BACnet протокол: Архитектура, работа, типове, обекти и неговите приложения

Протоколът BACnet е разработен от комитет на име ASHRAE или Американското дружество на инженерите по отопление, охлаждане и климатизация през 1987 г. Основното мото на този комитет е да създаде протокол, който да осигури на системи от различни производители да комуникират заедно по приятен начин . Така че този протокол е регистрирана марка на ASHRAE. Откакто е разработен протоколът за времето, той претърпява непрекъснати промени с отворена процедура за споразумение. Така че всички заинтересовани страни са добре дошли да участват без такси. Така че тази статия обсъжда преглед на Bacnet протокол основи – работа с приложения.

Какво е BACnet протокол?

A данни комуникационен протокол който се използва за изграждане на автоматизирана мрежа за управление, е известен като BACnet или Building Automation Control Network. Този протокол за комуникация на данни е както ISO, така и ANSI стандарт, използван за оперативна съвместимост между работещи устройства за сградна автоматизация. Протоколът Bacnet включва набор от правила за управление на обмена на данни в компютърна мрежа, който просто обхваща всичко от това какъв тип кабел да използвате, за да формирате определена команда или заявка по нормален начин.

За да се постигне оперативна съвместимост в широк спектър от оборудване, BACnet спецификацията включва три основни части. Първично, Вторично и висше. Така че основната част дефинира техника за представяне на всякакъв вид апарати за сградна автоматизация по нормален начин.

Вторичната част описва съобщения, които могат да се предават през мрежа от компютри за проверка и управление на такова оборудване. Последната част описва набор от подходящи LAN, които се използват за предаване на BACnet комуникации.

Защо е необходим Bacnet протокол?

The Важността на протокола BACnet е да се дефинират типични техники, които производителите могат да изпълнят за изграждане на компоненти, както и системи, които са оперативно съвместими чрез други компоненти и системи на BACnet.

Той също така определя как данните се означават в мрежата, както и услугите, които се използват за предаване на данни от един възел на BACnet към друг възел. Той също така има съобщения, които разпознават мрежи и възли за данни.

BACnet се използва като инструмент от собственици на сгради и спецификатори на системи за спецификация на оперативно съвместима система. Този протокол не променя необходимостта от посочване на това от какво се нуждае потребителят. Така че предоставя просто някои последователни инструменти за подпомагане на създаването и спецификацията на системи, които могат да си взаимодействат.

BACnet протоколът се използва във всички видове автоматизирани сградни системи. Така че има оперативно съвместими продукти, налични в различни категории като сигурност, пожар, осветление, асансьори, HVAC и т.н. Този протокол просто адресира целта за оперативна съвместимост чрез просто дефиниране на общ работещ модел на устройства за автоматизация, техника, използвана за дефиниране на данните, които те включват, & също техника, използвана за обяснение на протоколи, които едно устройство може да използва, за да поиска от друго устройство да изпълни някои предпочитани действия.

Архитектура на Bacnet протокол

Архитектурата на протокола BACnet е предимно ограничена до управление на осветлението, HVAC и шлюзове. Този протокол подчертава лека и ефективна комуникация, която е оптимизирана за кратки съобщения, малки мрежи и междумрежи.

Архитектурата на протокола BACnet е свита архитектура, която съответства на 4-слоя на OSI модел . Четирите слоя в архитектурата на BACnet включват главно приложение, мрежа, връзка за данни и физически. Въпреки това, само мрежовият слой и приложният слой са просто BACnet.

Горната архитектура е BACnet протоколен стек, който включва различни слоеве, както е показано на диаграмата. Този протокол е свита версия на OSI стека. Транспортният и сесийният слой не се използват. Приложният слой поема функциите на тези два слоя.

BACnet физически слой

Горните слоеве на BACnet не зависят от физическия слой. Така че физическият слой на BACnet прави възможно BACnet да се изпълнява в различни мрежи. Физическите слоеве на BACnet са определени с ARCNET, Ethernet, IP тунели, BACnet/IP, RS-232, RS485 и Lonworks/LonTalk. RS232 е за комуникация от точка до точка. RS485 поддържа до 32 възела с разстояние от 1200 м при 76Kbps.

BACnet Protocol Link Layer

BACnet протоколът се внедрява директно с LonTalk или IEEE802.2 слоеве за връзка. Така той определя слоя за връзка за данни от точка до точка (PTP) за RS232 връзки. Той определя MS/TP слой за връзка за данни, предназначен за RS-485 връзки. Стандартът просто определя BVLL (BACnet Virtual Link Layer), който посочва всички услуги, необходими чрез BACnet устройството на този слой на връзката.

IP BACnet Virtual Link Layer капсулира необходимите контролни данни в заглавка на BACnet информация за управление на виртуална връзка. Благодарение на протоколите IP, BVLL и BACnet устройствата могат директно да комуникират през IP мрежи, без да е необходимо рутерно устройство.

BACnet протоколът използва концепцията BBMD (BACnet устройство за управление на излъчване), която изпълнява необходимото излъчване за предпочитания слой на връзката. И така, съобщението за излъчване на BACnet се променя в базирани на IP съобщения за излъчване или групово предаване.

BACnet мрежов слой

Този слой просто определя необходимите адреси на мрежата за маршрутизиране. BACnet мрежата включва минимум един или повече сегменти, които са свързани с мостове, след като използват подобни LAN технологии. Ако използват различни LAN протоколи, тогава те са свързани чрез рутери.

Приложен слой

BACnet не разделя презентационните и приложните слоеве. Така че се грижи за надеждността и механизмите за последователност или сегментиране, обикновено свързани със сесийния и транспортния слой. BACnet включва устройства като обекти за обмен на примитиви на услуги, които са описани със синтаксис ASN.1 и сериализирани с ASN.1 BER.

BACnet защитен слой

Концепцията за сигурност на BACnet може да бъде разбрана лесно с пример, когато BACnet устройство-A поиска сесиен ключ от ключовия сървър за установяване на защитена комуникация през устройство-B, тогава този ключ се предава както на устройство-A, така и на устройство-B чрез ключовия сървър, който е известен като „SKab“. Протоколът BACnet използва 56-битово DES криптиране.

Как работи протоколът Bacnet?

BACnet е типичен електронен комуникационен протокол, който работи, като позволява на различни видове сградна автоматизация на производителите, както и системи за наблюдение като пожарни аларми, HVAC и периметърна сигурност за комуникация помежду си. Този протокол може да работи с почти всеки нормален протокол за данни, включително TCP/IP.

BACnet протоколът позволява цялостно разработване на BMS (системи за управление на сгради), което позволява на операторите да конструират, наблюдават и контролират различни сградни системи в рамките на едно приложение.
Този протокол се използва и за разширяване на гъвкавостта и обхвата на автоматизацията, която може да бъде изпълнена. Например, система за автоматизация може да бъде настроена така, че след като системата за противопожарна защита забележи пожар, системата изпраща команди до следното.

• Към системата за управление на асансьора незабавно да изпрати всички асансьори на приземния етаж.
• Към системата за пейджинг на сградата за предаване на звуков гласов сигнал, за да информира обитателите на сградата, където и да е открит пожарът и как да излязат от сградата.
• От аудио или визуалните системи на сградата до флаш съобщения на телевизионни дисплеи в конферентните зали.
• Към интерфейс на телефонна система за изпращане на сигнали чрез текстово съобщение до съоръженията и инженерните екипи на сградата.

С протокола BACnet всички данни се означават по отношение на обект. Така че всеки обект означава данни относно устройство или компонент. Означаването на информация като обект просто осигурява предимството, че най-новите обекти могат да бъдат формирани, в противен случай съществуващите обекти могат да бъдат модифицирани въз основа на изискванията на потребителя.

Един обект означава физическа информация (физически входове, изходи) и нефизическа информация (софтуер/изчисления). Много е важно да се отбележи, че всеки обект може да означава една част от информация, в противен случай група информация, която изпълнява същата и точна функция.

BACnet обект

BACnet обект е концепция, която позволява комуникацията, както и група от данни, свързани с i/ps, o/ps, софтуер и изчисления, които да бъдат изпълнени. BACnet обектът може да се вижда по различни начини като единични точки, логически групи, програмна логика, графици и исторически данни.

BACnet обектите са физически и нефизически. Например, термостатът се счита за физическа концепция, а HVAC системата се счита за изходно устройство. Най-добрият пример за нефизическа концепция е графикът за поддръжка на HVAC във формата на софтуер.

Всички BACnet обекти включват различни свойства за обмен на информация и команди. Тези свойства са представени в табличен формат с две колони. Първата колона включва името на имота, а втората колона предоставя стойността на имота. Във втората колона информацията може да съществува във формат с възможност за запис/само за четене.

Примерът на BACnet обект за двоичен вход на сензор в сграда е показан по-долу.

В горната таблица първите четири свойства са необходими от стандарта BACnet, докато последните две свойства просто се считат за незадължителни. Така че тези незадължителни обекти често са необходими на разработчика, но тези обекти трябва да отговарят на стандарта на BACnet. Примерът ще покаже само няколко от свойствата на даден обект. В реалния живот, особено в настройката за сградна автоматизация, в обекта ще има различни свойства. Повечето експерти и източници уточняват, че има 23 стандартни BACnet обекта, използвани в системите за автоматизация на сгради. И така, стандартните обекти работят в стандарта BACnet.

23-те стандартни BACnet обекта са 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, Multi-State value, Loop, Calendar, Notification Class, Command, File, Program, Schedule, Trend Log, Group, Event Enrollment & Device.

След като набор от обекти изпълни определена функция, той е известен като BACnet устройство. Всички тези обекти трябва да включват идентификатор, тип данни и допълнителна информация като само за четене, модифицирани чрез други устройства и много други.

Различни видове

Различното видове BACnet протоколи са обсъдени по-долу.

BACnet/IP

Това обикновено се използва със съществуващи VLAN и WAN мрежи. Така устройствата могат да се свързват директно към хъбове или Ethernet комутатори. Тази локална мрежа е високопроизводителна и бърза, но много скъпа. BACnet/IP използва UDP/IP за съвместимост чрез съществуваща IP инфраструктура. След като BACnet/IP се използва с няколко IP подмрежи, тогава е необходима допълнителна функционалност на устройството, известна като BBMDs (BACnet Broadcast Management Devices) за обработка на разпръснати съобщения на BACnet между подмрежи.

BACnet MS/TP

Този вид LAN използва EIA-485 усукана двойка за сигнализиране до 4k фута. Така че това е много известен тип BACnet LAN, който се използва както за унитарни, така и за специфични за приложения контролери. Този BACnet MS/TP не е скъп.

BACnet ISO 8802-3 (Ethernet)

BACnet се използва директно с Ethernet 8802-3 мрежи, които са подобни на BACnet/IP по отношение на скорост и цена, въпреки че са ограничени до една физическа инфраструктура, която не използва IP рутери.

BACnet през ARCNET

Този BACnet е тип MAC, който включва две форми като 2,5 Mbs коаксиален и 156 Kbs над EIA-485. Този BACnet се поддържа от ограничен брой доставчици с ARCNET.

BACnet от точка до точка

Този BACnet Point-to-Point се използва просто в мрежите от комутируеми телефони. По принцип директната EIA-232 връзка вече не се използва за директна Ethernet връзка.

BACnet през LonTalk чужди рамки

Този BACnet просто позволява на транспортния компонент на LonTalk да пренася BACnet съобщения. Но двата протокола не са оперативно съвместими.

BACnet през ZigBee

Като цяло този MAC е безжична мрежова мрежа, използвана с по-евтини устройства. Така че обикновено се използва като шлюз към ZigBee устройства, а не като роден BACnet транспорт.

Bacnet към Modbus конвертор

Protocon-P3 Gateway е BACnet към Modbus конвертор, който се използва при проектирането на системи за автоматизация в различни приложения като HVAC, контрол на достъпа, контрол на осветлението и системи за откриване на пожар и свързаното с тях оборудване. Шлюзът Protocon-P3 съчетава такива BACnet системи и устройства с базирани на Modbus системи за управление през Modbus RTU протокол & Modbus TCP/IP.

Основните характеристики на Bacnet към Modbus Converter включват следното.

• Включва преден панел, който има LED за индикация за бърза диагностика
• Базирана на Windows помощна програма за конфигуриране.
• Той поддържа интерфейс на до 100 BACnet устройства към TCP Master/Slave или Modbus RTU.
• Има капацитет за свързване на до 5K точки за картографиране.
• Той поддържа функцията за опаковане на битове COV.

Bacnet протокол срещу Modbus

Разликата между Bacnet Protocol и Modbus включва следното.

Предимства

The предимствата на Bacnet протокола включват следното.

• Протоколът BACnet е специално проектиран за автоматизация на сгради, както и за мрежи за управление.
• Не зависи от настоящите LAN или WAN технологии.
• Това е американски национален стандарт и европейски предварителен стандарт.
• Той е напълно мащабируем от малки единични приложения за сгради до универсални мрежи от устройства.
• Изпълнителите на BACnet могат сигурно да включват нестандартни разширения, както и подобрения, без да влияят на съществуващата оперативна съвместимост.
• Приет е от най-известните компании за противопожарна защита както в САЩ, така и в Европа.
• Поддържа се от различни производители на охладители като Dunham-Bush, Carrier, McQuay, York & Trane.
• В реални приложения за управление на сгради този протокол има доказан опит.

Недостатъци

The недостатъци на Bacnet протокола включват следното.

Основният недостатък на протокола BACnet беше проблем със съвместимостта. Така че поради този проблем, BTL (BACnet Testing Laboratories) беше въведена през 2000 г. BTL е съвместимост и независима организация за тестване. Основното намерение на това е да се тестват продуктите на BACnet, за да се провери съответствието със стандарта. След одобрение; продуктът ще получи логото на BTL.

Проблемите или полезните атаки, които се срещат широко в този протокол, са; Липса на подправяне и удостоверяване, DoS атаки, блокирани мрежови връзки и липса на криптиране и достъп за запис през устройства.

Приложения

The използване на Bacnet протокол включва следното.

• BACnet се използва в HVAC приложения, противопожарно управление, управление на осветлението, сигурност, аларма и взаимодействие с компании за комунални услуги.
• Този протокол е специално проектиран за сградна автоматизация, както и за приложения за управление.
• Този протокол се използва за осигуряване на механизми, особено за устройства за автоматизация за обмен на данни, независимо от конкретната сградна услуга, която извършват.
• Този протокол може да се използва от цифрови контролери, компютри и специфични за приложения иначе единни контролери с еквивалентен ефект.
• Протоколът BACnet първоначално е разработен за развитие на оперативна съвместимост между устройствата за сградна автоматизация; въпреки това описанията на данните, както и гъвкавата архитектура, ще го накарат да работи в рамките на широк набор от приложения за управление.
• Това е обектно-ориентиран протокол, така че се използва за означаване на достъпно в мрежа оборудване за контрол.

По този начин, това е преглед на протокола Bacnet – работещ с приложения. Това е най-добрият протокол, използван за изграждане на автоматизация, а също и за свързване на различни системи. Така че протоколът Bacnet в технологията IoT има страхотно бъдеще и ще се развива с големи скокове. Този протокол предоставя чудесно решение и от гледна точка на мащабируемостта. Като се има предвид критичността и търсенето на приложението, трябва да се осигури безопасност и разработката трябва да се извършва с оглед на сигурността. Като се има предвид липсата на стандарти, трябва да се дефинират правилните стандарти, които доставчиците да следват и изпълняват. Ето един въпрос към вас, какво представлява протоколът I2S?