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Kommunikationsinfrastruktur


Kommunikation hat in Energieanlagen schon immer eine entscheidende Rolle gespielt. Dies wird umso mehr der Fall sein, wenn es um die Implementierung einer durchgängigen und beidseitig offenen Kommunikationsnetz-Infrastruktur geht. Belden spielt mit innovativen Produkten, Lösungen und Services für ein intelligenteres Smart Grid bei der Energieübertragung und -verteilung eine wichtige Rolle. Dabei setzt Belden alles daran, eine äußerst zuverlässige, sichere und standardbasierte Kommunikationsinfrastruktur bereitzustellen.

Stromnetz-Zuverlässigkeit für maximale Betriebszeit

Solide, langfristige Partnerschaften mit den führenden Unternehmen des Energiesektors haben es Belden ermöglicht, innovative, schaltanlagenspezifische Kommunikationsnetzwerk-, Verdrahtungs- und Konnektivitätslösungen zu entwickeln, mit deren Hilfe Energieversorger die Zuverlässigkeit ihrer Stromnetze unter unterschiedlichsten Betriebsbedingungen sicherstellen und die Betriebsdauer wichtiger Anlagen verlängern können. Belden sorgt für die Verfügbarkeit äußerst verlässlicher Kommunikationsinfrastruktur.

Konformität für mehr Effizient

Belden-Produkte sind auf Konformität mit der Ethernet-basierten Norm IEC 61850 für die Automatisierung und den Schutz von Schaltanlagen, IEC 62351 für Daten- und Kommunikationssicherheit, IEEE 1588 für präzise Uhrzeitsynchronisation sowie mit den Redundanzprotokollen (PRP, HRP) nach IEC-62439-Norm ausgelegt, wobei hiermit nur einige der vielen Schlüsselnormen genannt sind. Dank der Unterstützung von Interoperabilität, freier Architektur und unterbrechungsfreier, beidseitig offener Datenkommunikation in Schaltanlagen hilft diese Konformität Energieversorgern, ihre Effizienz zu steigern.

Cyber-Netzwerkschutz für höhere Verfügbarkeit und Sicherheit

Schaltanlagen-Kommunikationsnetzwerke stellen eine unternehmenskritische Infrastruktur dar. Sicherheitsbedrohungen bestehen im Allgemeinen in Angriffen auf Anlagen oder resultieren aus einer unbeabsichtigten Fehlbedienung des Systems. Cyber-Sicherheit ist unverzichtbar für die Zuverlässigkeit des Schaltanlagensystems. Cyber-Sicherheit hält die Verfügbarkeit und Sicherheit von Steuerungssystemen aufrecht und senkt die Betriebskosten in Schaltanlagen. Belden sorgt für maximalen Schutz in allen Schaltanlagen-Automatisierungsnetzwerken und bietet eine vollständige Palette an einzigartigen Produkten und Lösungen, die selbst anspruchsvollste Sicherheitsanforderungen erfüllen.

Kostensenkung durch LWL-basierten Prozessbus

Ein auf LWL-Verkabelung basierender Prozessbus ist der erste Schritt, um den Anteil an Kupferdraht in der digitalen Schaltanlage zu senken. Statt etlicher Kilometer Kupferkabel in einer HV-Schaltanlage brauchen nur wenige hundert Meter LWL-Kabel installiert zu werden. In kritischen Situationen wie etwa bei Blitzschlag gewährleisten LWL eine 100%-ige Verfügbarkeit der Kommunikationsnetzwerk-Infrastruktur, wenn kurze Reaktionszeiten gefragt sind.

Erfüllung der anspruchsvollsten Schaltanlagen-Anforderungen

Hirschmann™-Schaltanlagenprodukte erfüllen alle Anforderungen hinsichtlich Umgebungsbedingungen, EMV-Vorschriften und der auf allen Ebenen der Schaltanlagen-Automatisierung benötigten Funktionalität.

Design, das Ihren Anforderungen entspricht

Führende Anbieter von Schaltanlagen-Automatisierung vertrauen auf Produkte von Belden, die nahtlos in ihre Automatisierungssysteme integriert sind und dort mit maßgeschneiderten Lösungen zu maximaler Systemleistung beitragen.

Umfassende Pre- und After-Sales-Unterstützung

Wir können Kunden auf der ganzen Welt unterstützen und vielfältige Wartungsdienste für unsere Produkte anbieten. Das Belden Competence Center und ein überzeugender „System Integrator Platform“-Plan bieten Unterstützung bei Design und Installation kompletter Kommunikationsnetzwerke für Freiluftschaltanlagen bzw. bei umfassenden Hochrüstungen von Schaltanlagen.

Höchste Qualitätsstandards erfüllen bzw. übertreffen

„Made in Germany“: Hirschmann™-Qualität beruht auf einem Prozess aus drei Phasen. Am Anfang steht ein solider integrierter Forschungs- und Entwicklungsprozess unter Nutzung eingebundener Vorgehensweisen wie z.B. „V-Model“, gefolgt von detaillierten Produktqualifikationsprogrammen bis hin zu 100%-igen Produktionstests, bevor die Auslieferung an den Kunden erfolgt. Alle Belden-Prozesse gehen weit über die branchenunabhängige ISO 9001:2008-Norm hinaus. So übertrifft Hirschmann™ beispielsweise die Anforderungen der IRIS-Norm und ist nach IRIS V 0.2 zertifiziert.

Innovationsförderung im Energiesektor

Belden sorgt für konstante Innovation, etwa auf Gebieten wie dem Einbetten von Ethernet-Schnittstellen in IEDs, und spielt eine führende Rolle bei der Spezifizierung und Implementierung neuer Redundanzprotokolle wie PRP / HSR. Das Unternehmen ist ein Pionier in Sachen Synchronisation sowie Definition neuer Sicherheitsmethoden zum Schutz von Automatisierungssystemen.

Wissensaustausch mit internationalen Normungsausschüssen im Bereich Energieübertragung und -verteilung

Durch seine Marke Hirschmann™ ist Belden in vielen PT&D-Normungsorganisationen aktiv vertreten. Das Unternehmen ist aktives Mitglied bei IEC TC57, IEC SC65C, IEEE1588 und IEEE PSRC sowie im IEEE802 LAN/MAN Standards Committee.

Ethernet-basiertes IEC61580 wird zur Kernnorm für Energieanlagen

IEC61850 ist eine zukunftstaugliche Norm für sichere Investitionen. Sie entspricht den Anforderungen von Versorgungsunternehmen, Produkte von einer Vielzahl von Herstellern kombinieren zu können, damit auch langfristig Geräte austauschbar bleiben und das System erweiterbar ist. Die Norm findet zunehmend Anwendung in der Automatisierung von Verteilerstationen und wird bis hinunter zu Verteilungsanwendungen in Schaltanlagen implementiert werden

Steigende Sicherheitsanforderungen für IP-basierte Schaltanlagenkommunikation

Ein digitalisiertes Stromnetz wird die Art und Weise wie Strom erzeugt, übertragen, verteilt und verbraucht wird grundlegend ändern. Die Kommunikation zwischen diversen Automatisierungskomponenten ist von entscheidender Wichtigkeit und erfordert offene Kommunikationssysteme, die häufig auf Ethernet oder Intranet beruhen. Solche Systeme sind sehr viel anfälliger für Cyber-Angriffe. Zudem müssen Versorgungsunternehmen gesetzliche Vorschriften erfüllen. Die meisten Vorschriften in Bezug auf Cyber-Sicherheit werden erst jetzt allmählich in der Energieversorgungsbranche umgesetzt, und viele Unternehmen haben noch Schwierigkeiten mit dem grundlegenden Verständnis und geeigneten Vorgehensweisen

Implementierung von IEC 61850 fördert den Wechsel von Kupfer- zu LWL-Verkabelung

Die in der Schaltanlage in Gestellen angeordneten Steuerungsgeräte und das Relais-Equipment werden in den zentralen Leitstand der Schaltanlage verlegt und per LWL mit Schaltschränken nahe der Primäranlage verbunden. Damit werden Kupferleitungen zwischen der Schaltanlagenausrüstung und Mess-, Schutz- und Steuergeräten überflüssig. Laut IEE 61850 dürfen Prozessgeräte wie IEDs direkt auf die Primäranlage montiert und per LWL mit dem Leitstand verbunden werden

Unterbrechungsfreie Datenkommunikation auf Prozessebene

Damit die Elektrizität vom Energieerzeuger zum Abnehmer gelangen kann, muss ein kontinuierlicher Datenfluss gewährleistet sein. Daher setzt eine Ethernet-Vernetzung von Transformatorenstationen auf Feldebene eines Energieversorgungsnetzes eine geschäftskritische Datenkommunikation voraus. Die Redundanzprotokolle (PRP, HSR) nach IEC-Norm können erstmals unterbrechungsfreie Kommunikation in Energieanlagen garantieren, selbst unter ungünstigsten Umgebungsbedingungen

What differentiates the technologies MRP vs RSTP?


The Media Redundancy Protocol, MRP, was designed to address the needs of industrial applications. This protocol is described in Standard IEC 62439, the industry standard for high availability networks. MRP is exclusively defined for ring networks, however, it guarantees deterministic fault recover time behavior.


Depending on the set of parameters used, the recovery time in a failure situation can be guaranteed to be less than 500ms, 200ms or even 10ms. Configuration of a MRP ring is very simple, only a redundancy manager has to be defined.


RSTP, the Rapid Spanning Tree Protocol is an optimised Version of STP and is defined by IEEE 802.1D. RSTP implementation works with different kinds of topologies, e.g. rings or meshed networks, even in very large networks. However RSTP does not guarantee deterministic recovery time behavior. The recovery times depend on where in the network the failure happens and on the individual implementation.


Because of this there are several attempts to optimize RSTP by limiting the use to ring topologies and the use of predefined parameters. Based on these optimizations it is possible today to demonstrate fault recovery times the size of 100 milliseconds or even below. The configuration effort for RSTP is medium due to the different options such as root switch, priority, etc.


How many switches can be put in an MRP or RSTP ring?


MRP: 50+. Switches based on ring topology. Recovery time is almost independent of the number of switches in the ring


RSTP: up to 40 Switches for any type of topology. Because RSTP works in a hop-by-hop principle, recovery time will almost linearly increase with the number of switches in the ring.


What are the recovery times of HSR (best case and worst case)?


There is no best or worst case recovery time for HSR, since there is no recovery time at all. The network recovery time from no fault to a single fault in a ring will always be zero. Also, the repair operation from one fault to no fault is also with zero switchover time.


HSR, as MRP or RSTP in ring configuration, can only sustain one fault in the ring network. This is due to the physical topology, not due to the redundancy protocol. Rings that are coupled via Quad Boxes do not share the same redundancy domain. Therefore, each individual ring can sustain a single fault.


Are HSR/PRP standardized technologies or are they proprietary?


Both HSR and PRP are specified in the International Standard IEC 62439-3. HSR and PRP are therefore standardized and not proprietary technologies.


If HSR and PRP are superior to MRP or RSTP, why should I continue to use them? Why shouldn’t I switch over to HSR/PRP completely?


While HSR and PRP are superior to MRP or RSTP in terms of reconfiguration performance, there are also drawbacks to the technology:

  • PRP: Requires a complete network infrastructure for both networks, which usually means double the costs for network equipment.
  • PRP and HSR: For both PRP and HSR, hardware support through FPGAs or ASICs is required, leading to higher device costs.
  • HSR: Compared to an MRP ring or RSTP in ring configuration, HSR carries only 50% of the traffic (available bandwidth is halved due to doubled frame transmission).


Where seamless redundancy is not explicitly needed, the use of MRP (with SubRings) or RSTP technology may be more cost-effective than HSR/PRP. But where the application requirements justify the additional costs, PRP/HSR can be utilized.


If HSR/PRP is a standardized technology, why should I buy an HSR/PRP device from Hirschmann? Other vendors will provide the same redundancy functionality?


There are several answers to this question. It is true that the technology is standardized, but there are several key factors why a customer should buy a Hirschmann HSR/PRP device:

  • Hirschmann was instrumental in the development of the PRP/HSR standard. With Hirschmann products, a customer can be absolutely sure that the device will satisfy every requirement HSR/PRP was designed to accommodate and that, thanks to our detailed insight knowledge, the implementation is of high performance and absolutely 100% standard conformant.
  • A high performance redundancy is almost useless without proper monitoring and fault detection. Hirschmann HSR/PRP switch products will be integrated into our state-of-the-art SCADA tool Industrial HiVision, which adds up to a combined redundancy and network solution that no competitor can match.


What are the typical application fields of PRP and HSR?


HSR and PRP were conceived for use in IEC 61850 substation automation, where network reconfiguration times cannot be tolerated, especially on the process bus with sampled values traffic. However, PRP/HSR can also be used in factory automation, especially as redundancy solutions for motion control applications.


In short, PRP/HSR can be used anywhere when only very low to zero network recovery times can be tolerated. This is especially true in time synchronized networks, e.g. with IEEE 1588v2. HSR in particular with its ring structure and cut-through switching, can also provide very low end-to-end latency on ring networks.


How many HSR ring devices are supported?


The total number of HSR devices in one ring should be limited to 50. This is mainly to reduce the latency in the ring. For very time-critical applications it may be necessary to limit the number of devices even to a smaller number. Another limitation for the number of devices in a ring can be the size of the duplicate detection table inside the device. This is dependent on the implementation.


Are HSR and PRP future-proof technologies? What is the technological outlook?


The IEC standard (IEC 62439-3) for HSR and PRP is now stable and the feasibility of the technology has been shown. HSR and PRP are highly future-proof thanks to the direct integration into the IEC 61850 standard and the acceptance of all major energy automation companies. HSR/PRP technology is expected to be successful in other application fields as well, in particular factory automation. The technology is scalable in line speed (Gigabit speed is scheduled as future improvement to the standard) and can be flexibly adapted to incorporate other technologies, e.g. 1588v2 time synchronization.































Case Studies

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Highlights

  • RSPL-LiteDie neuen RSPL-Lite Switches bieten maximale Netzwerk Sicherheit und umfangreiche Diagnosemöglichkeiten.
  • RSP Smart SwitchDer neue Hirschmann™ RSP-Smart Switch erfüllt alle Anforderungen an maximale Netzwerkverfügbarkeit. (PDF)
  • PRP- + HSR-TechnologieEin neues White Paper bietet Einblick in die IEC-konformen Redundanzprodezuren. (PDF)
  • RSP SwitchErstmals können mit Hirschmann™-Produkten unterbrechungsfreie Datenkommunikationsnetzwerke mit PRP, HRS erstellt werden. (PDF)

Hirschmann RSP Switches gewinnen 2013 Engineers‘ Choice Awards

Die Gewinner des Control Engineering 2013 Engineers ‚Choice Award in der Kategorie „Network Integration - Ethernet Hardware“ sind in diesem Jahr die Hirschmann RSP Managed Switches.

Smart Grid Companies to Watch in 2013

Belden is voted as one of the top 13 Smart Grid Companies to Watch in 2013.