Open Source Monitoring im Cloud Native-Umfeld

Was ist Prometheus?

| Autor / Redakteur: MiR / Florian Karlstetter

Monitoring mit Prometheus, einem Projekt der Cloud Native Computing Foundation.
Monitoring mit Prometheus, einem Projekt der Cloud Native Computing Foundation. (Bild: gemeinfrei (© Gerd Altmann) / Pixabay)

Prometheus - der Name ist aus der griechischen Mythologie entliehen - ist ein Monitoringsystem, das die Probleme der klassischen Lösungen mit modernen, skalierenden Setups mit einem komplett anderen Ansatz löst. Prometheus wird seit 2016 als Projekt der Cloud Native Computing Foundation geführt.

Das Monitoring-Tool Prometheus präsentiert sich im Kern als eine Zeitreihendatenbank. Dabei verfolgt Prometheus das Ziel, in Umgebungen dieser Art sowohl Monitoring als auch Alerting sowie Trending zu realisieren. Unternehmen stehen in der heutigen Zeit gerade bei der Verwaltung von Standards, Code und Steuerungsstrategien über mehrere SPS- oder auch SCADA/HMI-Systeme hinweg vor einer großen Herausforderung, die mit Problemen und einem hohen Arbeitsaufwand einhergehen. Mit dem Monitoring-Tool Prometheus ist aber mittlerweile eine universelle Konfigurationslösung erhältlich, mit der ein Unternehmen den Steuercode für die jeweilige Leittechnik (Bediensystem, SPS, I/O-Ebene etc.) autark programmiert und auch dokumentiert.

Höhere Flexibilität durch Optimierung der Automatisierung- und Steuerungssysteme

Prometheus gewährleistet dabei eine außergewöhnliche Hochsprachen-Programmierumgebung, die Nutzern vielfältige Möglichkeiten offeriert. Es lassen sich zum Beispiel hochgradig komplexe Konfigurationen und die damit zusammenhängende Aufgaben automatisieren. Möglich ist es aber auch, dass - unabhängig von der Herstellermarke oder dem Typus - sämtliche Komponenten der Leittechnik gezielt konfiguriert werden können.

Unternehmen bzw. die involvierten Mitarbeiter werden dadurch von der Komplexität der Umgebungen befreit und müssen sich nicht mit der stetigen Aktualisierung einzelner Programme beschäftigen. Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass die Unternehmen eine spürbar höhere Flexibilität im Hinblick auf die eigenen Automatisierungs- und Steuerungssysteme erlangen. In der Regel laufen in den Anlagen dadurch die Prozesse stets effizient und im Rahmen der neuesten Techniken bzw. Technologien ab.

Dies sind die wesentlichen Vorteile von Prometheus

  • Die Projektierung der Leittechnik weist eine deutlich geringere Komplexität auf.
  • Unternehmen sparen Zeit und Kosten durch den geringeren Aufwand ein.
  • Die eigenen Ressourcen bzw. Kapazitäten werden geschont.
  • Es ist nicht mehr zwingend eine umfassende Expertise für die Implementierung, die Inbetriebnahme oder das Deployment erforderlich.
  • Alle Standards können unabhängig vom Hersteller und vom Gerätetyp zentralisiert verwaltet werden.
  • Das automatisierte Änderungsmanagement erhöht die Lebensdauer von Geräten und führt zu einer nachhaltig höheren Leistung.
  • Da Prometheus die jeweiligen Steuerungsstrategien erfasst und dokumentiert, wird der Wissenstransfer zwischen Mitarbeitern oder auch Abteilungen gefördert.

Prometheus bietet in allen Leittechnik-Bereichen explizite Vorteile

Das spezielle Monitoring Tool ist in der Form konzeptioniert, dass alle Bereiche der Leittechnik sowie der gesamte Entwicklungsprozess passgenau strukturiert und vereinfacht wird. Zum Einsatz kommen dabei zum Beispiel Simulationen und Live-Anzeigen rund um die Logikabarbeitung. Für die Betriebsmannschaften bedeutet dies ein deutliches Plus an Transparenz. Auch die integrierte Echtzeitüberwachung steht für echten Mehrwert. Bei erforderlichen Änderungen sorgt diese für eine störungsfreie und permanent sichere Übertragung der Prozessoptimierung.

Den benötigten Steuercode entwickelt das Monitoringsystem zwar unabhängig vom Zielgerät, aber die Originalsoftware des Herstellers kompiliert ihn anschließend. Damit sind zum einen die Validierung sowie die Konformität und zum anderen auch der Download in das Zielgerät gewährleistet. Prometheus sichert also die Einhaltung von Standards sowie eine geräteneutrale Entwicklung und Verwaltung. Gleichzeitig kann jederzeit der Zugriff auf die Funktionalität von Plattformen oder der Hersteller-Tools erfolgen. Das stellt die generelle HW-Kompatibilität sicher.

Prometheus 1.0 - die Systemanforderungen

  • Die Entwicklungsumgebung von Prometheus 1.0 unterstützt Windows 8 und Windows 10 (32/64-Bit) sowie die Server 2008 R2 und 2012 R2.
  • Im Rahmen der Laufzeitumgebung kann die Steuerungslogik auf GNU Compiler Collection übersetzt bzw. kompiliert werden. Das ermöglicht die Ausführung auf Windows-, Linux-, OSX- und OS9-Rechnern.
  • Prometheus unterstützt die Norm IEC1131-3 für SPS-Logik (KOP, FBS, AS, ST). Die Logik kann dabei auf Zielen sowohl mit als auch ohne IEC-Konformität implementiert werden.
  • Der erzeugte Code und die Zielplattform nutzen die gleiche native Sprache.
  • Im Hinblick auf die Sicherheit unterstützt Prometheus das Betriebssystem (Windows-basierte Sicherheit), die Verteilung (Sicherheit der Herstellersoftware) und die Datenbank (SQL-Sicherheit).

Von diesen Features profitieren Unternehmen

Prometheus selbst bietet ein Multiuser-Framework, was gewährleistet, dass alle involvierten Beteiligten stets auf dem aktuellen Projektstand sind. Dadurch werden Probleme rechtzeitig erkannt. Zudem erhöht sich die Handlungs- und Reaktionsschnelligkeit. Die Steuerungseinheiten sind als modulare Komponenten gestaltet, was die Arbeitsabläufe in Prometheus noch flexibler macht. Dabei ist es egal, ob erst die Prozesse definiert werden oder die Konfiguration der E/A-Ebene den Startpunkt darstellt. Unvollständige Arbeitsschritte werden von dem Tool gekennzeichnet. Dadurch kann kein Arbeitsschritt ausgelassen bzw. vergessen werden. Validierungen und Tests übernehmen dabei die integrierten Grob-Simulationen.

Prometheus bietet zudem nicht nur umfangreiche Code-Bibliotheken, sondern arbeitet diesbezüglich mit einem intelligenten Baukastensystem. Für die Nutzer bringt das einen entscheidenden Vorteil. Denn diese müssen nicht zwingend die Programmierung von Siemens, Raspberry Pi, Modicon oder zum Beispiel Allen-Bradley beherrschen. Dies hat den Vorteil, dass sich Projekte vergleichsweise schnell implementieren lassen und Verbesserungen in anlagen- und produktionstechnischer Sicht aus unterschiedlichen Disziplinen kommen können.

Prozess-Zustandsüberwachung und Änderungsanalysen sind jederzeit möglich

Zudem ist jederzeit eine zentralisierte Verwaltung von Standards an lediglich einer einzigen Bedienkonsole realisierbar. Planungsteams können diesbezüglich standardisierte Bibliotheken respektive Vorlagen auf klassischen, handelsüblichen PCs entwickeln und später durch leistungsstärkere Systeme ersetzen, die auf einem konfigurierten Code basieren.

Hinsichtlich der Änderungen von Komponenten im Rahmen laufender Systeme verwendet das Monitoring Tool spezielle Analysen, die einen Ausblick auf die Auswirkungen der jeweiligen Änderung geben. Dies gewährleistet eine nahtlose Synchronisation sämtlicher Komponenten, was letztendlich dann in Echtzeit eine schrittweise Optimierung von Anlagen unter Berücksichtigung etwaiger Risiken erlaubt. Prometheus sorgt durch dieses Feature dafür, dass die Leistung einer Anlage stufenweise gesteigert werden kann.

Weitere Leistungsmerkmale von Prometheus

Das Spektrum an Funktionen und Features ist ungemein breit gestreut. Neben den bereits skizzierten Möglichkeiten bietet Prometheus zudem zum Beispiel noch einen nativen Konnektor und unterschiedliche Test-Möglichkeiten der gewählten Steuerstrategie. Außerdem müssen dank der XML-Verteilung bereits vorhandene Betreiber-Systeme nicht geändert werden. Um eine schnellere Fehlerbehebung zu gewährleisten, stehen Tools für die Bearbeitung und Animation der Laufzeit-Ausführung zur Verfügung. Die Erst-Implementierung wird grundsätzlich durch die Option eines inkrementellen Downloads deutlich vereinfacht.

Erwähnenswert an dieser Stelle ist auch, dass Prometheus seit 2016 als Projekt unter dem Dach der Cloud Native Computing Foundation (CNCF) geführt wird..

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