Protokol BACnet: Architektúra, práca, typy, objekty a ich aplikácie

Vyskúšajte Náš Nástroj Na Odstránenie Problémov





Protokol BACnet bol vyvinutý komisiou s názvom ASHRAE alebo American Society of Heating, Refrigerating & Air-Conditioning Engineers v roku 1987. Hlavným mottom tejto komisie je vytvoriť protokol, ktorý umožní systémom od rôznych výrobcov, aby spolu komunikovali príjemným spôsobom. . Tento protokol je teda registrovanou značkou ASHRAE. Odkedy bol časový protokol vypracovaný, prechádza neustálymi zmenami s postupom otvorenej dohody. Takže všetky zainteresované strany sa môžu zúčastniť bez poplatkov. Takže tento článok pojednáva o prehľade Protokol Bacnet základy – práca s aplikáciami.


Čo je protokol BACnet?

Údaje komunikačný protokol ktorá sa používa na vybudovanie automatizovanej riadiacej siete, je známa ako BACnet alebo Building Automation Control Network. Tento protokol dátovej komunikácie je štandardom ISO a ANSI používaným na interoperabilitu medzi spolupracujúcimi zariadeniami automatizácie budov. Protokol Bacnet obsahuje súbor pravidiel na riadenie výmeny údajov v počítačovej sieti, ktorý jednoducho pokrýva všetko, aký typ kábla použiť, aby sa vytvoril konkrétny príkaz alebo požiadavka normálnym spôsobom.



Na dosiahnutie interoperability v rámci širokého spektra zariadení obsahuje špecifikácia BACnet tri hlavné časti. Primárne, sekundárne a terciárne. Primárna časť teda definuje techniku ​​na reprezentáciu akéhokoľvek druhu zariadenia na automatizáciu budov normálnym spôsobom.

Sekundárna časť popisuje správy, ktoré je možné prenášať cez sieť počítačov na kontrolu a správu takýchto zariadení. Záverečná časť popisuje sadu vhodných sietí LAN, ktoré sa používajú na prenos BACnet komunikácie.



Prečo je vyžadovaný protokol Bacnet?

The dôležitosť protokolu BACnet je definovať typické techniky, ktoré môžu výrobcovia použiť na zostavenie komponentov, ako aj systémov, ktoré sú interoperabilné prostredníctvom iných komponentov a systémov BACnet.

Špecifikuje tiež, ako sa údaje v sieti označujú, ako aj služby, ktoré sa používajú na prenos údajov z jedného uzla BACnet do iného uzla. Má tiež správy, ktoré rozpoznávajú sieťové a dátové uzly.

BACnet používajú majitelia budov a špecifikátori systémov ako nástroj na špecifikáciu interoperabilného systému. Tento protokol nemení potrebu uvádzať, čo spotrebiteľ potrebuje. Poskytuje teda jednoducho niekoľko konzistentných nástrojov na pomoc pri vytváraní a špecifikácii systémov, ktoré môžu spolupracovať.

Protokol BACnet sa používa vo všetkých typoch automatizovaných systémov budov. Existujú teda interoperabilné produkty dostupné v rámci rôznych kategórií, ako je bezpečnosť, požiar, osvetlenie, výťahy, HVAC atď. Tento protokol jednoducho rieši cieľ interoperability prostredníctvom jednoduchého definovania všeobecného pracovného modelu automatizačných zariadení, techniky používanej na definovanie údajov, ktoré zahŕňajú & tiež techniku ​​používanú na vysvetlenie protokolov, ktoré môže jedno zariadenie využiť na vyžiadanie ďalšieho zariadenia na vykonanie nejakej preferovanej akcie.

Architektúra protokolu Bacnet

Architektúra protokolu BACnet je prevažne obmedzená na ovládanie osvetlenia, HVAC a brány. Tento protokol zdôrazňuje ľahkú a efektívnu komunikáciu, ktorá je optimalizovaná pre krátke správy, malé siete a inter-siete.

  Architektúra protokolu Bacnet
Architektúra protokolu Bacnet

Architektúra protokolu BACnet je zrútená architektúra, ktorá sa zhoduje so 4 vrstvami OSI model . Štyri vrstvy v architektúre BACnet zahŕňajú najmä aplikácie, sieť, dátové spojenie a fyzické. Aj keď len sieťová vrstva a aplikačná vrstva sú jednoducho BACnet.

Vyššie uvedená architektúra je zásobník protokolu BACnet, ktorý zahŕňa rôzne vrstvy, ako je znázornené na diagrame. Tento protokol je zbalenou verziou zásobníka OSI. Transportná vrstva a vrstva relácie sa nepoužívajú. Aplikačná vrstva preberá funkcie týchto dvoch vrstiev.

Fyzická vrstva BACnet

Horné vrstvy BACnet nezávisia od fyzickej vrstvy. Fyzická vrstva BACnet teda umožňuje vykonávať BACnet v rôznych sieťach. Fyzické vrstvy BACnet boli špecifikované pre ARCNET, Ethernet, IP tunely, BACnet/IP, RS-232, RS485 a Lonworks/LonTalk. RS232 je pre komunikáciu point-to-point. RS485 podporuje až 32 uzlov so vzdialenosťou 1200 m pri 76 Kbps.

Linková vrstva protokolu BACnet

Protokol BACnet je implementovaný priamo s linkovými vrstvami LonTalk alebo IEEE802.2. Špecifikuje teda vrstvu dátového spojenia Point to Point (PTP) pre pripojenia RS232. Špecifikuje vrstvu dátového spojenia MS/TP určenú pre pripojenia RS-485. Štandard jednoducho špecifikuje BVLL (BACnet Virtual Link Layer), ktorý uvádza všetky služby požadované cez BACnet zariadenie na tejto linkovej vrstve.

Vrstva IP BACnet Virtual Link Layer zapuzdruje požadované riadiace údaje v hlavičke riadiacich informácií virtuálneho prepojenia BACnet. Vďaka protokolom IP, BVLL a BACnet môžu zariadenia priamo komunikovať cez siete IP bez potreby akéhokoľvek smerovača.

Protokol BACnet využíva koncept BBMD (BACnet broadcast management device), ktorý vykonáva požadované vysielanie pre preferovanú linkovú vrstvu. Takže správa vysielania BACnet sa zmení na správy vysielania založené na IP alebo multicast správy.

Sieťová vrstva BACnet

Táto vrstva jednoducho špecifikuje požadované adresy siete pre smerovanie. Sieť BACnet obsahuje minimálne jeden alebo viac segmentov, ktoré sú spojené mostami, keď využívajú podobné technológie LAN. Ak využívajú rôzne protokoly LAN, sú pripojené cez smerovače.

Aplikačná vrstva

BACnet neoddeľuje prezentačné a aplikačné vrstvy. Takže sa stará o spoľahlivosť a sekvenovanie alebo segmentačné mechanizmy vo všeobecnosti spojené s relačnými aj transportnými vrstvami. BACnet zahŕňa zariadenia ako objekty na výmenu primitív služieb, ktoré sú popísané syntaxou ASN.1 a serializované s ASN.1 BER.

Bezpečnostná vrstva BACnet

Koncepciu bezpečnosti BACnet možno ľahko pochopiť na príklade, keď zariadenie BACnet-A požaduje kľúč relácie od servera kľúčov na nadviazanie bezpečnej komunikácie cez zariadenie-B, potom sa tento kľúč prenesie do zariadenia-A aj zariadenia-B. cez kľúčový server, ktorý je známy ako „SKab“. Protokol BACnet používa 56-bitové šifrovanie DES.

Ako funguje protokol Bacnet?

BACnet je typický elektronický komunikačný protokol, ktorý funguje tak, že umožňuje vzájomnú komunikáciu rôznych druhov automatizácie budov výrobcov, ako aj monitorovacích systémov, ako sú požiarne poplachy, HVAC a zabezpečenie perimetra. Tento protokol môže pracovať s takmer akýmkoľvek bežným dátovým protokolom vrátane TCP/IP.

Protokol BACnet umožňuje komplexný vývoj BMS (systémy riadenia budov), ktorý umožňuje operátorom konštruovať, sledovať a riadiť rôzne systémy budov v rámci jednej aplikácie.
Tento protokol sa tiež používa na rozšírenie flexibility a rozsahu automatizácie, ktorú je možné vykonať. Napríklad automatizačný systém by mohol byť nastavený tak, že akonáhle protipožiarny systém zaznamená požiar, potom systém odošle príkazy nasledujúcemu.

  • Do riadiaceho systému výťahu okamžite poslať všetky výťahy na prízemie.
  • Do pagingového systému budovy na prenos počuteľného hlasového signálu, ktorý informuje obyvateľov budovy o tom, kde bol požiar zistený, a o tom, ako sa dostať von z budovy.
  • Od audio alebo vizuálnych systémov budovy až po flash správy na TV obrazovkách v konferenčných miestnostiach.
  • Do rozhrania telefónneho systému na odosielanie upozornení prostredníctvom textových správ do zariadení a technických tímov budovy.

S protokolom BACnet sú všetky údaje označené ako objekt. Každý objekt teda znamená údaje týkajúce sa zariadenia alebo komponentu. Označenie informácie ako objektu jednoducho poskytuje výhodu, že možno vytvárať najnovšie objekty, inak je možné existujúce objekty upravovať na základe požiadaviek používateľa.

Objekt označuje fyzické informácie (fyzické vstupy, výstupy) a nefyzické informácie (softvér/výpočty). Je veľmi dôležité poznamenať, že každý objekt môže znamenať jedinú časť informácie, inak skupinu informácií, ktorá vykonáva rovnakú a presnú funkciu.

Objekt BACnet

Objekt BACnet je koncept, ktorý umožňuje vykonávať komunikáciu, ako aj skupinu údajov súvisiacich s i/ps, o/ps, softvérom a výpočtami. Objekt BACnet sa môže zviditeľniť rôznymi spôsobmi, ako sú jednotlivé body, logické skupiny, programová logika, plány a historické údaje.

Objekty BACnet sú fyzické aj nefyzické. Napríklad termostat sa považuje za fyzický koncept a systém HVAC sa považuje za výstupné zariadenie. Najlepším príkladom nefyzického konceptu je plán údržby HVAC v softvérovej forme.

Všetky BACnet objekty obsahujú rôzne vlastnosti výmeny informácií a príkazov. Tieto vlastnosti sú znázornené v tabuľkovom formáte s dvoma stĺpcami. Prvý stĺpec obsahuje názov vlastnosti a druhý stĺpec uvádza hodnotu vlastnosti. V druhom stĺpci môžu informácie existovať vo formáte umožňujúcom zápis/len na čítanie.

Príklad objektu BACnet pre binárny vstup snímača v budove je uvedený nižšie.

Názov objektu

Priestorová teplota

Typ objektu

Binárny vstup

Súčasná hodnota

11001

Stavové príznaky

Normálne, InService

Vysoký limit 11110
Nízky limit

11011

Vo vyššie uvedenej tabuľke sú prvé štyri vlastnosti potrebné podľa štandardu BACnet, zatiaľ čo posledné dve vlastnosti sa jednoducho považujú za voliteľné. Tieto voliteľné objekty sú často potrebné pre vývojárov, avšak tieto objekty by mali zodpovedať štandardu BACnet. Príklad jednoducho ukáže niekoľko vlastností objektu. V reálnom živote, najmä v prostredí automatizácie budov, by sa v objekte nachádzali rôzne vlastnosti. Väčšina odborníkov a zdrojov uvádza, že v systémoch automatizácie budov sa používa 23 štandardných objektov BACnet. Štandardné objekty teda fungujú v štandarde BACnet.

23 štandardných objektov BACnet sú binárne i/p, binárne o/p, binárne hodnoty, analógové i/p, analógové o/p, analógové hodnoty, spriemerovanie, LifeSafety Zone, LifeSafety Point, Multi-State i/p, Multi-State o/p, Multi-State value, Loop, Calendar, Notification Class, Command, File, Program, Schedule, Trend Log, Group, Event Enrollment & Device.

Akonáhle skupina objektov vykonáva špecifickú funkciu, potom je známa ako zariadenie BACnet. Všetky tieto objekty by mali obsahovať identifikátor, typ údajov a ďalšie informácie, ako sú len na čítanie, modifikované prostredníctvom iných zariadení a mnohé ďalšie.

Odlišné typy

Odlišné typy protokolov BACnet sú diskutované nižšie.

BACnet/IP

Toto sa bežne používa s existujúcimi sieťami VLAN a WAN. Zariadenia sa teda môžu pripojiť priamo k rozbočovačom alebo ethernetovým prepínačom. Táto LAN je vysokovýkonný a rýchly typ, ale veľmi nákladný. BACnet/IP využíva UDP/IP na kompatibilitu prostredníctvom existujúcej IP infraštruktúry. Keď sa BACnet/IP využíva s niekoľkými podsieťami IP, potom je na spracovanie vysielaných správ medzipodsiete BACnet potrebná ďalšia funkcia zariadenia známa ako BBMD (BACnet Broadcast Management Devices).

BACnet MS/TP

Tento typ siete LAN používa krútenú dvojlinku EIA-485 na signalizáciu až do vzdialenosti 4 000 stôp. Ide teda o veľmi známy typ BACnet LAN, ktorý sa používa pre unitárne, ako aj aplikačne špecifické ovládače. Tento BACnet MS/TP nie je drahý.

BACnet ISO 8802-3 (Ethernet)

BACnet sa priamo používa s Ethernet Siete 8802-3, ktoré sú z hľadiska rýchlosti a nákladov podobné BACnet/IP, aj keď sú obmedzené na jedinú fyzickú infraštruktúru, ktorá nevyužíva IP smerovače.

BACnet cez ARCNET

Tento BACnet je typu MAC, ktorý zahŕňa dve formy ako 2,5 Mbs koaxiálny kábel a 156 Kbs nad EIA-485. Tento BACnet podporuje obmedzený počet predajcov s ARCNET.

BACnet Point-to-Point

Tento BACnet Point-to-Point sa jednoducho používa v sieťach vytáčaných telefónov. Vo všeobecnosti sa teda priame pripojenie EIA-232 už nepoužíva na priame pripojenie Ethernet.

BACnet cez zahraničné rámce LonTalk

Tento BACnet jednoducho umožňuje transportnému komponentu LonTalk prenášať správy BACnet. Tieto dva protokoly však nie sú interoperabilné.

BACnet cez ZigBee

Vo všeobecnosti je tento MAC bezdrôtovou mesh sieťou používanou s menej nákladnými zariadeniami. Takže sa bežne používa ako brána k zariadeniam ZigBee a nie ako natívny prenos BACnet.

Konvertor Bacnet na Modbus

Protocon-P3 Gateway je konvertor BACnet na Modbus, ktorý sa používa pri navrhovaní automatizačných systémov v rôznych aplikáciách, ako je HVAC, riadenie prístupu, riadenie osvetlenia a systémy detekcie požiaru a ich súvisiace vybavenie. Protocon-P3 Gateway kombinuje takéto systémy a zariadenia BACnet s riadiacimi systémami založenými na Modbuse cez protokol Modbus RTU a Modbus TCP/IP.

  Konvertor Bacnet na Modbus
Konvertor Bacnet na Modbus

Medzi hlavné funkcie konvertora Bacnet to Modbus patria nasledujúce.

  • Obsahuje predný panel, ktorý má LED pre indikáciu rýchlej diagnostiky
  • Konfiguračný nástroj pre Windows.
  • Podporuje rozhranie až 100 zariadení BACnet na TCP Master/Slave alebo Modbus RTU.
  • Má kapacitu na prepojenie až 5K mapovacích bodov.
  • Podporuje funkciu balenia bitov COV.

Bacnet protokol vs Modbus

Rozdiel medzi protokolom Bacnet a Modbus zahŕňa nasledujúce.

Protokol BACnet

Modbus

Bol vyvinutý spoločnosťou ASHRAE. Bol vyvinutý spoločnosťou Modicon Inc.
Bacnet sa používa na komunikáciu medzi zariadeniami. Modbus sa používa na komunikáciu medzi zariadeniami.
Jeho prenosové režimy sú; IP, Ethernet, Zigbee a MS/TP. Jeho prenosové režimy sú; ASCII, RTU a TCP/IP.
Jeho štandardy sú; ANSI/ASHRAE štandard 185; ISO-16484-5; ISO-16484-6. Jeho štandardy sú; IEC 61158.
Používa sa na rôznych trhoch, ako je priemysel, energetický manažment, doprava, automatizácia budov, regulácia, zdravie a bezpečnosť. Používa sa na rôznych trhoch, ako je osvetlenie, bezpečnosť života, kontrola prístupu, HVAC, doprava a údržba.
Sieťové rozhrania: Existujúce siete LAN a infraštruktúra sietí LAN. Sieťové rozhrania: Tradičné sériové a ethernetové protokoly.
Príklady: Merania hladiny nádrže. Ovládanie kotla. Príklady: Úlohy ako plán ventilátora, odosielanie stavového alarmu a vyžiadanie odčítania teploty.

Výhody

The výhody Bacnet protokolu zahŕňajú nasledujúce.

  • Protokol BACnet je špeciálne navrhnutý pre automatizáciu budov, ako aj riadiace siete.
  • Nezávisí od súčasných technológií LAN alebo WAN.
  • Je to americký národný štandard a európsky predbežný štandard.
  • Je úplne škálovateľný od malých aplikácií pre jednu budovu až po univerzálne siete zariadení.
  • Implementátori BACnet môžu bezpečne zahrnúť neštandardné rozšírenia, ako aj vylepšenia bez ovplyvnenia existujúcej interoperability.
  • Používajú ho najznámejšie spoločnosti na ochranu pred požiarmi v USA a Európe.
  • Podporujú ho rôzni výrobcovia chladičov ako Dunham-Bush, Carrier, McQuay, York & Trane.
  • V skutočných aplikáciách riadenia budov má tento protokol osvedčené výsledky.

Nevýhody

The nevýhody Bacnet protokolu zahŕňajú nasledujúce.

Hlavnou nevýhodou protokolu BACnet bol problém s kompatibilitou. Takže kvôli tomuto problému bola v roku 2000 zavedená BTL (BACnet Testing Laboratories). BTL je nezávislá testovacia organizácia. Hlavným zámerom je testovať produkty BACnet na overenie zhody s normou. Po schválení; produkt získa logo BTL.

Problémy alebo útoky hodné siete, ktoré sa bežne vyskytujú v tomto protokole, sú; Nedostatok spoofingu a autentifikácie, DoS útoky, imobilizované sieťové pripojenia a nedostatok šifrovania a prístupu na zápis cez zariadenia.

Aplikácie

The používanie protokolu Bacnet zahŕňa nasledujúce.

  • BACnet sa používa v aplikáciách HVAC, riadení požiarneho osvetlenia, bezpečnosti, alarmu a prepojení s energetickými spoločnosťami.
  • Tento protokol bol špeciálne navrhnutý pre automatizáciu budov, ako aj riadiace aplikácie.
  • Tento protokol sa používa na poskytovanie mechanizmov, najmä pre automatizačné zariadenia na výmenu údajov bez ohľadu na špecifickú službu budovy, ktorú vykonávajú.
  • Tento protokol môžu používať digitálne ovládače, počítače a inak jednotné ovládače špecifické pre aplikáciu s ekvivalentným účinkom.
  • Protokol BACnet bol pôvodne vyvinutý na rozvoj interoperability medzi zariadeniami automatizácie budov; jeho popisy údajov, ako aj flexibilná architektúra ho však umožnia pracovať v rámci širokej škály riadiacich aplikácií.
  • Toto je objektovo orientovaný protokol, ktorý sa tak používa na označenie sieťovo dostupného riadiaceho zariadenia.

Teda toto je prehľad protokolu Bacnet – funkčný s aplikáciami. Toto je najlepší protokol používaný na budovanie automatizácie a tiež na prepojenie rôznych systémov. Bacnet Protocol v technológii IoT má teda veľkú budúcnosť a bude sa vyvíjať míľovými krokmi. Tento protokol poskytuje skvelé riešenie aj z hľadiska škálovateľnosti. Vzhľadom na kritickosť a požiadavky aplikácie, bezpečnosť musí byť daná a vývoj musí prebiehať s ohľadom na bezpečnosť. Vzhľadom na nedostatok štandardov musia byť pre predajcov definované správne štandardy, ktoré budú dodržiavať a vykonávať. Tu je otázka pre vás, čo je protokol I2S?