BACnet protokols: arhitektūra, darbība, veidi, objekti un to lietojumi

BACnet protokolu 1987. gadā izstrādāja komiteja ASHRAE jeb Amerikas Apkures, dzesēšanas un gaisa kondicionēšanas inženieru biedrība. Šīs komitejas galvenais moto ir izveidot protokolu, kas nodrošinātu dažādu ražotāju sistēmām patīkamu saziņu. . Tātad šis protokols ir reģistrēts ASHRAE zīmols. Kopš laika protokola izstrādes tas tiek nepārtraukti mainīts ar atklātas vienošanās procedūru. Lai visi interesenti būtu laipni aicināti piedalīties bez maksas. Tāpēc šajā rakstā ir apskatīts pārskats par Bacnet protokols pamati – darbs ar aplikācijām.

Kas ir BACnet protokols?

A dati sakaru protokols kas tiek izmantots automatizēta vadības tīkla izveidei, ir pazīstams kā BACnet vai ēku automatizācijas vadības tīkls. Šis datu komunikācijas protokols ir gan ISO, gan ANSI standarts, ko izmanto sadarbspējai starp sadarbojošām ēku automatizācijas ierīcēm. Bacnet Protocol ietver noteikumu kopumu datu apmaiņas regulēšanai datortīklā, kas vienkārši aptver visu, sākot no tā, kāda veida kabeli izmantot, lai parastā veidā izveidotu noteiktu komandu vai pieprasījumu.

Lai panāktu sadarbspēju plašā aprīkojuma spektrā, BACnet specifikācijā ir iekļautas trīs galvenās daļas. Primārā, sekundārā un terciārā. Tātad primārā daļa definē paņēmienu jebkura veida ēku automatizācijas aparāta attēlošanai parastā veidā.

Sekundārajā daļā ir aprakstīti ziņojumi, kurus var pārsūtīt pa datoru tīklu, lai pārbaudītu un pārvaldītu šādu aprīkojumu. Pēdējā daļā ir aprakstīts piemērotu LAN kopums, kas tiek izmantots BACnet sakaru pārraidīšanai.

Kāpēc ir nepieciešams Bacnet protokols?

The BACnet protokola nozīme ir definēt tipiskus paņēmienus, ko ražotāji var izpildīt, lai izveidotu komponentus, kā arī sistēmas, kas ir sadarbspējīgas ar citiem BACnet komponentiem un sistēmām.

Tas arī norāda, kā dati tiek apzīmēti tīklā, kā arī pakalpojumi, kas tiek izmantoti datu pārsūtīšanai no viena BACnet mezgla uz citu mezglu. Tajā ir arī ziņojumi, kas atpazīst tīkla un datu mezglus.

BACnet izmanto kā rīku ēku īpašnieki un sistēmu specifikatori sadarbspējīgas sistēmas specifikācijai. Šis protokols nemaina nepieciešamību norādīt, kas patērētājam nepieciešams. Tātad, tas nodrošina tikai dažus konsekventus rīkus, kas palīdz izveidot un specifikēt sistēmas, kas var sadarboties.

BACnet protokols tiek izmantots visu veidu automatizētajās ēku sistēmās. Tādējādi ir pieejami sadarbspējīgi produkti dažādās kategorijās, piemēram, drošības, ugunsdzēsības, apgaismojuma, liftu, HVAC utt. Šis protokols vienkārši risina sadarbspējas mērķi, vienkārši definējot automatizācijas ierīču vispārēju darba modeli, paņēmienu, ko izmanto, lai definētu datus, ko tās izmanto. ietver un arī metodi, ko izmanto, lai izskaidrotu protokolus, kurus viena ierīce var izmantot, lai noskaidrotu vēl vienu ierīci, lai veiktu kādu vēlamo darbību.

Bacnet protokola arhitektūra

BACnet protokola arhitektūra galvenokārt attiecas tikai uz apgaismojuma vadības ierīcēm, HVAC un vārtejām. Šis protokols izceļ vieglu un efektīvu saziņu, kas ir optimizēta īsziņām, maziem tīkliem un starptīkliem.

BACnet protokola arhitektūra ir sakļauta arhitektūra, kas atbilst četriem slāņiem OSI modelis . Četri BACnet arhitektūras slāņi galvenokārt ietver lietojumprogrammu, tīklu, datu savienojumu un fizisko. Lai gan tikai tīkla slānis un lietojumprogrammu slānis ir vienkārši BACnet.

Iepriekš minētā arhitektūra ir BACnet protokolu steks, kas ietver dažādus slāņus, kā parādīts diagrammā. Šis protokols ir sakļauta OSI steka versija. Transporta un sesijas slāņi netiek izmantoti. Lietojumprogrammas slānis uzņemas šo divu slāņu funkcijas.

BACnet fiziskais slānis

BACnet augšējie slāņi nav atkarīgi no fiziskā slāņa. Tātad BACnet fiziskais slānis ļauj BACnet izpildīt dažādos tīklos. BACnet fiziskie slāņi ir noteikti ar ARCNET, Ethernet, IP tuneļiem, BACnet/IP, RS-232, RS485 un Lonworks/LonTalk. RS232 ir paredzēts saziņai no punkta uz punktu. RS485 atbalsta līdz 32 mezgliem ar attālumu 1200 m pie 76Kbps.

BACnet protokola saites slānis

BACnet protokols tiek ieviests tieši ar LonTalk vai IEEE802.2 saišu slāņiem. Tātad tas norāda RS232 savienojumiem no punkta uz punktu (PTP) datu saites slāni. Tas norāda MS/TP datu posma slāni, kas paredzēts RS-485 savienojumiem. Standarts vienkārši nosaka BVLL (BACnet Virtual Link Layer), kas norāda visus pakalpojumus, kas nepieciešami, izmantojot BACnet ierīci šajā saites slānī.

IP BACnet virtuālās saites slānis iekapsulē nepieciešamos kontroles datus BACnet virtuālās saites vadības informācijas galvenē. Pateicoties IP, BVLL un BACnet protokola ierīces var tieši sazināties, izmantojot IP tīklus, neprasot nekādas maršrutētāja ierīces.

BACnet protokols izmanto BBMD (BACnet apraides pārvaldības ierīces) koncepciju, kas veic nepieciešamo apraidi vēlamajam saites slānim. Tādējādi BACnet apraides ziņojums tiek mainīts uz IP apraides vai multiraides ziņojumiem.

BACnet tīkla slānis

Šis slānis vienkārši norāda maršrutēšanai nepieciešamās tīkla adreses. BACnet tīkls ietver vismaz vienu vai vairāk segmentu, kas ir savienoti ar tiltiem, kad tie izmanto līdzīgas LAN tehnoloģijas. Ja tie izmanto dažādus LAN protokolus, tie tiek savienoti, izmantojot maršrutētājus.

Lietojumprogrammas slānis

BACnet neatdala prezentācijas un lietojumprogrammu slāņus. Tātad tas rūpējas par uzticamību un secības vai segmentācijas mehānismiem, kas parasti ir saistīti gan ar sesijas, gan transporta slāņiem. BACnet ietver ierīces, piemēram, objektus, lai apmainītos ar pakalpojumu primitīviem, kas aprakstīti ar ASN.1 sintaksi un serializēti ar ASN.1 BER.

BACnet drošības slānis

BACnet drošības jēdzienu var viegli saprast, piemēram, kad BACnet ierīce A pieprasa sesijas atslēgu no atslēgas servera, lai izveidotu drošu saziņu caur ierīci B, tad šī atslēga tiek pārsūtīta gan ierīcei A, gan ierīcei B. izmantojot atslēgu serveri, kas ir pazīstams kā 'SKab'. BACnet protokols izmanto 56 bitu DES šifrēšanu.

Kā darbojas Bacnet protokols?

BACnet ir tipisks elektronisko sakaru protokols, kas darbojas, ļaujot savstarpēji sazināties dažāda veida ražotāju ēku automatizācijai, kā arī uzraudzības sistēmām, piemēram, ugunsgrēka signalizācijai, HVAC un perimetra drošībai. Šis protokols var darboties ar gandrīz jebkuru parasto datu protokolu, ieskaitot TCP/IP.

BACnet protokols nodrošina visaptverošu BMS (ēku pārvaldības sistēmu) izstrādi, kas ļauj operatoriem konstruēt, novērot un kontrolēt dažādas ēku sistēmas vienā lietojumprogrammā.
Šis protokols tiek izmantots arī, lai paplašinātu izpildāmās automatizācijas elastību un darbības jomu. Piemēram, automatizācijas sistēmu var iestatīt tā, ka, tiklīdz ugunsdrošības sistēma pamana ugunsgrēku, sistēma nosūta komandas tālāk norādītajiem.

• Lifta vadības sistēmai nekavējoties nosūtīt visus liftus uz pirmo stāvu.
• Uz ēkas peidžeru sistēmu, lai pārraidītu skaņas balss signālu, lai informētu ēkas iemītniekus visur, kur tika konstatēta liesma un kā iziet no ēkas.
• No ēkas audio vai vizuālajām sistēmām līdz zibatmiņas ziņojumiem TV displejos konferenču telpās.
• Tālruņa sistēmas saskarnei, lai nosūtītu brīdinājumus, izmantojot īsziņu, ēkas iekārtām un inženieru komandām.

Izmantojot BACnet protokolu, visi dati tiek apzīmēti objekta izteiksmē. Tātad katrs objekts apzīmē datus par ierīci vai komponentu. Informācijas apzīmēšana, piemēram, objekts, vienkārši nodrošina to, ka var izveidot jaunākos objektus, pretējā gadījumā esošos objektus var modificēt, pamatojoties uz lietotāja prasībām.

Objekts apzīmē fizisko informāciju (fiziskās ievades, izejas) un nefizisku informāciju (programmatūra/aprēķini). Ir ļoti svarīgi atzīmēt, ka katrs objekts var apzīmēt vienu informācijas daļu, pretējā gadījumā informācijas grupu, kas veic to pašu un precīzu funkciju.

BACnet objekts

BACnet objekts ir koncepcija, kas ļauj veikt komunikāciju, kā arī datu grupu, kas saistīta ar i/ps, o/ps, programmatūru un aprēķiniem. BACnet objekts var sevi redzēt dažādos veidos, piemēram, atsevišķi punkti, loģiskās grupas, programmas loģika, grafiki un vēsturiskie dati.

BACnet objekti ir gan fiziski, gan nefiziski. Piemēram, termostats tiek uzskatīts par fizisku jēdzienu, un HVAC sistēma tiek uzskatīta par izvades ierīci. Labākais nefiziskas koncepcijas piemērs ir HVAC apkopes grafiks programmatūras formā.

Visi BACnet objekti ietver dažādas informācijas apmaiņas un komandu īpašības. Šīs īpašības ir attēlotas tabulas formātā ar divām kolonnām. Pirmajā kolonnā ir norādīts īpašuma nosaukums, bet otrajā kolonnā ir norādīta īpašuma vērtība. Otrajā kolonnā informācija var pastāvēt rakstīšanas iespējo/tikai lasāmā formātā.

Tālāk ir parādīts BACnet objekta piemērs sensora binārai ievadei ēkā.

Iepriekš minētajā tabulā pirmie četri rekvizīti ir nepieciešami BACnet standartam, savukārt pēdējie divi rekvizīti tiek uzskatīti par neobligātiem. Tātad šie izvēles objekti bieži ir nepieciešami izstrādātājam, tomēr šiem objektiem jāatbilst BACnet standartam. Piemērā tiks parādītas tikai dažas objekta īpašības. Reālajā dzīvē, it īpaši ēkas automatizācijas apstākļos, objektā būtu dažādas īpašības. Lielākā daļa ekspertu un avotu norāda, ka ēku automatizācijas sistēmās tiek izmantoti 23 standarta BACnet objekti. Tātad standarta objekti darbojas BACnet standartā.

23 standarta BACnet objekti ir 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, vairāku stāvokļu vērtība, cilpa, kalendārs, paziņojumu klase, komanda, fails, programma, grafiks, tendenču žurnāls, grupa, notikumu reģistrācija un ierīce.

Kad objektu kopa izpilda noteiktu funkciju, to sauc par BACnet ierīci. Visos šajos objektos ir jāiekļauj identifikators, datu veids un papildu informācija, piemēram, tikai lasāma, modificēta, izmantojot citas ierīces, un daudz kas cits.

Dažādi veidi

Atšķirīgo BACnet protokolu veidi ir apspriesti turpmāk.

BACnet/IP

To parasti izmanto esošajos VLAN un WAN tīklos. Tādējādi ierīces var tieši savienot ar centrmezgliem vai Ethernet slēdžiem. Šis LAN ir augstas veiktspējas un ātrs veids, taču tas ir ļoti dārgs. BACnet/IP izmanto UDP/IP saderībai, izmantojot esošo IP infrastruktūru. Kad BACnet/IP tiek izmantots ar vairākiem IP apakštīkliem, ir nepieciešama papildu ierīces funkcionalitāte, kas pazīstama kā BBMD (BACnet Broadcast Management Devices), lai apstrādātu starpapakštīklu BACnet apraides ziņojumus.

BACnet MS/TP

Šāda veida LAN izmanto EIA-485 vītā pāra signālu pārraidei līdz 4k pēdām. Tātad tas ir ļoti slavens BACnet LAN veids, ko izmanto gan vienotiem, gan lietojumprogrammām specifiskiem kontrolleriem. Šis BACnet MS/TP nav dārgs.

BACnet ISO 8802-3 (Ethernet)

BACnet tiek tieši izmantots ar Ethernet 8802-3 tīkli, kas ātruma un izmaksu ziņā ir līdzīgi BACnet/IP, lai gan tie attiecas tikai uz vienu fizisko infrastruktūru, kurā netiek izmantoti IP maršrutētāji.

BACnet pār ARCNET

Šis BACnet ir MAC tips, kas ietver divas formas, piemēram, 2,5 Mbs koaksi un 156 Kbs virs EIA-485. Šo BACnet atbalsta ierobežots skaits pārdevēju ar ARCNET.

BACnet no punkta uz punktu

Šis BACnet punkts-punkts tiek vienkārši izmantots iezvanpieejas tālruņu tīklos. Parasti tiešais EIA-232 savienojums vairs netiek izmantots tiešam Ethernet savienojumam.

BACnet, izmantojot LonTalk ārzemju kadrus

Šis BACnet vienkārši ļauj LonTalk transporta komponentam pārsūtīt BACnet ziņojumus. Taču abi protokoli nav sadarbspējīgi.

BACnet, izmantojot ZigBee

Parasti šis MAC ir bezvadu tīkla tīkls, ko izmanto ar lētākām ierīcēm. Tāpēc to parasti izmanto kā vārteju uz ZigBee ierīcēm, nevis kā vietējo BACnet transportu.

Bacnet uz Modbus pārveidotāju

Protocon-P3 Gateway ir BACnet uz Modbus pārveidotājs, ko izmanto automatizācijas sistēmu projektēšanā dažādās lietojumprogrammās, piemēram, HVAC, piekļuves kontroles, apgaismojuma kontroles un ugunsgrēka atklāšanas sistēmās un ar tām saistītajās iekārtās. Protocon-P3 Gateway apvieno šādas BACnet sistēmas un ierīces ar Modbus balstītām pārvaldības sistēmām, izmantojot Modbus RTU protokolu un Modbus TCP/IP.

Galvenās Bacnet to Modbus Converter funkcijas ir šādas.

• Tajā ir priekšējais panelis ar LED, kas norāda uz ātru diagnostiku
• Uz Windows balstīta konfigurācijas utilīta.
• Tā atbalsta līdz 100 BACnet ierīču saskarnēm ar TCP Master/Slave vai Modbus RTU.
• Tam ir iespēja savienot līdz 5K kartēšanas punktiem.
• Tā atbalsta COV bitu iepakošanas funkciju.

Bacnet protokols pret Modbus

Atšķirības starp Bacnet protokolu un Modbus ir šādas.

Priekšrocības

The Bacnet protokola priekšrocības iekļaujiet tālāk norādīto.

• BACnet protokols ir īpaši izstrādāts ēku automatizācijai, kā arī vadības tīkliem.
• Tas nav atkarīgs no pašreizējām LAN vai WAN tehnoloģijām.
• Tas ir Amerikas nacionālais standarts un Eiropas priekšstandarts.
• Tas ir pilnībā mērogojams no mazām vienas ēkas lietojumprogrammām līdz universāliem ierīču tīkliem.
• BACnet ieviesēji var droši iekļaut nestandarta paplašinājumus, kā arī uzlabojumus, neietekmējot esošo savietojamību.
• To izmanto slavenākie ugunsdrošības uzņēmumi gan ASV, gan Eiropā.
• To atbalsta dažādi dzesētāju ražotāji, piemēram, Dunham-Bush, Carrier, McQuay, York & Trane.
• Reālās ēku kontroles lietojumprogrammās šim protokolam ir pierādīta pieredze.

Trūkumi

The Bacnet protokola trūkumi iekļaujiet tālāk norādīto.

Galvenais BACnet protokola trūkums bija saderības problēma. Tāpēc šīs problēmas dēļ 2000. gadā tika ieviesta BTL (BACnet Testing Laboratories). BTL ir atbilstības un un neatkarīga testēšanas organizācija. Tās galvenais mērķis ir pārbaudīt BACnet produktus, lai pārbaudītu atbilstību standartam. Pēc apstiprināšanas; produkts iegūs BTL logotipu.

Problēmas vai tīkla vērtīgi uzbrukumi, kas plaši atrodami šajā protokolā, ir: Maldināšanas un autentifikācijas trūkums, DoS uzbrukumi, imobilizēti tīkla savienojumi, kā arī šifrēšanas un rakstīšanas piekļuves trūkums ierīcēs.

Lietojumprogrammas

The Bacnet protokola izmantošana ietver sekojošo.

• BACnet izmanto HVAC lietojumprogrammās, ugunsdrošības apgaismojuma kontrolē, apsardzē, signalizācijā un saskarnē ar komunālajiem uzņēmumiem.
• Šis protokols bija īpaši izstrādāts ēku automatizācijai, kā arī vadības lietojumprogrammām.
• Šis protokols tiek izmantots, lai nodrošinātu mehānismus, jo īpaši automatizācijas ierīcēm datu apmaiņai neatkarīgi no konkrētā ēkas pakalpojuma, ko tās veic.
• Šo protokolu var izmantot digitālie kontrolleri, datori un lietojumprogrammām specifiski citādi vienoti kontrolleri ar līdzvērtīgu efektu.
• BACnet protokols sākotnēji tika izstrādāts, lai attīstītu savietojamību starp ēku automatizācijas ierīcēm; tomēr tā datu apraksti, kā arī elastīgā arhitektūra ļaus tai darboties plašā vadības lietojumprogrammu klāstā.
• Šis ir uz objektu orientēts protokols, ko izmanto, lai apzīmētu tīklam pieejamu vadības aprīkojumu.

Tādējādi tas ir pārskats par Bacnet protokola darbību ar aplikācijām. Šis ir labākais protokols, ko izmanto automatizācijas veidošanai un arī dažādu sistēmu savienošanai. Tātad Bacnet protokolam IoT tehnoloģijā ir liela nākotne, un tas attīstīsies ar lēcieniem un robežām. Šis protokols nodrošina lielisku risinājumu arī no mērogojamības viedokļa. Ņemot vērā lietojumprogrammas kritiskumu un pieprasījumu, ir jānodrošina drošība un izstrāde jāveic, paturot prātā drošību. Ņemot vērā standartu trūkumu, ir jādefinē pareizie standarti, kas pārdevējiem jāievēro un jāizpilda. Šeit jums ir jautājums, kas ir I2S protokols?