Protokół BACnet: architektura, działanie, typy, obiekty i jego zastosowania

Protokół BACnet został opracowany przez komitet o nazwie ASHRAE lub American Society of Heating, Refrigerating & Air-Conditioning Engineers w 1987 roku. Głównym mottem tego komitetu jest stworzenie protokołu, który zapewniłby przyjemną komunikację między systemami różnych producentów . Więc ten protokół jest zarejestrowaną marką ASHRAE. Od czasu powstania protokołu czasowego podlega on ciągłym zmianom w trybie otwartego porozumienia. Aby wszystkie zainteresowane strony mogły uczestniczyć bez opłat. W tym artykule omówiono omówienie Protokół Bacnet podstawy – praca z aplikacjami.

Co to jest protokół BACnet?

Dane protokół komunikacyjny który jest używany do budowy zautomatyzowanej sieci sterowania, jest znany jako BACnet lub Building Automation Control Network. Ten protokół transmisji danych jest standardem ISO i ANSI używanym do współdziałania między współpracującymi urządzeniami automatyki budynkowej. Protokół Bacnet zawiera zestaw reguł regulujących wymianę danych w sieci komputerowej, które po prostu obejmują wszystko, od jakiego typu kabla należy użyć, aby w normalny sposób utworzyć określone polecenie lub żądanie.

Aby osiągnąć interoperacyjność w szerokim spektrum sprzętu, specyfikacja BACnet obejmuje trzy główne części. Podstawowe, drugorzędne i trzeciorzędne. Tak więc podstawowa część definiuje technikę reprezentowania dowolnego rodzaju aparatury automatyki budynkowej w normalny sposób.

Druga część opisuje komunikaty, które mogą być przesyłane przez sieć komputerów w celu sprawdzenia i zarządzania takim sprzętem. Ostatnia część opisuje zestaw odpowiednich sieci LAN, które są używane do przesyłania komunikacji BACnet.

Dlaczego wymagany jest protokół Bacnet?

The Znaczenie protokołu BACnet jest zdefiniowanie typowych technik, które producenci mogą wykonać w celu budowy komponentów, a także systemów, które są interoperacyjne z innymi komponentami i systemami BACnet.

Określa również sposób oznaczania danych w sieci oraz usługi wykorzystywane do przesyłania danych z jednego węzła BACnet do innego węzła. Zawiera również komunikaty rozpoznające węzły sieci i danych.

BACnet jest używany jako narzędzie przez właścicieli budynków i projektantów systemów do specyfikacji systemu interoperacyjnego. Protokół ten nie zmienia potrzeby wskazywania potrzeb konsumenta. Dostarcza więc po prostu kilka spójnych narzędzi wspomagających tworzenie i specyfikację systemów, które mogą współpracować.

Protokół BACnet jest stosowany we wszystkich typach zautomatyzowanych systemów budynkowych. Tak więc dostępne są interoperacyjne produkty w różnych kategoriach, takich jak bezpieczeństwo, ogień, oświetlenie, windy, HVAC itp. Protokół ten po prostu odnosi się do celu interoperacyjności poprzez proste zdefiniowanie ogólnego modelu roboczego urządzeń automatyki, techniki używanej do definiowania danych, które mają obejmują, a także technikę stosowaną do wyjaśniania protokołów, które pojedyncze urządzenie może wykorzystać do zapytania jeszcze jednego urządzenia o wykonanie preferowanej akcji.

Architektura protokołu Bacnet

Architektura protokołu BACnet ogranicza się głównie do sterowania oświetleniem, HVAC i bram. Protokół ten wyróżnia lekką i wydajną komunikację, która jest zoptymalizowana pod kątem krótkich wiadomości, małych sieci i sieci międzysieciowych.

Architektura protokołu BACnet jest architekturą zwiniętą, która pasuje do 4 warstw Model OSI . Cztery warstwy w architekturze BACnet obejmują głównie aplikacje, sieć, łącze danych i elementy fizyczne. Mimo to tylko warstwa sieciowa i warstwa aplikacji to po prostu BACnet.

Powyższa architektura to stos protokołów BACnet, który obejmuje różne warstwy, jak pokazano na schemacie. Ten protokół jest zwiniętą wersją stosu OSI. Warstwy transportowa i sesyjna nie są używane. Warstwa aplikacyjna przejmuje funkcje tych dwóch warstw.

Warstwa fizyczna BACnet

Górne warstwy BACnet nie zależą od warstwy fizycznej. Tak więc warstwa fizyczna BACnet umożliwia uruchamianie BACnet w różnych sieciach. Fizyczne warstwy BACnet zostały określone za pomocą ARCNET, Ethernet, tuneli IP, BACnet/IP, RS-232, RS485 i Lonworks/LonTalk. RS232 służy do komunikacji punkt-punkt. RS485 obsługuje do 32 węzłów z odległością 1200 m przy 76Kbps.

Warstwa łącza protokołu BACnet

Protokół BACnet jest implementowany bezpośrednio z warstwami łącza LonTalk lub IEEE802.2. Określa więc warstwę łącza danych Point to Point (PTP) dla połączeń RS232. Określa warstwę łącza danych MS/TP przeznaczoną dla połączeń RS-485. Standard określa po prostu BVLL (BACnet Virtual Link Layer), który określa wszystkie usługi wymagane przez urządzenie BACnet w tej warstwie łącza.

Warstwa łącza wirtualnego BACnet IP zawiera wymagane dane sterujące w nagłówku informacji sterujących łącza wirtualnego BACnet. Ze względu na protokoły IP, BVLL i BACnet urządzenia mogą komunikować się bezpośrednio w sieciach IP bez konieczności stosowania jakiegokolwiek routera.

Protokół BACnet wykorzystuje koncepcję BBMD (BACnet broadcast management device), która realizuje wymagane rozgłaszanie dla preferowanej warstwy łącza. Tak więc komunikat rozgłoszeniowy BACnet jest zamieniany na komunikaty rozgłoszeniowe lub multiemisji oparte na IP.

Warstwa sieci BACnet

Ta warstwa po prostu określa wymagane adresy sieci do routingu. Sieć BACnet zawiera co najmniej jeden lub więcej segmentów, które są połączone mostami, gdy wykorzystują podobne technologie LAN. Jeśli wykorzystują różne protokoły LAN, są połączone przez routery.

Warstwa aplikacji

BACnet nie rozdziela warstw prezentacji i aplikacji. Dba więc o niezawodność i mechanizmy sekwencjonowania lub segmentacji ogólnie związane zarówno z warstwą sesyjną, jak i transportową. BACnet zawiera urządzenia, takie jak obiekty do wymiany prymitywów usług, które są opisane za pomocą składni ASN.1 i serializowane za pomocą ASN.1 BER.

Warstwa bezpieczeństwa BACnet

Koncepcję bezpieczeństwa BACnet można łatwo zrozumieć na przykładzie, powiedzmy, że gdy urządzenie BACnet-A żąda klucza sesji od serwera kluczy w celu ustanowienia bezpiecznej komunikacji za pośrednictwem urządzenia-B, wówczas klucz ten jest przesyłany zarówno do urządzenia-A, jak i urządzenia-B za pośrednictwem serwera kluczy znanego jako „SKab”. Protokół BACnet wykorzystuje 56-bitowe szyfrowanie DES.

Jak działa protokół Bacnet?

BACnet to typowy protokół komunikacji elektronicznej, który umożliwia komunikację między różnymi rodzajami automatyki budynkowej producentów, a także systemami monitorowania, takimi jak alarmy przeciwpożarowe, HVAC i zabezpieczenia obwodowe. Ten protokół może współpracować z prawie każdym normalnym protokołem danych, w tym z TCP/IP.

Protokół BACnet umożliwia kompleksowe opracowywanie systemów BMS (systemów zarządzania budynkiem), które umożliwiają operatorom konstruowanie, obserwowanie i sterowanie różnymi systemami budynku w ramach jednej aplikacji.
Ten protokół jest również używany do rozszerzenia elastyczności i zakresu automatyzacji, którą można wykonać. Na przykład system automatyki może być skonfigurowany w taki sposób, że gdy system przeciwpożarowy zauważy pożar, system wysyła polecenia do następujących osób.

• Do systemu sterowania windą, aby natychmiast wysłać wszystkie windy na parter.
• Do systemu przywoławczego budynku w celu nadawania słyszalnego sygnału głosowego w celu poinformowania mieszkańców budynku, gdzie wykryto pożar i jak wyjść z budynku.
• Od systemów audio lub wizualnych budynku po komunikaty flash na ekranach telewizorów w salach konferencyjnych.
• Do interfejsu systemu telefonicznego do wysyłania alertów za pośrednictwem wiadomości tekstowych do obiektów i zespołów inżynierskich budynku.

Dzięki protokołowi BACnet wszystkie dane są oznaczane w postaci obiektu. Tak więc każdy obiekt oznacza dane dotyczące urządzenia lub komponentu. Oznaczanie informacji, takich jak obiekt, zapewnia po prostu korzyść polegającą na tym, że można tworzyć najnowsze obiekty, w przeciwnym razie istniejące obiekty można modyfikować w oparciu o wymagania użytkownika.

Obiekt oznacza informacje fizyczne (fizyczne wejścia, wyjścia) i informacje niefizyczne (oprogramowanie/obliczenia). Należy zauważyć, że każdy obiekt może oznaczać pojedynczą porcję informacji, w przeciwnym razie grupę informacji, która spełnia tę samą i dokładną funkcję.

Obiekt BACnet

Obiekt BACnet to koncepcja, która pozwala na wykonanie komunikacji oraz grupy danych związanych z i/ps, o/ps, oprogramowaniem i obliczeniami. Obiekt BACnet może być widoczny na różne sposoby, takie jak pojedyncze punkty, grupy logiczne, logika programu, harmonogramy i dane historyczne.

Obiekty BACnet są zarówno fizyczne, jak i niefizyczne. Na przykład termostat jest uważany za koncepcję fizyczną, a system HVAC jest uważany za urządzenie wyjściowe. Najlepszym przykładem koncepcji niefizycznej jest harmonogram konserwacji HVAC w postaci oprogramowania.

Wszystkie obiekty BACnet zawierają różne właściwości wymiany informacji i poleceń. Te właściwości są reprezentowane w formacie tabelarycznym z dwiema kolumnami. Pierwsza kolumna zawiera nazwę właściwości, a druga kolumna zawiera wartość właściwości. W drugiej kolumnie informacje mogą istnieć w formacie umożliwiającym zapis/tylko do odczytu.

Poniżej przedstawiono przykład obiektu BACnet dla wejścia binarnego czujnika w budynku.

W powyższej tabeli pierwsze cztery właściwości są wymagane przez standard BACnet, podczas gdy dwie ostatnie właściwości są po prostu uważane za opcjonalne. Tak więc te opcjonalne obiekty są często potrzebne programiście, jednak powinny one odpowiadać standardowi BACnet. Przykład pokaże po prostu kilka właściwości obiektu. W rzeczywistości, szczególnie w środowisku automatyki budynkowej, obiekt miałby różne właściwości. Większość ekspertów i źródeł podaje, że w systemach automatyki budynkowej wykorzystywane są 23 standardowe obiekty BACnet. Tak więc standardowe obiekty działają w standardzie BACnet.

23 standardowe obiekty BACnet to binarne i/p, binarne o/p, wartość binarna, analogowe i/p, analogowe o/p, wartość analogowa, uśrednianie, LifeSafety Zone, LifeSafety Point, wielostanowe i/p, wielostanowe o/p, wartość wielostanowa, pętla, kalendarz, klasa powiadomień, polecenie, plik, program, harmonogram, dziennik trendów, grupa, rejestracja zdarzeń i urządzenie.

Gdy zestaw obiektów wykona określoną funkcję, jest znany jako urządzenie BACnet. Wszystkie te obiekty powinny zawierać identyfikator, typ danych i dodatkowe informacje, takie jak tylko do odczytu, zmodyfikowane przez inne urządzenia i wiele innych.

Różne rodzaje

Inny rodzaje protokołów BACnet są omówione poniżej.

BACnet/IP

Jest to zwykle używane w istniejących sieciach VLAN i WAN. Dzięki temu urządzenia mogą łączyć się bezpośrednio z koncentratorami lub przełącznikami Ethernet. Ta sieć LAN jest bardzo wydajna i szybka, ale bardzo kosztowna. BACnet/IP wykorzystuje UDP/IP w celu zapewnienia kompatybilności z istniejącą infrastrukturą IP. Gdy BACnet/IP jest używany z kilkoma podsieciami IP, wówczas dodatkowa funkcjonalność urządzenia znana jako BBMD (BACnet Broadcast Management Devices) jest niezbędna do obsługi komunikatów rozgłoszeniowych BACnet między podsieciami.

BACnet MS/TP

Ten rodzaj sieci LAN wykorzystuje skrętkę EIA-485 do sygnalizacji do 4k stóp. Jest to więc bardzo znany typ sieci BACnet LAN, który jest używany zarówno dla sterowników jednostkowych, jak i specyficznych dla aplikacji. Ten BACnet MS/TP nie jest drogi.

BACnet ISO 8802-3 (Ethernet)

BACnet jest używany bezpośrednio z Ethernet 8802-3 sieci, które są podobne do BACnet/IP pod względem szybkości i kosztów, ale ograniczone do pojedynczej infrastruktury fizycznej, która nie wykorzystuje routerów IP.

BACnet przez ARCNET

Ten BACnet jest typu MAC, który obejmuje dwie formy, takie jak kabel koncentryczny 2,5 Mbs i 156 Kbs powyżej EIA-485. Ten BACnet jest obsługiwany przez ograniczoną liczbę dostawców z ARCNET.

BACnet punkt-punkt

Ten BACnet Point-to-Point jest po prostu używany w sieciach telefonów wdzwanianych. Ogólnie rzecz biorąc, bezpośrednie połączenie EIA-232 nie jest już używane do bezpośredniego połączenia Ethernet.

BACnet przez ramki zagraniczne LonTalk

Ten BACnet po prostu pozwala komponentowi transportowemu LonTalk na przenoszenie wiadomości BACnet. Ale te dwa protokoły nie są ze sobą współdziałające.

BACnet przez ZigBee

Ogólnie rzecz biorąc, ten MAC jest bezprzewodową siecią kratową używaną z mniej kosztownymi urządzeniami. Jest więc zwykle używany jako brama do urządzeń ZigBee, a nie jak natywny transport BACnet.

Konwerter Bacnet na Modbus

Bramka Protocon-P3 to konwerter BACnet na Modbus, który jest używany do projektowania systemów automatyki w różnych aplikacjach, takich jak HVAC, kontrola dostępu, systemy sterowania oświetleniem i wykrywania pożaru oraz związane z nimi urządzenia. Bramka Protocon-P3 łączy takie systemy i urządzenia BACnet z systemami zarządzania opartymi na Modbus za pośrednictwem protokołu Modbus RTU i Modbus TCP/IP.

Główne cechy konwertera Bacnet na Modbus to:

• Zawiera panel przedni z diodą LED wskazującą szybką diagnostykę
• Narzędzie konfiguracyjne oparte na systemie Windows.
• Obsługuje do 100 urządzeń BACnet interfejs do TCP Master/Slave lub Modbus RTU.
• Ma zdolność łączenia do 5K punktów mapowania.
• Obsługuje funkcję pakowania bitów COV.

Protokół Bacnet a Modbus

Różnica między protokołem Bacnet i Modbus obejmuje następujące elementy.

Zalety

The zalety protokołu Bacnet obejmują następujące elementy.

• Protokół BACnet jest szczególnie przeznaczony do automatyzacji budynków oraz sieci sterowania.
• Nie zależy to od obecnych technologii LAN lub WAN.
• Jest to amerykańska norma krajowa i europejska norma wstępna.
• Jest całkowicie skalowalny, od małych, pojedynczych aplikacji budynkowych po uniwersalne sieci urządzeń.
• Realizatorzy BACnet mogą bezpiecznie dołączać niestandardowe rozszerzenia, a także ulepszenia bez wpływu na istniejącą interoperacyjność.
• Jest stosowany przez najbardziej znane firmy przeciwpożarowe w USA i Europie.
• Jest obsługiwany przez różnych producentów agregatów chłodniczych, takich jak Dunham-Bush, Carrier, McQuay, York & Trane.
• W rzeczywistych aplikacjach sterowania budynkami protokół ten sprawdził się.

Niedogodności

The wady protokołu Bacnet obejmują następujące elementy.

Główną wadą protokołu BACnet był problem ze zgodnością. Z tego powodu w 2000 roku wprowadzono BTL (BACnet Testing Laboratories). BTL jest organizacją testującą zgodność i niezależną. Głównym celem jest testowanie produktów BACnet w celu weryfikacji zgodności z normą. Po zatwierdzeniu; produkt otrzyma logo BTL.

Problemy lub ataki oparte na sieci, które są szeroko spotykane w tym protokole, to; Brak fałszowania i uwierzytelniania, ataki DoS, unieruchomione połączenia sieciowe oraz brak szyfrowania i dostępu do zapisu na urządzeniach.

Aplikacje

The korzystanie z protokołu Bacnet obejmuje następujące elementy.

• BACnet jest używany w aplikacjach HVAC, kontroli przeciwpożarowej sterowania oświetleniem, bezpieczeństwie, alarmie i interfejsie dla firm użyteczności publicznej.
• Protokół ten został specjalnie zaprojektowany do zastosowań w automatyce budynkowej, a także w aplikacjach sterujących.
• Protokół ten służy do zapewnienia mechanizmów, zwłaszcza dla urządzeń automatyki, do wymiany danych niezależnie od konkretnej usługi budynkowej, jaką wykonują.
• Protokół ten może być używany przez sterowniki cyfrowe, komputery i specyficzne dla aplikacji, w przeciwnym razie sterowniki unitarne, z równoważnym efektem.
• Protokół BACnet został początkowo opracowany w celu rozwijania interoperacyjności między urządzeniami automatyki budynkowej; jednak jego opisy danych, a także elastyczna architektura sprawią, że będzie działać w szerokim zakresie aplikacji sterujących.
• Jest to protokół zorientowany obiektowo, używany do oznaczania urządzeń sterujących dostępnych w sieci.

Tak więc jest to omówienie protokołu Bacnet – działanie z aplikacjami. Jest to najlepszy protokół używany do budowania automatyzacji, a także do łączenia różnych systemów. Tak więc Bacnet Protocol w technologii IoT ma wspaniałą przyszłość i będzie się rozwijał skokowo. Protokół ten zapewnia również świetne rozwiązanie z punktu widzenia skalowalności. Biorąc pod uwagę krytyczność i wymagania aplikacji, należy zapewnić bezpieczeństwo, a rozwój należy wykonywać z myślą o bezpieczeństwie. Biorąc pod uwagę brak standardów, należy określić odpowiednie standardy, które dostawcy będą przestrzegać i wykonywać. Oto pytanie do Ciebie, jaki jest protokół I2S?