Leistungsmessungen zum Einsatz der J2EE Technologie

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Leistungsmessungen zum Einsatz der J2EE Technologie Powered By Docstoc
					                Leistungsmessungen zum Einsatz der J2EE
                   Technologie für Feldbussimulationen

         Thorsten Garrels             Hendrik Jürgens              Prof. Uwe Schmidtmann



                   PEARL 2007 — Workshop Mobilität und Echtzeit
                     06.-07. Dezember 2007, Boppard am Rhein




Thorsten Garrels, Hendrik Jürgens, Prof. Uwe Schmidtmann   J2EE in der Feldbussimulation
                                             Analyse
                                        Modellbildung
                                    Leistungsmessung
                                     Fazit / Ausblick


 Übersicht

      1   Analyse
            Ziele der Simulation
            Projektbeschreibung

      2   Modellbildung
           Logik
           Buskoppler
           Fieldbus Cluster
           Visualisierung

      3   Leistungsmessung

      4   Fazit / Ausblick


Thorsten Garrels, Hendrik Jürgens, Prof. Uwe Schmidtmann   J2EE in der Feldbussimulation
                                             Analyse
                                        Modellbildung
                                    Leistungsmessung
                                     Fazit / Ausblick


 Übersicht

      1   Analyse
            Ziele der Simulation
            Projektbeschreibung

      2   Modellbildung
           Logik
           Buskoppler
           Fieldbus Cluster
           Visualisierung

      3   Leistungsmessung

      4   Fazit / Ausblick


Thorsten Garrels, Hendrik Jürgens, Prof. Uwe Schmidtmann   J2EE in der Feldbussimulation
                                             Analyse
                                        Modellbildung
                                    Leistungsmessung
                                     Fazit / Ausblick


 Übersicht

      1   Analyse
            Ziele der Simulation
            Projektbeschreibung

      2   Modellbildung
           Logik
           Buskoppler
           Fieldbus Cluster
           Visualisierung

      3   Leistungsmessung

      4   Fazit / Ausblick


Thorsten Garrels, Hendrik Jürgens, Prof. Uwe Schmidtmann   J2EE in der Feldbussimulation
                                             Analyse
                                        Modellbildung
                                    Leistungsmessung
                                     Fazit / Ausblick


 Übersicht

      1   Analyse
            Ziele der Simulation
            Projektbeschreibung

      2   Modellbildung
           Logik
           Buskoppler
           Fieldbus Cluster
           Visualisierung

      3   Leistungsmessung

      4   Fazit / Ausblick


Thorsten Garrels, Hendrik Jürgens, Prof. Uwe Schmidtmann   J2EE in der Feldbussimulation
                                             Analyse
                                        Modellbildung      Ziele der Simulation
                                    Leistungsmessung       Projektbeschreibung
                                     Fazit / Ausblick


 Übersicht

      1   Analyse
            Ziele der Simulation
            Projektbeschreibung

      2   Modellbildung
           Logik
           Buskoppler
           Fieldbus Cluster
           Visualisierung

      3   Leistungsmessung

      4   Fazit / Ausblick


Thorsten Garrels, Hendrik Jürgens, Prof. Uwe Schmidtmann   J2EE in der Feldbussimulation
                                             Analyse
                                        Modellbildung      Ziele der Simulation
                                    Leistungsmessung       Projektbeschreibung
                                     Fazit / Ausblick


 Ziele der Simulation




             Validierung / Fehlersuche in SPS Programmen
             Programmierung und Test parallel zum Anlagenbau
             Personal- und Anwenderschulung




Thorsten Garrels, Hendrik Jürgens, Prof. Uwe Schmidtmann   J2EE in der Feldbussimulation
                                             Analyse
                                        Modellbildung      Ziele der Simulation
                                    Leistungsmessung       Projektbeschreibung
                                     Fazit / Ausblick


 Ziele der Simulation




             Validierung / Fehlersuche in SPS Programmen
             Programmierung und Test parallel zum Anlagenbau
             Personal- und Anwenderschulung




Thorsten Garrels, Hendrik Jürgens, Prof. Uwe Schmidtmann   J2EE in der Feldbussimulation
                                             Analyse
                                        Modellbildung      Ziele der Simulation
                                    Leistungsmessung       Projektbeschreibung
                                     Fazit / Ausblick


 Anlagenbau im "Gantt-Diagramm"


                    plant construction

                    PLC logic

                    commissioning / test




Thorsten Garrels, Hendrik Jürgens, Prof. Uwe Schmidtmann   J2EE in der Feldbussimulation
                                             Analyse
                                        Modellbildung      Ziele der Simulation
                                    Leistungsmessung       Projektbeschreibung
                                     Fazit / Ausblick


 Anlagenbau im "Gantt-Diagramm"


                    plant construction

                    PLC logic

                    commissioning / test




                    plant construction

                    PLC logic

                    commissioning / test




Thorsten Garrels, Hendrik Jürgens, Prof. Uwe Schmidtmann   J2EE in der Feldbussimulation
                                             Analyse
                                        Modellbildung      Ziele der Simulation
                                    Leistungsmessung       Projektbeschreibung
                                     Fazit / Ausblick


 Anlagenbau im "Gantt-Diagramm"


                    plant construction

                    PLC logic

                    commissioning / test




                    plant construction

                    PLC logic

                    commissioning / test




Thorsten Garrels, Hendrik Jürgens, Prof. Uwe Schmidtmann   J2EE in der Feldbussimulation
                                             Analyse
                                        Modellbildung      Ziele der Simulation
                                    Leistungsmessung       Projektbeschreibung
                                     Fazit / Ausblick


 Ziele der Simulation




             Logikprogrammierung parallel zum Anlagenbau
             Validierung / Fehlersuche in SPS Programmen
             Personal- und Anwenderschulung




Thorsten Garrels, Hendrik Jürgens, Prof. Uwe Schmidtmann   J2EE in der Feldbussimulation
                                             Analyse
                                        Modellbildung      Ziele der Simulation
                                    Leistungsmessung       Projektbeschreibung
                                     Fazit / Ausblick


 Projektbeschreibung




             Entwicklung eines Frameworks zur Simulation von
             Feldbus-Systemen
             direkte Ansteuerung durch SPS
             Verwendung zukunftsweisender Technologien: VRML, J2EE




Thorsten Garrels, Hendrik Jürgens, Prof. Uwe Schmidtmann   J2EE in der Feldbussimulation
                                             Analyse
                                        Modellbildung      Ziele der Simulation
                                    Leistungsmessung       Projektbeschreibung
                                     Fazit / Ausblick


 Weshalb J2EE?


                                                Skalierbarkeit
                     J2EE bietet                Flexibilität
                                                Stabilität




Thorsten Garrels, Hendrik Jürgens, Prof. Uwe Schmidtmann   J2EE in der Feldbussimulation
                                             Analyse
                                        Modellbildung      Ziele der Simulation
                                    Leistungsmessung       Projektbeschreibung
                                     Fazit / Ausblick


 Weshalb J2EE?


                                                Skalierbarkeit
                     J2EE bietet                Flexibilität
                                                Stabilität



      Frage:
      Ist die J2EE Technologie geeignet, um verteilte Steuerungssysteme
      zu simulieren?




Thorsten Garrels, Hendrik Jürgens, Prof. Uwe Schmidtmann   J2EE in der Feldbussimulation
                                             Analyse       Logik
                                        Modellbildung      Buskoppler
                                    Leistungsmessung       Fieldbus Cluster
                                     Fazit / Ausblick      Visualisierung


 Übersicht

      1   Analyse
            Ziele der Simulation
            Projektbeschreibung

      2   Modellbildung
           Logik
           Buskoppler
           Fieldbus Cluster
           Visualisierung

      3   Leistungsmessung

      4   Fazit / Ausblick


Thorsten Garrels, Hendrik Jürgens, Prof. Uwe Schmidtmann   J2EE in der Feldbussimulation
                                                 Analyse               Logik
                                            Modellbildung              Buskoppler
                                        Leistungsmessung               Fieldbus Cluster
                                         Fazit / Ausblick              Visualisierung


 Domänen der Automatisierungstechnik

                                                             PLC




                                                                                                  Logic
                                                           ModbusTCP




                                       ModbusTCP

                                      Bus Coupler




                                                                                                  CAE
                          Frequency
                                           Valve Cluster
                          Converter




                                                                                                  CAD
                             M




Thorsten Garrels, Hendrik Jürgens, Prof. Uwe Schmidtmann               J2EE in der Feldbussimulation
                                                 Analyse                Logik
                                            Modellbildung               Buskoppler
                                        Leistungsmessung                Fieldbus Cluster
                                         Fazit / Ausblick               Visualisierung


 Überblick: Virtualisierung der Domänen

                                                             PLC
                                                           ModbusTCP                                         a




                                                                           Modbus     Interbus     Another
                                       ModbusTCP                            TCP         TCP        Bus TCP

                                      Bus Coupler                                  FieldbusServer
                                                                                                             b




                                                                                          RMI
                                                                                 FieldbusCluster


                          Frequency                                    Frequency                    Valve    c
                                           Valve Cluster               Converter                   Cluster
                          Converter




                                                                           RMI

                                                                                   Visualization
                                                                                      VRML
                             M                                                                               d
                                                                       M




Thorsten Garrels, Hendrik Jürgens, Prof. Uwe Schmidtmann                J2EE in der Feldbussimulation
                                                 Analyse                Logik
                                            Modellbildung               Buskoppler
                                        Leistungsmessung                Fieldbus Cluster
                                         Fazit / Ausblick               Visualisierung


 Level A – Logik

                                                             PLC
                                                           ModbusTCP                                         a




                                                                           Modbus     Interbus     Another
                                       ModbusTCP                            TCP         TCP        Bus TCP

                                      Bus Coupler                                  FieldbusServer
                                                                                                             b




                                                                                          RMI
                                                                                 FieldbusCluster


                          Frequency                                    Frequency                    Valve    c
                                           Valve Cluster               Converter                   Cluster
                          Converter




                                                                           RMI

                                                                                   Visualization
                                                                                      VRML
                             M                                                                               d
                                                                       M




Thorsten Garrels, Hendrik Jürgens, Prof. Uwe Schmidtmann                J2EE in der Feldbussimulation
                                             Analyse        Logik
                                        Modellbildung       Buskoppler
                                    Leistungsmessung        Fieldbus Cluster
                                     Fazit / Ausblick       Visualisierung


 Level A – Logik



                                                                 re
                                                                      ad
                               exec




                                                                 te
                                                           wri


Thorsten Garrels, Hendrik Jürgens, Prof. Uwe Schmidtmann    J2EE in der Feldbussimulation
                                                 Analyse                Logik
                                            Modellbildung               Buskoppler
                                        Leistungsmessung                Fieldbus Cluster
                                         Fazit / Ausblick               Visualisierung


 Level B – Buskoppler

                                                             PLC
                                                           ModbusTCP                                         a




                                                                           Modbus     Interbus     Another
                                       ModbusTCP                            TCP         TCP        Bus TCP

                                      Bus Coupler                                  FieldbusServer
                                                                                                             b




                                                                                          RMI
                                                                                 FieldbusCluster


                          Frequency                                    Frequency                    Valve    c
                                           Valve Cluster               Converter                   Cluster
                          Converter




                                                                           RMI

                                                                                   Visualization
                                                                                      VRML
                             M                                                                               d
                                                                       M




Thorsten Garrels, Hendrik Jürgens, Prof. Uwe Schmidtmann                J2EE in der Feldbussimulation
                                              Analyse      Logik
                                         Modellbildung     Buskoppler
                                     Leistungsmessung      Fieldbus Cluster
                                      Fazit / Ausblick     Visualisierung


 Merkmale des Fieldbus Server




              Modbus      Interbus     Another
               TCP          TCP        Bus TCP
                                                               Bus-Koppler

                     FieldbusServer
                                                               TCP/IP oder JNI
                                                               Load Balancing




Thorsten Garrels, Hendrik Jürgens, Prof. Uwe Schmidtmann   J2EE in der Feldbussimulation
                                              Analyse      Logik
                                         Modellbildung     Buskoppler
                                     Leistungsmessung      Fieldbus Cluster
                                      Fazit / Ausblick     Visualisierung


 Merkmale des Fieldbus Server




              Modbus      Interbus     Another
               TCP          TCP        Bus TCP
                                                               Bus-Koppler

                     FieldbusServer
                                                               TCP/IP oder JNI
                                                               Load Balancing




Thorsten Garrels, Hendrik Jürgens, Prof. Uwe Schmidtmann   J2EE in der Feldbussimulation
                                              Analyse      Logik
                                         Modellbildung     Buskoppler
                                     Leistungsmessung      Fieldbus Cluster
                                      Fazit / Ausblick     Visualisierung


 Merkmale des Fieldbus Server




              Modbus      Interbus     Another
               TCP          TCP        Bus TCP
                                                               Bus-Koppler

                     FieldbusServer
                                                               TCP/IP oder JNI
                                                               Load Balancing




Thorsten Garrels, Hendrik Jürgens, Prof. Uwe Schmidtmann   J2EE in der Feldbussimulation
                                                 Analyse                Logik
                                            Modellbildung               Buskoppler
                                        Leistungsmessung                Fieldbus Cluster
                                         Fazit / Ausblick               Visualisierung


 Überblick: Virtualisierung der Domänen

                                                             PLC
                                                           ModbusTCP                                         a




                                                                           Modbus     Interbus     Another
                                       ModbusTCP                            TCP         TCP        Bus TCP

                                      Bus Coupler                                  FieldbusServer
                                                                                                             b




                                                                                          RMI
                                                                                 FieldbusCluster


                          Frequency                                    Frequency                    Valve    c
                                           Valve Cluster               Converter                   Cluster
                          Converter




                                                                           RMI

                                                                                   Visualization
                                                                                      VRML
                             M                                                                               d
                                                                       M




Thorsten Garrels, Hendrik Jürgens, Prof. Uwe Schmidtmann                J2EE in der Feldbussimulation
                                             Analyse       Logik
                                        Modellbildung      Buskoppler
                                    Leistungsmessung       Fieldbus Cluster
                                     Fazit / Ausblick      Visualisierung


 Merkmale des Fieldbus Clusters




                      FieldbusCluster
                                                               basiert auf der J2EE
               Frequency             Valve
                                                               Technologie
               Converter            Cluster
                                                               Abbild und Simulation der
                                                               E/A und Feldbus Systeme




Thorsten Garrels, Hendrik Jürgens, Prof. Uwe Schmidtmann   J2EE in der Feldbussimulation
                                             Analyse       Logik
                                        Modellbildung      Buskoppler
                                    Leistungsmessung       Fieldbus Cluster
                                     Fazit / Ausblick      Visualisierung


 Merkmale des Fieldbus Clusters




                      FieldbusCluster
                                                               basiert auf der J2EE
               Frequency             Valve
                                                               Technologie
               Converter            Cluster
                                                               Abbild und Simulation der
                                                               E/A und Feldbus Systeme




Thorsten Garrels, Hendrik Jürgens, Prof. Uwe Schmidtmann   J2EE in der Feldbussimulation
                                             Analyse       Logik
                                        Modellbildung      Buskoppler
                                    Leistungsmessung       Fieldbus Cluster
                                     Fazit / Ausblick      Visualisierung


 Exkurs: Java 2 Enterprise Edition




Thorsten Garrels, Hendrik Jürgens, Prof. Uwe Schmidtmann   J2EE in der Feldbussimulation
                                             Analyse       Logik
                                        Modellbildung      Buskoppler
                                    Leistungsmessung       Fieldbus Cluster
                                     Fazit / Ausblick      Visualisierung


 Exkurs: Java 2 Enterprise Edition




            Stateful              Stateless                             CMP                BMP




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                                             Analyse       Logik
                                        Modellbildung      Buskoppler
                                    Leistungsmessung       Fieldbus Cluster
                                     Fazit / Ausblick      Visualisierung


 Fieldbus Cluster


                                      FieldbusCluster

                  Entity Bean
              Entity Bean




                                    Session Bean
                 Valve
                Cluster




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                                             Analyse       Logik
                                        Modellbildung      Buskoppler
                                    Leistungsmessung       Fieldbus Cluster
                                     Fazit / Ausblick      Visualisierung


 Fieldbus Cluster


                                      FieldbusCluster

                  Entity Bean
              Entity Bean




                                    Session Bean
                 Valve                                                                 Frequency
                Cluster                                                                Converter


                                                                                           1   2




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                                             Analyse       Logik
                                        Modellbildung      Buskoppler
                                    Leistungsmessung       Fieldbus Cluster
                                     Fazit / Ausblick      Visualisierung


 Fieldbus Cluster


                                      FieldbusCluster

                  Entity Bean                                 Entity Bean
              Entity Bean




                                    Session Bean              Frequency
                 Valve                                        Converter
                Cluster

                                                              1      2




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                                             Analyse       Logik
                                        Modellbildung      Buskoppler
                                    Leistungsmessung       Fieldbus Cluster
                                     Fazit / Ausblick      Visualisierung


 Fieldbus Cluster


                                      FieldbusCluster

                  Entity Bean                                 Entity Bean
              Entity Bean




                                    Session Bean              Frequency
                 Valve                                        Converter
                Cluster

                                                              1      2




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                                             Analyse       Logik
                                        Modellbildung      Buskoppler
                                    Leistungsmessung       Fieldbus Cluster
                                     Fazit / Ausblick      Visualisierung


 Fieldbus Cluster


                                      FieldbusCluster

                  Entity Bean                                 Entity Bean
              Entity Bean




                                    Session Bean              Frequency
                 Valve                                        Converter
                Cluster

                                                              1      2




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                                             Analyse       Logik
                                        Modellbildung      Buskoppler
                                    Leistungsmessung       Fieldbus Cluster
                                     Fazit / Ausblick      Visualisierung


 Fieldbus Cluster


                                      FieldbusCluster

                  Entity Bean                                 Entity Bean
              Entity Bean




                                    Session Bean              Frequency
                 Valve                                        Converter
                Cluster

                                                              1      2




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                                             Analyse       Logik
                                        Modellbildung      Buskoppler
                                    Leistungsmessung       Fieldbus Cluster
                                     Fazit / Ausblick      Visualisierung


 Fieldbus Cluster


                                      FieldbusCluster

                  Entity Bean                                 Entity Bean
              Entity Bean




                                    Session Bean              Frequency
                 Valve                                        Converter
                Cluster

                                                              1      2




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                                                 Analyse                Logik
                                            Modellbildung               Buskoppler
                                        Leistungsmessung                Fieldbus Cluster
                                         Fazit / Ausblick               Visualisierung


 Überblick: Virtualisierung der Domänen

                                                             PLC
                                                           ModbusTCP                                         a




                                                                           Modbus     Interbus     Another
                                       ModbusTCP                            TCP         TCP        Bus TCP

                                      Bus Coupler                                  FieldbusServer
                                                                                                             b




                                                                                          RMI
                                                                                 FieldbusCluster


                          Frequency                                    Frequency                    Valve    c
                                           Valve Cluster               Converter                   Cluster
                          Converter




                                                                           RMI

                                                                                   Visualization
                                                                                      VRML
                             M                                                                               d
                                                                       M




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                                             Analyse
                                        Modellbildung
                                    Leistungsmessung
                                     Fazit / Ausblick


 Übersicht

      1   Analyse
            Ziele der Simulation
            Projektbeschreibung

      2   Modellbildung
           Logik
           Buskoppler
           Fieldbus Cluster
           Visualisierung

      3   Leistungsmessung

      4   Fazit / Ausblick


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                                             Analyse
                                        Modellbildung
                                    Leistungsmessung
                                     Fazit / Ausblick


 Versuchsaufbau


        Prozessor:            Intel P4 3.00GHz
        Speicher:             1024 MB
        Netzwerk:             100 Mbit                         Lese-/Schreibzeiten für bis
        OS:                   Linux (2.6.15)                   zu 1000 Coils
        AS:                   JBoss 4.0.4                      Einfluss der Datenbankwahl
        JAVA:                 Sun JDK 1.5                      clusterbedingte
        MySQL:                Version 4.0.24                   Leistungssteigerung
        PostgreSQL:           Version 7.4.7
        HSQLDB:               Version 1.8.0.5




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                                             Analyse
                                        Modellbildung
                                    Leistungsmessung
                                     Fazit / Ausblick


 mittlere Datenbanklast unter BMP und CMP

                        [%] Verwendung von BMP mit 1000 Coils
                       DBType       1 Node 2 Nodes 3 Nodes
                       PostgreSQL     25      35        45
                       MySQL          15      25        35
                       HSQLDB         35      50        60


                        [%] Verwendung von CMP mit 1000 Coils
                       DBType       1 Node 2 Nodes 3 Nodes
                       PostgreSQL     40      50        65
                       MySQL          50      65        80
                       HSQLDB         65      80        90


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                                             Analyse
                                        Modellbildung
                                    Leistungsmessung
                                     Fazit / Ausblick


 Vergleich CMP/BMP MySQL 1 Knoten




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                                             Analyse
                                        Modellbildung
                                    Leistungsmessung
                                     Fazit / Ausblick


 Vergleich MySQL 1 ∧ 3 Knoten (CMP)




Thorsten Garrels, Hendrik Jürgens, Prof. Uwe Schmidtmann   J2EE in der Feldbussimulation
                                             Analyse
                                        Modellbildung
                                    Leistungsmessung
                                     Fazit / Ausblick


 Vergleich MySQL 1 ∧ 3 Knoten (BMP)




Thorsten Garrels, Hendrik Jürgens, Prof. Uwe Schmidtmann   J2EE in der Feldbussimulation
                                             Analyse
                                        Modellbildung
                                    Leistungsmessung
                                     Fazit / Ausblick




      Fazit

             Die Messergebnisse zeigen ein Zeitverhalten, welches sich dem
             realer SPS annähert.


             Folglich erweist sich J2EE als adäquat für die Simulation
             verteilter Steuerungssysteme.


             Die Wahl des Datenbanksystemes sowie des Entity-Types
             (BMP/CMP) hat einen beträchtlichen Einfluss auf die
             Systemperformance.




Thorsten Garrels, Hendrik Jürgens, Prof. Uwe Schmidtmann   J2EE in der Feldbussimulation
                                             Analyse
                                        Modellbildung
                                    Leistungsmessung
                                     Fazit / Ausblick




      Ausblick

             Weitere Annäherung an gängige SPS-Zyklus-Zeiten durch die
             Optimierung der Datenbankkonfiguration und der Infrastruktur


             Messungen mit Anfragen mehrerer SPS


             Implementierung des Verhaltens realer Feldbusobjekte




Thorsten Garrels, Hendrik Jürgens, Prof. Uwe Schmidtmann   J2EE in der Feldbussimulation
                                             Analyse
                                        Modellbildung
                                    Leistungsmessung
                                     Fazit / Ausblick




                            Vielen Dank für Ihr Interesse !

         Thorsten Garrels             Hendrik Jürgens              Prof. Uwe Schmidtmann



                   PEARL 2007 — Workshop Mobilität und Echtzeit
                     06.-07. Dezember 2007, Boppard am Rhein




Thorsten Garrels, Hendrik Jürgens, Prof. Uwe Schmidtmann   J2EE in der Feldbussimulation