Phoenix Contact Ethernet-Extender-System: Ethernet-Verbindungen bis 20 km

Mit dem neuen Managed-Ethernet-Extender-System lassen sich bis zu 20 km entfernte Anwendungen einfach vernetzen.

Sollen große Entfernungen via Ethernet überbrückt werden, denken viele Anwender sofort an den Einsatz von Mobilfunk oder Glasfaserleitungen. Allerdings wird so die nachträgliche IP-Vernetzung schnell zu einer wirtschaftlichen Herausforderung. Während bei der Datenübertragung per Mobilfunk monatliche Kosten anfallen, erweist sich die Neuinstallation von Glasfaser-Leitungen unter Umständen als nur von Fachpersonal durchführbar, zeitaufwändig und teuer. Deshalb bietet sich die Nutzung vorhandener, unternehmenseigener Kupferleitungen in Kombination mit sogenannten Ethernet-Extendern an. Die Lösung zeichnet sich durch einfache Handhabung sowie wirtschaftliche Umsetzung aus.

Das Ethernet-Extender-System bietet sich beispielsweise für den Einsatz in Biogasanlagen an.

Reichweite bis 20 km

Derzeit stehen verschiedene Extender-Systeme auf Basis unterschiedlicher Technologien zur Verfügung. Bei einer dieser Technologien handelt es sich um VDSL (Very High Speed Digital Subscriber Line). Sie wird nicht nur bei unternehmenseigenen Leitungen verwendet, sondern ebenfalls zur Internet-Anbindung an das öffentliche Telefonnetz. Insbesondere in derartigen Applikationen spielt VDSL die Vorteile einer hohen Übertragungsrate von 100 MBit/s aus. Die Gegenstelle darf jedoch nicht mehr als 3 km entfernt sein.

Häufig eingesetzt werden darüber hinaus auf SHDSL (Symmetrical High Speed Digital Subscriber Line) basierende Lösungen, deren Nutzung allerdings im öffentlichen Netz verboten ist. SHDSL überzeugt durch eine hohe Reichweite bis 20 km Entfernung sowie die Möglichkeit zum Aufbau fast jeder Topologie, sowohl Punkt-zu-Punkt als auch Linie, Stern oder Ring.

In diesem Umfeld bewährt sich seit Jahren ein Gerät von Phoenix Contact, das mit seiner einfachen Inbetriebnahme per Plug-and-Play punktet. Gerade in Applikationen, in denen nicht auf Fachpersonal zurückgegriffen werden kann, stellt das einen wichtigen Vorteil dar. So hat beispielsweise ein in Süddeutschland ansässiger Landwirt selbstständig seine neu errichtete Biogasanlage vernetzt. Dies betrifft sowohl die Verlegung der Leitungen als auch die Inbetriebnahme der Ethernet-Extender.

Die industrieübliche Robustheit und Störfestigkeit stellt das System in Bahnapplikationen unter Beweis.

Hohe Robustheit

Steht in derartigen, auf eigenem Gelände befindlichen Anwendungen die einfache Handhabung im Vordergrund, hat die industrieübliche Robustheit und Störfestigkeit in anderen Applikationen einen deutlich höheren Stellenwert. Als Beispiel seien Bahnanwendungen genannt, wo die Heizung der Schienenweichen über die Ethernet-Extender-Kommunikation angesteuert wird. Würde die Heizung ausfallen, hätte dies bei niedrigen Temperaturen weitreichende Folgen.

Einfachheit und Robustheit waren ebenfalls Anforderungen eines Chemieparks in Dormagen (Nordrhein-Westfalen). Hier wurden die auf dem 360 Hektar großen Gelände installierten Daten-Konzentratoren miteinander verbunden. Außerdem sollte das Kommunikations- und Überspannungsschutzmodul vom selben Hersteller geliefert werden, damit alle Komponenten bei einem eventuell auftretenden Überspannungsfall aufeinander abgestimmt sind. Daher wurde die SHDSL-Übertragung durch Geräte des Überspannungs-Portfolios Trabtech ergänzt. Ausschlaggebend waren jedoch letztlich die hohe Ausfallsicherheit der Ethernet-Übertragung sowie die rückwirkungsfreie Erweiterung der Anwendung im laufenden Betrieb, erreicht durch die Plug-and-Play-Fähigkeit sowie die redundante Ringfunktion der Ethernet-Extender.

In Branchen wie der Prozessindustrie sind hohe Ausfallsicherheit und rückwirkungsfreie Erweiterbarkeit gefragt.

Einfache Handhabung per Plug-and-Play

Der wirtschaftliche Aspekt ist einer der wesentlichen Gründe, weshalb auch einige Städte und Kommunen über eine Ethernet-Vernetzung nachdenken und nach einer kostengünstigen und dennoch sicheren Lösung suchen. Kommunale Versorgungsunternehmen sind spätestens seit der Liberalisierung im Energiebereich einem hohen Wettbewerbsdruck ausgesetzt. Die Marktkommunikation erzeugt stetig größere Datenmengen. Gesetzliche Anforderungen wie das Energiewirtschaftsgesetz machen zusätzliche Investitionen erforderlich. Dies war Motivation für ein Versorgungsunternehmen aus dem Weserbergland, als Vorreiter zu fungieren.

„Betrieblich handle ich nicht anders als im privaten Bereich“, erklärt Frank Jakob, Abteilungsleiter Netzleittechnik und Energiedaten-Management bei den Stadtwerken Bad Pyrmont in Niedersachsen (D), wenn er auf den ständigen Kostendruck der Städte und Kommunen verweist. Schon vor drei Jahren evaluierten die Stadtwerke Bad Pyrmont den Markt deshalb nach einer Lösung mit Synergieeffekt. Es galt zum einen die Daten des Energiemanagements und zum anderen die Prozessdaten im Bereich der Netzleittechnik mit einem gemeinsamen Kommunikationssystem zu handhaben. Ein wichtiger Entscheidungsfaktor war zudem die einfache Bedienbarkeit der Lösung.

Der integrierte intelligente Überspannungsschutz Plugtrab PT-IQ sorgt durch präventive Funktionsüberwachung für eine hohe Systemverfügbarkeit.

Zentrale Überwachung aus der Leitwarte

Eine Betrachtung des Bad Pyrmonter Energienetzes zeigt, dass Wasserversorgung (Brunnen, Pumpen, Hochbehälter), Gasverteilung, Wärmegewinnung (Heizkraftwerke) und Stromerzeugung (Blockheizkraftwerke, Photovoltaik-Anlagen) nicht immer in unmittelbarer Nähe zur zentralen Leittechnik angesiedelt sind, sondern zum Teil mehrere Kilometer entfernt liegen.

In den 1980er Jahren erfolgte die Steuerung und Überwachung noch über eine zentrale Leittechnik. Jakob und sein Team erkannten früh, dass eine gestörte Verbindung zwischen Leittechnik und Unterstationen zum Ausfall der kompletten Unterstation führt und dieses Risiko mit einem wachsenden Netzwerk stetig steigt. Daher entschieden sich die Verantwortlichen bereits 2003 zur Nutzung dezentraler Steuerungen in den Unterstationen. Um Ausfallzeiten und Personaleinsatz auch in Zukunft gering zu halten, wurde ein dezentrales Konzept erarbeitet und sukzessive installiert.

Der neue Ansatz sieht weiterhin eine dezentrale Steuerung und Regelung vor, lediglich die Überwachung der einzelnen Unterstationen findet zentral aus der Leitwarte statt. Zu diesem Zweck wurde bislang ein serielles Protokoll auf Basis der IEC 60870-5-101 verwendet. In den letzten Jahren ist allerdings ein Trend in Richtung IP-/Ethernet-Kommunikation feststellbar. Das resultiert aus der ständig steigenden Datenmenge und der damit einhergehenden geringeren Übertragungsrate beim seriellen Datenaustausch.

Das neue Ethernet-Extender-System umfasst derzeit drei Geräte.

Hohe Kosten bei Glasfaser-Verlegung

Die Überwachung aus der zentralen Leittechnik geschieht heute größtenteils auf der Grundlage von TPC/IP über das IEC-Protokoll 60870-5-104. Das gesamte Kommunikationsnetz umfasst aktuell rund 115 km. Die neue IP-Übertragung und das wachsende Energienetz stellen die Stadtwerke aber vor weitere Herausforderungen. So ist die Ethernet-Kommunikation jetzt deutlich schneller, erfordert jedoch speziell geschirmte Ethernet-Leitungen, die eine maximale Reichweite von 100 m haben. „Glasfaser-Leitungen wären aufgrund der hohen Datenrate sicher eine gut Lösung gewesen“, erklärt Thorsten Hamann, Techniker im Bereich Netzleittechnik und Energiedaten-Management der Stadtwerke Bad Pyrmont. „Allerdings konnten wir die Kosten insbesondere hinsichtlich der zukünftigen Entwicklung nicht abschätzen. Die Glasfaser-Leitungen hätten wir neu verlegen müssen, was einen hohen Kostenaufwand in puncto Material und Personal bedeutet“.

Eine kontinuierlich steigende Zahl privater Energieerzeuger speist überschüssigen Strom in das öffentliche Energienetz der Kurstadt ein. Um die Netzstabilität sicherzustellen, müssen die Stadtwerke diese Daten erfassen und bei Bedarf entsprechend reagieren (§ 13, EnWG). Vor diesem Hintergrund haben die Stadtwerke Bad Pyrmont bei Neu- oder Ersatzinstallationen moderne Technik eingesetzt. So nutzen sie in diesem Bereich seit 2013/2014 Unmanaged Ethernet-Extender von Phoenix Contact. Etwa 30 km sind bereits mit der SHDSL-Technik realisiert worden. Darüber hinaus stellte sich heraus, dass von der maximal möglichen Datenrate der SHDSL-Leitung von 15 MBit/s weniger als ein Drittel für die Datenerfassung benötigt wird.

Kombinierter Extender-Betrieb

Die Verantwortlichen der Stadtwerke hat zudem die einfache Handhabung der Unmanaged Ethernet-Extender überzeugt. „Wegen der Plug-and-Play-Funktion und der Möglichkeit, das System im laufenden Betrieb zu erweitern, haben wir die Ethernet-Extender selbst verbaut“, so Hamann. Zur Kommunikation werden zum Teil bestehende Telefonleitungen verwendet. Bis auf die Gasverteilung setzen die Stadtwerke die SHDSL-Technologie mittlerweile in allen Bereichen ein. Das Netz wird in Verbindung mit dem Ausbau des IEC-Protokolls 60870-5-104 sukzessive ergänzt.

Eines der nächsten großen Projekte der Stadtwerke ist die Überwachung des 10-kV-Mittelspannungsnetzes. Hier warten Jakob und sein Team auf die Managed Ethernet-Extender, die Phoenix Contact zur Hannover Messe 2016 vorstellte. Die Geräte erlauben eine noch bessere Überwachung und Transparenz des Übertragungsnetzes. Sie lassen sich ebenfalls per Plug-and-Play in das Netzwerk einbinden und bieten eine Diagnose sämtlicher Strecken und angeschlossenen Ethernet-Extender über die IP-Adresse.

Neben der Vor-Ort-Diagnose auf dem integrierten Display eröffnen sich damit neue Möglichkeiten. Unmanaged und Managed Ethernet-Extender können in einem Netzwerk kombiniert betrieben werden, um Status-, Warn- und Fehlermeldungen automatisch per SNMP (Simple Network Management Protocol) an die Leitzentrale zu senden. Dieses Zusammenspiel neuer und vorhandener Geräte macht die Nutzung des Systems nicht nur einfach sondern auch wirtschaftlich.