Redundante IT-Infrastruktur in der Walzstraße
Hochverfügbar von der Walze bis zum Server
Im Werk Alunorf in Neuss kommt für die Steuerung und Kontrolle der beiden Tief- und Stoßofensysteme ein fehlertoleranter Server zum Einsatz. Die Systeme gehören zur größten Aluminiumwalzanlage der Welt und sind vollständig redundant aufgebaut, um eine Verfügbarkeit von 99,999 Prozent sicherzustellen. In den bislang sechs Jahren Serverbetrieb fielen die Systeme nicht ein einziges Mal aus.
Bild: Aluminium Norf GmbHAluminium: Leicht und zu 100 Prozent recyclebar
Aluminium spielt in der modernen Industrie eine wichtige Rolle und findet vom PC-Gehäuse bis zur Getränkedose, von der Autokarosserie über den ICE bis zum Flugzeugrumpf Anwendungsgebiete. Aufgrund seines häufigen Vorkommens und seiner physikalischen Eigenschaften, insbesondere wegen seines geringen Gewichts - es ist nur etwa ein Drittel so schwer wie Stahl - und seiner guten Verformbarkeit, ist Aluminium zu einem bevorzugten Werkstoff in der industriellen Fertigung geworden. Darüber hinaus ist Aluminium als einziger Metallwerkstoff ohne Qualitätsverlust zu 100 Prozent recycelbar - ein in den letzten Jahren stark steigender Anteil des eingesetzten Aluminiums stammt aus recycelten Produkten. Mit rund 50 Millionen Tonnen Weltjahresproduktion ist Aluminium - nach den Eisenwerkstoffen - heute das meistverwendete Metall in der Produktion.
Die tonnenschweren Aluminiumbarren sind rund 500 Grad Celsius heiß, wenn sie bei Alunorf nach dem Glühprozess aus den Tief- und Stoßöfen auf eine der beiden Warmbandstraßen kommen. Auf der fast 200 Meter langen Anlage werden sie zu riesigen Bändern ausgewalzt. Ist das Aluminium auf Raumtemperatur abgekühlt, wird es auf den Kaltbandstraßen weiterbearbeitet und bis auf Stärken von nur noch ein bis 0,2 Millimeter gewalzt. Anschließend wird das Leichtmetall dann beispielsweise von der Automobil- oder Verpackungsindustrie weiterverarbeitet. Mit rund 1.500.000 Tonnen Aluminiumbändern pro Jahr ist der Standort das weltgrößte Aluminiumwalz- und -Schmelzwerk. Im Warmbandbereich (WBB) sind die technischen Anlagen - zum Beispiel Kräne, Fräsen, Öfen, Walzen oder Scheren - genau aufeinander abgestimmt. Würde ein Glied der Prozesskette ausfallen, käme die gesamte Produktionsstraße zum Stillstand - was angesichts der hohen Investitionen in die Anlagen und bei voller Auslastung erhebliche Kosten verursachen würde. Entsprechend hoch sind die Anforderungen an die Verfügbarkeit der Systeme. Die Tief- und Stoßöfen verfügen über Anlagenleitrechner zur Steuerung der Anlagen, übergeordnet kontrolliert ein Bereichsrechner den Gesamtprozess. Er verfolgt die Aluminiumbarren von der Anlieferung bis zu den fertigen Aluminiumrollen durch den gesamten Produktionsprozess und 'weiß' durch Rückmeldungen von den Steuersystemen der Anlagen jederzeit, in welcher Produktionsstufe sich das Produkt befindet. Die Daten des Anlagenleitrechners werden durch ein separates System im Leitstand visualisiert. Dazu stellt die entsprechende Software die Tief- und Stoßöfen der Warmbandwalzstraßen grafisch dar und erlaubt dem Bedienungspersonal die Abfrage von beispielsweise Temperatur oder Gewicht. Das Programm ermöglicht aber auch manuelle Eingriffe in den Prozess, etwa um bei einer Störung die Straße anzuhalten. Da beide Aufgabenbereiche, Anlagenleitrechner und Visualisierungssystem, die zentralen Betriebsprozesse steuern und kontrollieren, sind dafür Server mit sehr hoher Ausfallsicherheit erforderlich.
Hochverfügbarkeit für den Warmbandbetrieb
Als der Bereich WBB vor einigen Jahren seine IT-Systeme aufgrund der Abkündigung der dafür eingesetzten Altsysteme erneuern musste, gehörte die Implementierung von Hochverfügbarkeit zu den zentralen Anforderungen. "Es ist kein großes Problem, wenn ein Betriebsrechner mal für ein paar Minuten stehen sollte", erklärt Markus Haastert, Fachverantwortlicher der Tief- und Stoßöfen im Warmbandbereich bei Alunorf in Neuss. "Die Anlagen arbeiten weiter und bei kurzfristigen Serverausfällen kann das Personal die dann fehlenden Informationen manuell ergänzen. Aber generell müssen sowohl der Produktionsbetrieb als auch die Server an jedem Tag rund um die Uhr arbeiten. Störungen müssen auch nachts oder am Wochenende, wenn im Werk keine IT-Fachleute anwesend sind, schnell und weitgehend automatisch behoben werden." Die zunächst evaluierten Cluster-Lösungen waren für den Betrieb im WBB zu aufwändig, sodass sich Alunorf für die fehlertoleranten Server von Stratus entschied. Diese Systeme stellen den kontinuierlichen Betrieb sicher, indem sie nicht die Folgen auftretender Systemstörungen - beispielsweise Prozessor- (CPU) oder Plattenfehler - mildern, sondern deren Störungen verhindern. Dafür sind die betriebswichtigen Bauteile der
ftServer-Systeme - CPU, RAM, Eingabe/Ausgabe-Einheit (E/A), Festplatten - vollständig redundant ausgelegt: Bei Fehlern einzelner Komponenten kann das System den Betrieb ohne Unterbrechung mit der jeweiligen Partnerkomponente fortsetzen. Die fehlertoleranten Server erreichen so unter den Betriebssystemen Windows oder Linux eine Verfügbarkeit von mehr als 99,999 Prozent. Dabei verhalten sich die redundant ausgelegten Server gegenüber dem Betriebssystem wie ein einziger Rechner, sodass zum einen die Anwendungssoftware nicht angepasst werden muss, zum anderen ist die Administration der Server trotz Hochverfügbarkeit sehr einfach. Außerdem sind die
ftServer-Systeme in ein umfassendes Service- und Wartungskonzept eingebunden: Die Server melden Störungen mit einer 'Call-Home'-Funktion direkt an den Hersteller, so dass Austauschteile von dort ohne Verzögerung verschickt werden und beim Anwender oft schon eintreffen, bevor dieser die Störung bemerkt hat. Beide Aspekte sind für den Betreiber des Walzwerkes von großer Bedeutung: "Die Software, die wir für die Anlagenleitrechner und das Visualisierungssystem einsetzen, ist überaus komplex", erläutert Haastert. "Anpassungen für spezielle Hochverfügbarkeitsverfahren wären daher sehr aufwändig und teuer geworden. Außerdem hätten wir uns damit ein Stück weit von aktuellen Weiterentwicklungen der betreffenden Programme abgekoppelt. Mit ftServer-Systemen können wir Updates sofort und ohne zusätzliche Kosten nutzen."
Sechs Jahre Betriebszeit ohne Ausfall
Auch im Störungsfall ist der kontinuierliche Betrieb der Server sichergestellt, denn die Rechner unterstützen den Austausch von Komponenten ohne für Wartungsarbeiten herunterfahren zu müssen. "Ein System hatte uns einmal eine Störung in einer EA-Einheit gemeldet. Die betreffende Platine haben wir im laufenden Betrieb ausgetauscht. Mehr als die Schrauben zu lösen, die alte Komponente herauszuziehen und die neue einzuschieben, war nicht zu tun. Das Entscheidende aber war, dass der Stratus-Server dabei keine einzige Minute außer Betrieb war, weder auf Grund der vorausgegangenen Störung, noch während des Austauschs. Wir haben daher auch keine Zeit mit dem Wiederanfahren des Systems oder gar mit dem neuen Aufsetzen von Applikationen oder Datenbanken verloren", schildert Haastert. Nachdem sich die Systeme in der Praxis bewähren konnten, hat der Fertigunsbetrieb den Einsatz der Server schrittweise ausgebaut und betreibt heute im Bereich Warmbandbetrieb für die Tief- und Stoßöfen insgesamt vier fehlertolerante Systeme, die an 365 Tagen rund um die Uhr laufen. Die Hardware läuft seit mittlerweile sechs Jahren ohne auch nur eine Sekunde Ausfall. Geplant ist eine Einsatzzeit von zehn Jahren, bevor die Server routinemäßig ausgetauscht und durch neuere Modelle ersetzt werden. "Ich bin mir sicher, dass wir die gesamte Laufzeit ohne einen einzigen Ausfall schaffen", erklärt Haastert.
Unterbrechungsfreier Betrieb im Aluminiumwalzwerk
Die Aluminium Norf GmbH in Neuss ist das größte Aluminiumwalz- und -Schmelzwerk der Welt. Das Unternehmen ist ein Joint Venture von Novelis und Hydro Aluminium und verarbeitet jährlich rund 1.500.000 Tonnen Aluminium zu Bändern für vielfältige Einsatzbereiche. Verkauft werden die Produkte ausschließlich über die beiden Gesellschafter. Das Firmengelände umfasst heute 575.000 Quadratmeter, was etwa 60 Fußballfeldern entspricht. Davon sind 268.000 Quadratmeter überbaut und 162.000 Quadratmeter werden für Straßen und Lagerplätze genutzt. Die Produktion ist in die drei Bereiche Aluminiumschmelzwerk, Warmbandbereich und Kaltbandbereich gegliedert. Das Unternehmen beschäftigt über 2.100 Mitarbeiter und die Produktion ist im Konti-Schicht-System organisiert, sodass die Anlagen rund um die Uhr, sieben Tage die Woche betrieben werden können.
Stratus-Technologie
Stratus baut fehlertolerante Server, die auf Basis von Standard-Technologien arbeiten, also mit Intel-Prozessoren und mit gängigen Betriebssystemen wie Windows, Linux oder VMware. Bei einem fehlertoleranten Server sind alle Hardwarekomponenten doppelt vorhanden. Fällt eine Komponente aus, wird der Betrieb automatisch und vom Benutzer unbemerkt durch die redundante Komponente weitergeführt. Auf diese Weise können fehlertolerante Systeme bei Störungen ohne Datenverlust kontinuierlich weiterlaufen. Damit unterscheiden sich fehlertolerante Systeme von softwarebasiertem Failover-Clustering, bei dem ein Ausfall der Hard-oder Software dazu führt, dass der Workload auf einen redundanten Server verlagert wird. Fehlererkennung und anschließendes Umschalten zum neuen System können mehr oder weniger lange Ausfallzeiten verursachen.
Im Werk Alunorf in Neuss kommt für die Steuerung und Kontrolle der beiden Tief- und Stoßofensysteme ein fehlertoleranter Server zum Einsatz. Die Systeme gehören zur größten Aluminiumwalzanlage der Welt und sind vollständig redundant aufgebaut, um eine Verfügbarkeit von 99,999 Prozent sicherzustellen. In den bislang sechs Jahren Serverbetrieb fielen die Systeme nicht ein einziges Mal aus.
Bild: Aluminium Norf GmbHAluminium: Leicht und zu 100 Prozent recyclebar
Aluminium spielt in der modernen Industrie eine wichtige Rolle und findet vom PC-Gehäuse bis zur Getränkedose, von der Autokarosserie über den ICE bis zum Flugzeugrumpf Anwendungsgebiete. Aufgrund seines häufigen Vorkommens und seiner physikalischen Eigenschaften, insbesondere wegen seines geringen Gewichts - es ist nur etwa ein Drittel so schwer wie Stahl - und seiner guten Verformbarkeit, ist Aluminium zu einem bevorzugten Werkstoff in der industriellen Fertigung geworden. Darüber hinaus ist Aluminium als einziger Metallwerkstoff ohne Qualitätsverlust zu 100 Prozent recycelbar - ein in den letzten Jahren stark steigender Anteil des eingesetzten Aluminiums stammt aus recycelten Produkten. Mit rund 50 Millionen Tonnen Weltjahresproduktion ist Aluminium - nach den Eisenwerkstoffen - heute das meistverwendete Metall in der Produktion.
Die tonnenschweren Aluminiumbarren sind rund 500 Grad Celsius heiß, wenn sie bei Alunorf nach dem Glühprozess aus den Tief- und Stoßöfen auf eine der beiden Warmbandstraßen kommen. Auf der fast 200 Meter langen Anlage werden sie zu riesigen Bändern ausgewalzt. Ist das Aluminium auf Raumtemperatur abgekühlt, wird es auf den Kaltbandstraßen weiterbearbeitet und bis auf Stärken von nur noch ein bis 0,2 Millimeter gewalzt. Anschließend wird das Leichtmetall dann beispielsweise von der Automobil- oder Verpackungsindustrie weiterverarbeitet. Mit rund 1.500.000 Tonnen Aluminiumbändern pro Jahr ist der Standort das weltgrößte Aluminiumwalz- und -Schmelzwerk. Im Warmbandbereich (WBB) sind die technischen Anlagen - zum Beispiel Kräne, Fräsen, Öfen, Walzen oder Scheren - genau aufeinander abgestimmt. Würde ein Glied der Prozesskette ausfallen, käme die gesamte Produktionsstraße zum Stillstand - was angesichts der hohen Investitionen in die Anlagen und bei voller Auslastung erhebliche Kosten verursachen würde. Entsprechend hoch sind die Anforderungen an die Verfügbarkeit der Systeme. Die Tief- und Stoßöfen verfügen über Anlagenleitrechner zur Steuerung der Anlagen, übergeordnet kontrolliert ein Bereichsrechner den Gesamtprozess. Er verfolgt die Aluminiumbarren von der Anlieferung bis zu den fertigen Aluminiumrollen durch den gesamten Produktionsprozess und 'weiß' durch Rückmeldungen von den Steuersystemen der Anlagen jederzeit, in welcher Produktionsstufe sich das Produkt befindet. Die Daten des Anlagenleitrechners werden durch ein separates System im Leitstand visualisiert. Dazu stellt die entsprechende Software die Tief- und Stoßöfen der Warmbandwalzstraßen grafisch dar und erlaubt dem Bedienungspersonal die Abfrage von beispielsweise Temperatur oder Gewicht. Das Programm ermöglicht aber auch manuelle Eingriffe in den Prozess, etwa um bei einer Störung die Straße anzuhalten. Da beide Aufgabenbereiche, Anlagenleitrechner und Visualisierungssystem, die zentralen Betriebsprozesse steuern und kontrollieren, sind dafür Server mit sehr hoher Ausfallsicherheit erforderlich.
Stratus Technologies GmbH
Dieser Artikel erschien in IT&PRODUCTION März 2014 - 03.03.14.Für weitere Artikel besuchen Sie www.it-production.com
