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Martin Mayer: Server und Netzwerke in der Gebäudetechnik

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Ausfälle von Steuerungs- und Regeleinheiten in Gebäuden sind ein heikles Thema. Lässt sich der kurzzeitige IT-basierte Ausfall der Klimaanlage noch mit einem kalten Getränk kompensieren, sieht das bei Ausfällen von Aufzügen oder Schließ- und Alarmsystemen...

Tübingen, 09.08.2013 - Ausfälle von Steuerungs- und Regeleinheiten in Gebäuden sind ein heikles Thema. Lässt sich der kurzzeitige IT-basierte Ausfall der Klimaanlage noch mit einem kalten Getränk kompensieren, sieht das bei Ausfällen von Aufzügen oder Schließ- und Alarmsystemen schnell ganz anders aus. Unser Gastautor Martin Mayer skizziert Herausforderungen und Lösungen beim Einsatz von sicheren Servern und Netzwerken in der Gebäudetechnik.

In der Steuerungs- und Regeltechnik basieren immer mehr Applikationen und Anwendungen auf IT-Systemen. Ein Blick in die Leitstelle von Gebäuden genügt: Ein Heer von Monitoren zeigt aktuelle Statusinformationen und Störmeldungen von Heizungs-, Lüftungs-, Kälteanlagen und vielen weiteren Regelsystemen an. Steuer- und Regelgeräte, wie SPS oder DDC, werden vermehrt über Ethernet vernetzt und tauschen untereinander und mit der Leitstelle Informationen aus. Umso schlimmer, wenn einmal die IT streikt. Zum Beispiel, wenn ein Server plötzlich einen Hardwaredefekt aufweist, ein Netzwerk-Verteiler (Switch) ausfällt oder Daten aufgrund defekter Festplatten oder Speichersysteme für immer verloren gehen. Diese Schwachstellen, die im Störfall zu einem Teil- oder Komplettausfall des Systems führen, werden gemeinhin als SPOF: "single point of failure" (dt.: einzelne Stelle des Scheiterns) bezeichnet.

In Abb. 1 sehen Sie ein System, welches mehrere SPOF aufweist. Fällt hier ein einziger Server aus, ist die Leitstelle für zwei Bauten (entweder 1+2 oder 3+4) außer Betrieb. Dasselbe ist der Fall, wenn einer der Switche nicht mehr arbeitet. Noch kritischer ist die Einbindung des Hauptswitches: Fällt dieser aus, hat die Leitstelle zu den Bauten keinerlei Verbindung mehr.

Oft wird ein kurzzeitiger Ausfall als nicht allzu gravierend empfunden. Doch kurzzeitig ist z.B. dann schon viel zu lang, wenn es die Schließanlage des Gebäudes oder andere existentielle Module der Gebäudetechnik betrifft. Was können Sie also tun um Ausfälle generell zu vermeiden oder diese so kurz wie möglich zu halten? Viele Leitstandbetreiber haben deshalb für wichtige Geräte Ersatzgeräte angeschafft, welche Kosten in der Anschaffung verursacht haben, ihr Dasein jedoch dann unbenutzt im Keller verbringen und oftmals Jahre auf einen Einsatz warten. Diese Art der Redundanz - scherzhaft als Regalredundanz bezeichnet - ist im Notfall selten von Erfolg gekrönt. Denn welcher der Anwender besitzt das nötige Know- how, um einen Switch zu tauschen und zu konfigurieren, oder einen Server durch ein Austauschgerät zu ersetzen?

Hier sind wieder Fachleute gefragt. Stunden oder Tage gehen ins Land bis diese sich dem Problem annehmen und der Leitstand wieder vernünftig funktioniert. Ausfälle und Störungen können immer auftreten - das lässt sich weder abstreiten noch komplett vermeiden. Das Einzige, was neben dem Einsatz von qualitativ hochwertigen Geräten hilft, ist die Schwachstellen des Systems zu kennen und einen dezidierten Plan zu haben, wie im Störfall vorgegangen werden muss.

Da solche Ausfälle meist dann passieren, wenn sie am wenigsten tragbar sind und niemand zur Stelle ist, der sich auskennt, wäre es natürlich am besten, wenn sich das System automatisch wieder selbst in einen funktionierenden Zustand versetzen könnte - und das in Sekundenschnelle.

In der Informationstechnik, in welcher der unterbrechungsfreie Betrieb eines Rechenzentrums höchste Priorität besitzt, gibt es einige Methoden, die sich für Szenarien in der Gebäudetechnik eignen: Zum Beispiel die Verteilung des Netzwerkverkehrs auf mehrere Geräte.

Server-Cluster: Einer für alle - alle für Einen. Im Regelfall leitet Switch 1 den Netzwerkverkehr für Bau 1 und 2 weiter, Switch 2 den für Bau 3 und 4. Fällt ersterer jedoch aus, so ist Switch 2 in der Lage den Netzwerkverkehr von diesem zu übernehmen und einen nahezu unterbrechungsfreien Betrieb zu gewährleisten. Die Dauer des Ausfalls liegt in einem solchen Fall, je nach eingesetzter Technik und Topologie, im Bereich von Sekunden oder sogar Millisekunden.

Ähnlich sieht es bei den Servern aus, die von den Steuer- und Regelgeräten Daten abfragen oder empfangen. Hier werden mehre Server zu einem "Cluster" (dt.: Gerätegruppe) zusammengeschaltet. Das heißt, mehrere Server teilen die Rechenlasten, sind aber in der Lage im Falle eines oder mehrerer Ausfälle die Rechenlasten der ausgefallenen Server zu übernehmen. Diese Übernahme erfolgt vollautomatisch innerhalb weniger Minuten. So schnell kann und könnte kein IT- Experte reagieren.

Ein Server ist ein Server Ein anderes Problem: Oft arbeitet das Personal der Leitstelle direkt auf den Servern - so wie an einem ganz normalen Arbeits-PC. Allerdings hat ein Server eigentlich nur eine Aufgabe: das Sammeln und Aufbereiten von Daten. Er hat auf keinen Fall die Aufgabe Anwendern zu ermöglichen direkt auf diesem ein Word-Dokument zu bearbeiten oder per USB- Stick Daten zu transferieren. Genau das aber stellt ein sehr großes Gefahrenpotenzial dar und ist im Alltag trotzdem gängige Praxis. Denn welcher Anwender prüft seinen USB-Stick regelmäßig auf Viren? Und wer des 15-köpfigen Personals, das Zugriff zu den Servern hat, hat Schuld, wenn offensichtlich etwas verstellt wurde?

Ein Server ist ein Server und daher kommt er in der Informationstechnik auch nur als Server zum Einsatz und wird zu nichts anderem verwendet. Wie wird aber dann das Regelschema angezeigt, dass der Server aufbereitet? Über so genannte "Clients", die als Arbeitsplatz dienen. Die Bilder und Werte werden vom Server abgefragt und auf den Clients dargestellt. Geht jetzt etwas bei der Arbeit schief, so ist lediglich der Client betroffen, nicht jedoch der Server. Dieser arbeitet ungestört weiter.

Investieren Sie in das richtige Fundament Letztendlich gibt es immer mehrere Wege, Systeme ausfallsicher zu machen und zudem noch Unmengen an Details, die hier nicht beachtet wurden. Die skizzierten Lösungswege sind daher nur wenige Möglichkeiten von vielen. Jedes System hat besondere Anforderungen, die sowohl eine Beratung als auch Planung durch einen Spezialisten erfordern. Binden Sie einen Fachmann frühzeitig in die Projektion Ihrer IT-Infrastruktur ein. Das ist die notwendige Investition in das richtige Fundament, um kostspielige und nervenaufreibende Systemausfälle in der Zukunft zu vermeiden. Martin Mayer ist Geschäftsführer der m² IT Solutions e. K. mit Sitz in Tübingen, www.m2-it-solutions.de


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