintos hosts de virtualización junto a una unidad de almacenamiento compartido (SAN). Con esta configuración, ante el fallo o en un servidor de virtualización, el sistema puede automáticamente replicar las máquinas asignadas a este host a otro, tal y como se muestra en la figura 1”.

Características de computación, redundancias o disponibilidades

“Las máquinas virtuales consumirán recursos de los servidores o hosts de virtualización”, continúa Martínez, en concreto, “disponibilidad de CPU y RAM. La siguiente tabla muestra una guía de cuántas máquinas virtuales pueden asignarse a un host de virtualización basado en la carga de la máquina virtual y requerimiento de RAM. Se establece el parámetro VMU para estimar la carga relativa de CPU y establecer los límites del host de virtualización”. A continuación, se muestran algunos ejemplos de sistemas de virtualización y los recursos asociados:

Ejemplo 1: Sistema de entrenamiento de operadores:

• 1 servidor de base de datos PPLUS (2 VMUs)
• 2 servidores de estaciones de aplicación (4 VMUs)
• 6 estaciones de operación (6 VMUs)

Este sistema requeriría 12 VMUs pudiendo todas las máquinas virtuales residir en un único host de virtualización off-line.

Ejemplo 2: Sistema de desarrollo y pruebas:

• 1 servidor de base de datos PPLUS (2 VMUs)
• 2 servidores de estaciones de aplicación (4 VMUs)
• 4 estaciones de ingeniería (4 VMUs)
• 2 estaciones de operación (2 VMUs)
• 10 controladores virtuales (4 VMUs)
• 30 tarjetas virtuales de 96 E/S cada una (6 VMUs)

Este sistema requeriría 22 VMUs requiriendo al menos dos servidores de virtualización off-line.

Ejemplo 3: Sistema de producción on-line:

• 1 servidor de base de datos PPLUS (2 VMUs)
• 5 servidores de estaciones de aplicación (10 VMUs)
• 10 estaciones de ingeniería (10 VMUs)

Este sistema requeriría 22 VMUs requiriendo al menos 3 servidores de virtualización on-line.

Herramientas de gestión

La herramienta DeltaV Virtual Studio, que está diseñada para hacer sencilla la creación y gestión de máquinas virtuales del DCS DeltaV. En ocasiones los softwares de gestión de virtualización no son de fácil uso al intentar llegar a dar soporte a diferentes sistemas de distintas industrias del mercado. DeltaV Virtual Studio está diseñado específicamente para la virtualización de sistemas de control de procesos, con un interfaz de fácil uso para un ingeniero de procesos, pudiendo:

• Crear redes virtuales y añadir hosts de virtualización
• Crear, arrancar, parar y mover máquinas virtuales de una manera sencilla a través de plantillas
• Asignar recursos de máquina y definir escenarios de fallo

Ventajas de la virtualización

1. Reducción de costes en el despliegue de servidores y estaciones en el DCS: reducción en el número de máquinas físicas y por tanto ahorro en costes de instalación y mantenimiento. Esta disminución del hardware implica un sistema con una menor huella, lo que es particularmente beneficioso ante situaciones de salas de control o técnicas de reducidas dimensiones, plataformas off-shore. También hay que reseñar, aunque en menor medida, el ahorro de energía tanto de consumo de estaciones como de refrigeración de salas.
2. Flexibilidad y facilidad de uso permitiendo añadir y quitar estaciones, lo cual cobra especial relevancia en sistemas de desarrollo y test donde en ocasiones se necesita montar y desmontar sistemas. La virtualización también facilita la gestión de varios sistemas, en distintas versiones, en una única plataforma hardware, además de que los clientes sean menos dependientes desde el punto de vista del hardware, ya que pueden actualizar software y hardware de manera independiente.
3. Mejora en el soporte como en caso de tener que realizar pruebas (instalación de parches o actualizaciones de software) sobre máquinas virtuales creadas ex profeso de forma que no se vean afectadas el resto de estaciones de producción.
4. Extensión de la vida especialmente en sistemas antiguos o no soportados debido a la obsolescencia del hardware asociado.
5. Mejora de la disponibilidad del sistema proveyendo una rápida recuperación del sistema ante fallo de una estación o servidor.

Inconvenientes de la virtualización

1. En caso de clientes con poca experiencia o conocimientos en IT, la virtualización añade un plus de complejidad desde el punto de visita de gestión del sistema. En este sentido, los sistemas de virtualización de DCS se acompañan de herramientas que facilitan la tarea de virtualización de una manera intuitiva.
2. En sistemas de pequeño tamaño (por ejemplo 1 estación de ingeniería y 1 o 2 estaciones de operación), el coste de inversión en un sistema de virtualización de alta disponibilidad (dos servidores de virtualización + 1 SAN) puede no compensar económicamente comparado con un despliegue de máquinas físicas. Sin embargo, en estos casos también hay que tener en cuenta otros aspectos como el de aumento de la disponibilidad del sistema: ante un fallo o problema puede originar pérdidas de producción que en ocasiones superan con mucho la inversión en un sistema de virtualización.

Págs. 54 a 55