Protokol BACnet: arhitektura, delovanje, vrste, objekti in njegove aplikacije

Protokol BACnet je leta 1987 razvil odbor z imenom ASHRAE ali Ameriško združenje inženirjev za ogrevanje, hlajenje in klimatizacijo. Glavni moto tega odbora je izdelava protokola, ki bi sistemom različnih proizvajalcev omogočil prijetno medsebojno komuniciranje. . Torej je ta protokol registrirana blagovna znamka ASHRAE. Odkar je bil časovni protokol razvit, se nenehno spreminja z odprtim postopkom dogovora. Tako da so vsi zainteresirani vabljeni k sodelovanju brez provizije. Ta članek torej obravnava pregled Protokol Bacnet osnove – delo z aplikacijami.

Kaj je protokol BACnet?

Podatek komunikacijski protokol ki se uporablja za izgradnjo avtomatiziranega nadzornega omrežja, je znan kot BACnet ali Building Automation Control Network. Ta protokol za podatkovno komunikacijo je standard ISO in ANSI, ki se uporabljata za interoperabilnost med sodelujočimi napravami za avtomatizacijo zgradb. Protokol Bacnet vključuje nabor pravil za urejanje izmenjave podatkov v računalniškem omrežju, ki preprosto pokriva vse od vrste kabla, ki ga je treba uporabiti, do oblikovanja določenega ukaza ali zahteve na običajen način.

Da bi dosegli interoperabilnost v širokem spektru opreme, specifikacija BACnet vključuje tri glavne dele. Primarno, sekundarno in terciarno. Primarni del torej definira tehniko za predstavitev kakršne koli naprave za avtomatizacijo stavb na običajen način.

Sekundarni del opisuje sporočila, ki se lahko prenašajo po omrežju računalnikov za preverjanje in upravljanje takšne opreme. Zadnji del opisuje nabor ustreznih omrežij LAN, ki se uporabljajo za prenos BACnet komunikacij.

Zakaj je potreben protokol Bacnet?

The Pomen protokola BACnet je opredeliti tipične tehnike, ki jih proizvajalci lahko izvajajo za izdelavo komponent in sistemov, ki so interoperabilni prek drugih komponent in sistemov BACnet.

Prav tako določa, kako so podatki označeni v omrežju, kot tudi storitve, ki se uporabljajo za prenos podatkov iz enega vozlišča BACnet v drugo vozlišče. Ima tudi sporočila, ki prepoznajo omrežna in podatkovna vozlišča.

BACnet uporabljajo kot orodje lastniki zgradb in sistemski specifikaciji za specifikacijo interoperabilnega sistema. Ta protokol ne spremeni potrebe po navedbi, kaj potrošnik potrebuje. Tako ponuja preprosto nekaj doslednih orodij za pomoč pri ustvarjanju in specifikaciji sistemov, ki so lahko medsebojno združljivi.

Protokol BACnet se uporablja v vseh vrstah avtomatiziranih gradbenih sistemov. Torej so na voljo interoperabilni izdelki znotraj različnih kategorij, kot so varnost, požar, razsvetljava, dvigala, HVAC itd. Ta protokol preprosto obravnava cilj interoperabilnosti s preprosto opredelitvijo splošnega delovnega modela naprav za avtomatizacijo, tehnike, ki se uporablja za definiranje podatkov, ki jih vključujejo in tudi tehniko, ki se uporablja za razlago protokolov, ki jih lahko ena sama naprava uporabi za poizvedbo druge naprave, da izvede določeno želeno dejanje.

Arhitektura protokola Bacnet

Arhitektura protokola BACnet je pretežno omejena na nadzor razsvetljave, HVAC in prehode. Ta protokol poudarja lahko in učinkovito komunikacijo, ki je optimizirana za kratka sporočila, majhna omrežja in medomrežja.

Arhitektura protokola BACnet je strnjena arhitektura, ki se ujema s 4 plastmi model OSI . Štiri plasti v arhitekturi BACnet vključujejo predvsem aplikacijo, omrežje, podatkovno povezavo in fizično. Čeprav sta le omrežna in aplikacijska plast preprosto BACnet.

Zgornja arhitektura je sklad protokolov BACnet, ki vključuje različne plasti, kot je prikazano na diagramu. Ta protokol je strnjena različica sklada OSI. Transportni sloj in sloj seje se ne uporabljata. Aplikacijska plast prevzame funkcije teh dveh plasti.

Fizični sloj BACnet

Zgornji sloji BACneta niso odvisni od fizičnega sloja. Torej fizična plast BACneta omogoča izvajanje BACneta v različnih omrežjih. Fizične plasti BACnet so bile določene z ARCNET, Ethernet, IP tuneli, BACnet/IP, RS-232, RS485 in Lonworks/LonTalk. RS232 je za komunikacijo od točke do točke. RS485 podpira do 32 vozlišč z razdaljo 1200 m pri 76Kbps.

BACnet Protocol Link Layer

Protokol BACnet je implementiran neposredno s povezovalnimi sloji LonTalk ali IEEE802.2. Torej določa sloj podatkovne povezave od točke do točke (PTP) za povezave RS232. Določa plast podatkovne povezave MS/TP, namenjeno povezavam RS-485. Standard preprosto določa BVLL (BACnet Virtual Link Layer), ki navaja vse storitve, ki jih naprava BACnet zahteva na tej povezovalni plasti.

IP BACnet Virtual Link Layer enkapsulira zahtevane nadzorne podatke v glavo informacij o nadzoru virtualne povezave BACnet. Zaradi protokola IP, BVLL in BACnet lahko naprave neposredno komunicirajo prek omrežij IP brez potrebe po kateri koli napravi usmerjevalnika.

Protokol BACnet uporablja koncept BBMD (naprava za upravljanje oddajanja BACnet), ki izvaja zahtevano oddajanje za prednostno povezovalno plast. Tako se oddajno sporočilo BACnet spremeni v oddajna ali večvrstna sporočila, ki temeljijo na IP.

BACnet omrežni sloj

Ta sloj preprosto določa zahtevane naslove omrežja za usmerjanje. Omrežje BACnet vključuje najmanj enega ali več segmentov, ki so povezani z mostovi, ko uporabljajo podobne tehnologije LAN. Če uporabljajo različne LAN protokole, so povezani preko usmerjevalnikov.

Aplikacijska plast

BACnet ne ločuje predstavitvenih in aplikacijskih slojev. Tako skrbi za mehanizme zanesljivosti in zaporedja ali segmentacije, ki so na splošno povezani s plastjo seje in transporta. BACnet vključuje naprave, kot so objekti za izmenjavo primitivnih storitev, ki so opisane s sintakso ASN.1 in serializirane z ASN.1 BER.

Varnostni sloj BACnet

Koncept varnosti BACnet je mogoče preprosto razumeti s primerom, ko naprava BACnet-A zahteva ključ seje od strežnika ključev za vzpostavitev varne komunikacije prek naprave-B, potem se ta ključ prenese tako v napravo-A kot v napravo-B prek strežnika ključev, ki je znan kot 'SKab'. Protokol BACnet uporablja 56-bitno šifriranje DES.

Kako deluje protokol Bacnet?

BACnet je tipičen elektronski komunikacijski protokol, ki deluje tako, da omogoča medsebojno komunikacijo med seboj različnim vrstam avtomatizacije zgradb proizvajalcev in nadzornim sistemom, kot so požarni alarmi, HVAC in perimetrska varnost. Ta protokol lahko deluje s skoraj vsemi običajnimi podatkovnimi protokoli, vključno s TCP/IP.

Protokol BACnet omogoča celovit razvoj BMS (sistemov za upravljanje stavb), ki operaterjem omogoča gradnjo, opazovanje in nadzor različnih sistemov zgradb znotraj ene same aplikacije.
Ta protokol se uporablja tudi za razširitev prilagodljivosti in obsega avtomatizacije, ki jo je mogoče izvesti. Na primer, sistem za avtomatizacijo bi lahko nastavili tako, da ko protipožarni sistem opazi požar, pošlje ukaze naslednjemu.

• V nadzorni sistem dvigala, da takoj pošlje vsa dvigala v pritličje.
• Na pozivni sistem stavbe za prenos zvočnega glasovnega signala za obveščanje stanovalcev stavbe, kjer koli je bil zaznan požar in kako naj gredo ven iz stavbe.
• Od avdio ali vizualnih sistemov stavbe do bliskovitih sporočil na televizijskih zaslonih v konferenčnih sobah.
• Na vmesnik telefonskega sistema za pošiljanje opozoril prek besedilnih sporočil objektom in inženirskim ekipam stavbe.

S protokolom BACnet so vsi podatki označeni kot objekt. Torej vsak predmet označuje podatke o napravi ali komponenti. Označevanje informacij, kot je objekt, preprosto zagotavlja prednost, da je mogoče oblikovati najnovejše objekte, sicer pa je mogoče obstoječe objekte spremeniti glede na zahteve uporabnika.

Objekt označuje fizične informacije (fizični vhodi, izhodi) in nefizične informacije (programska oprema/izračuni). Zelo pomembno je opozoriti, da lahko vsak predmet pomeni en sam del informacije, sicer pa skupino informacij, ki izvaja isto in natančno funkcijo.

Objekt BACnet

Objekt BACnet je koncept, ki omogoča komunikacijo in skupino podatkov, povezanih z i/ps, o/ps, programsko opremo in izvedbo izračunov. Objekt BACnet je lahko viden na različne načine, kot so posamezne točke, logične skupine, programska logika, urniki in zgodovinski podatki.

Objekti BACnet so fizični in nefizični. Na primer, termostat velja za fizični koncept, sistem HVAC pa za izhodno napravo. Najboljši primer nefizičnega koncepta je načrt vzdrževanja HVAC v programski obliki.

Vsi objekti BACnet vključujejo različne lastnosti izmenjave informacij in ukazov. Te lastnosti so predstavljene v obliki tabele z dvema stolpcema. Prvi stolpec vključuje ime lastnosti, drugi stolpec pa vrednost lastnosti. V drugem stolpcu lahko informacije obstajajo v formatu, ki omogoča pisanje/samo branje.

Primer objekta BACnet za binarni vhod senzorja v stavbi je prikazan spodaj.

V zgornji tabeli so prve štiri lastnosti potrebne po standardu BACnet, medtem ko se zadnji dve lastnosti štejeta za izbirni. Torej razvijalec pogosto potrebuje te neobvezne objekte, vendar morajo ti objekti ustrezati standardu BACnet. Primer bo prikazal le nekaj lastnosti predmeta. V resničnem življenju, zlasti v nastavitvah avtomatizacije stavb, bi bile znotraj objekta različne lastnosti. Večina strokovnjakov in virov navaja, da se v sistemih za avtomatizacijo stavb uporablja 23 standardnih objektov BACnet. Torej standardni objekti delujejo v standardu BACnet.

23 standardnih objektov BACnet je Binary i/p, Binary o/p, Binary value, Analog i/p, Analog o/p, Analog value, Averaging, LifeSafety Zone, LifeSafety Point, Multi-State i/p, Multi-State o/p, vrednost več stanj, zanka, koledar, razred obvestil, ukaz, datoteka, program, urnik, dnevnik trendov, skupina, vpis dogodka in naprava.

Ko niz predmetov izvede določeno funkcijo, je znan kot naprava BACnet. Vsi ti objekti morajo vključevati identifikator, vrsto podatkov in dodatne informacije, kot so samo za branje, spremenjene z drugimi napravami in še veliko več.

Različni tipi

Drugačen vrste protokolov BACnet so obravnavani spodaj.

BACnet/IP

To se običajno uporablja z obstoječimi omrežji VLAN & WAN. Tako se lahko naprave povežejo neposredno s zvezdišči ali ethernetnimi stikali. Ta LAN je visoko zmogljiv in hiter, vendar zelo drag. BACnet/IP uporablja UDP/IP za združljivost z obstoječo infrastrukturo IP. Ko se BACnet/IP uporablja z več podomrežji IP, je potrebna dodatna funkcionalnost naprave, znana kot BBMD (naprave za upravljanje oddajanja BACnet), za obravnavanje oddajnih sporočil BACnet med podomrežji.

BACnet MS/TP

Ta vrsta LAN uporablja sukani par EIA-485 za signalizacijo do 4k čevljev. Gre torej za zelo znano vrsto BACnet LAN, ki se uporablja tako za enotne krmilnike kot tudi za posamezne aplikacije. Ta BACnet MS/TP ni drag.

BACnet ISO 8802-3 (Ethernet)

BACnet se neposredno uporablja z Ethernet Omrežja 8802-3, ki so po hitrosti in ceni podobna BACnet/IP, čeprav so omejena na eno fizično infrastrukturo, ki ne uporablja usmerjevalnikov IP.

BACnet prek ARCNET-a

Ta BACnet je vrsta MAC, ki vključuje dve obliki, kot sta 2,5 Mbs koaksialni in 156 Kbs nad EIA-485. Ta BACnet podpira omejeno število prodajalcev z ARCNET.

BACnet od točke do točke

Ta BACnet Point-to-Point se preprosto uporablja prek omrežij klicnih telefonov. Na splošno se tako neposredna povezava EIA-232 ne uporablja več za neposredno povezavo Ethernet.

BACnet preko tujih okvirjev LonTalk

Ta BACnet preprosto omogoča LonTalkovi transportni komponenti prenašanje sporočil BACnet. Vendar ta dva protokola nista interoperabilna.

BACnet prek ZigBee

Na splošno je ta MAC brezžično prepleteno omrežje, ki se uporablja z manj dragimi napravami. Zato se običajno uporablja kot prehod do naprav ZigBee in ne kot domači transport BACnet.

Pretvornik Bacnet v Modbus

Protocon-P3 Gateway je pretvornik BACnet v Modbus, ki se uporablja pri načrtovanju sistemov za avtomatizacijo v različnih aplikacijah, kot so HVAC, nadzor dostopa, nadzor razsvetljave in sistemi za odkrivanje požara ter njihova sorodna oprema. Protocon-P3 Gateway združuje takšne sisteme in naprave BACnet s sistemi upravljanja, ki temeljijo na Modbusu, preko protokola Modbus RTU in Modbus TCP/IP.

Glavne funkcije pretvornika Bacnet v Modbus vključujejo naslednje.

• Vključuje sprednjo ploščo z LED za indikacijo hitre diagnostike
• Konfiguracijski pripomoček za Windows.
• Podpira do 100 vmesnikov BACnet naprav za TCP Master/Slave ali Modbus RTU.
• Ima zmogljivost povezovanja do 5K kartografskih točk.
• Podpira funkcijo pakiranja bitov COV.

Protokol Bacnet proti Modbusu

Razlika med protokolom Bacnet in Modbus vključuje naslednje.

Prednosti

The prednosti protokola Bacnet vključujejo naslednje.

• Protokol BACnet je posebej zasnovan za avtomatizacijo zgradb in nadzorna omrežja.
• Ni odvisno od trenutnih tehnologij LAN ali WAN.
• Je ameriški nacionalni standard in evropski predstandard.
• Popolnoma je razširljiv od majhnih aplikacij za posamezne zgradbe do univerzalnih omrežij naprav.
• Izvajalci BACneta lahko varno vključijo nestandardne razširitve in izboljšave brez vpliva na obstoječo interoperabilnost.
• Sprejemajo ga najbolj znana protipožarna podjetja v ZDA in Evropi.
• Podpirajo ga različni proizvajalci hladilnikov, kot so Dunham-Bush, Carrier, McQuay, York & Trane.
• V resničnih aplikacijah za nadzor zgradb ima ta protokol dokazane rezultate.

Slabosti

The slabosti protokola Bacnet vključujejo naslednje.

Glavna pomanjkljivost protokola BACnet je bila težava skladnosti. Zato je bil zaradi te težave leta 2000 uveden BTL (BACnet Testing Laboratories). BTL je skladnost in neodvisna organizacija za testiranje. Glavni namen tega je testirati izdelke BACnet za preverjanje skladnosti s standardom. Ko je odobren; izdelek bo dobil logotip BTL.

Težave ali neto vredni napadi, ki jih pogosto najdemo v tem protokolu, so: Pomanjkanje ponarejanja in preverjanja pristnosti, napadi DoS, onemogočene omrežne povezave ter pomanjkanje šifriranja in pisanja prek naprav.

Aplikacije

The uporaba protokola Bacnet vključuje naslednje.

• BACnet se uporablja v aplikacijah HVAC, nadzoru požara, nadzoru razsvetljave, varnosti, alarmu in povezovanju s komunalnimi podjetji.
• Ta protokol je bil posebej zasnovan za avtomatizacijo stavb in nadzorne aplikacije.
• Ta protokol se uporablja za zagotavljanje mehanizmov, zlasti za naprave za avtomatizacijo za izmenjavo podatkov, ne glede na specifično gradbeno storitev, ki jo izvajajo.
• Ta protokol lahko z enakovrednim učinkom uporabljajo digitalni krmilniki, računalniki in drugače enotni krmilniki, specifični za aplikacijo.
• Protokol BACnet je bil prvotno razvit za razvoj interoperabilnosti med napravami za avtomatizacijo stavb; vendar pa bodo njegovi opisi podatkov in prilagodljiva arhitektura poskrbeli, da bo deloval znotraj širokega spektra nadzornih aplikacij.
• To je objektno usmerjen protokol, zato se uporablja za označevanje omrežno dostopne nadzorne opreme.

Tako je to pregled protokola Bacnet – deluje z aplikacijami. To je najboljši protokol, ki se uporablja za izdelavo avtomatizacije in tudi za povezovanje različnih sistemov. Protokol Bacnet v tehnologiji IoT ima torej veliko prihodnost in razvijal se bo skokovito. Ta protokol zagotavlja odlično rešitev tudi z vidika razširljivosti. Glede na kritičnost in povpraševanje po aplikaciji je treba zagotoviti varnost in razvoj je treba izvajati z mislijo na varnost. Glede na pomanjkanje standardov je treba določiti prave standarde, ki jim bodo prodajalci sledili in jih izvajali. Tukaj je vprašanje za vas, kaj je protokol I2S?