Protocol BACnet: arquitectura, treball, tipus, objectes i les seves aplicacions

El protocol BACnet va ser desenvolupat per un comitè anomenat ASHRAE o American Society of Heating, Refrigerating & Air-Conditioning Engineers l'any 1987. El lema principal d'aquest comitè és fer un protocol que proporcionés sistemes de diversos fabricants per comunicar-se entre ells d'una manera agradable. . Per tant, aquest protocol és una marca registrada d'ASHRAE. Des de l'època en què es va desenvolupar el protocol, està experimentant canvis continus amb un procediment de conveni obert. De manera que totes les persones interessades poden participar-hi sense comissions. Així que aquest article tracta una visió general de Protocol Bacnet conceptes bàsics: treballar amb aplicacions.

Què és el protocol BACnet?

Una dada protocol de comunicació que s'utilitza per construir una xarxa de control automatitzada, es coneix com BACnet o Xarxa de control d'automatització d'edificis. Aquest protocol de comunicació de dades és un estàndard ISO i ANSI utilitzat per a la interoperabilitat entre dispositius d'automatització d'edificis que col·laboren. El protocol Bacnet inclou un conjunt de regles per governar l'intercanvi de dades en una xarxa d'ordinadors que simplement cobreix tot des de quin tipus de cable s'ha d'utilitzar, per formar una comanda o sol·licitud particular d'una manera normal.

Per aconseguir la interoperabilitat en un ampli espectre d'equips, l'especificació BACnet inclou tres parts principals. Primària, Secundària i Terciària. Així, la part principal defineix una tècnica per representar qualsevol tipus d'aparell d'automatització d'edificis d'una manera normal.

La part secundària descriu missatges que es poden transmetre a través d'una xarxa d'ordinadors per comprovar i gestionar aquests equips. La part final descriu un conjunt de LAN adequades que s'utilitzen per transmetre comunicacions BACnet.

Per què és necessari el protocol Bacnet?

El La importància del protocol BACnet és definir les tècniques típiques que els fabricants poden executar per construir components així com sistemes que són interoperables mitjançant altres components i sistemes de BACnet.

També especifica com es signifiquen les dades a la xarxa, així com els serveis que s'utilitzen per transmetre dades d'un node de BACnet a un altre node. També té missatges que reconeixen els nodes de dades i de xarxa.

BACnet s'utilitza com a eina pels propietaris d'edificis i especificadors de sistemes per a l'especificació del sistema interoperable. Aquest protocol no modifica la necessitat d'indicar què necessita un consumidor. Per tant, proporciona simplement algunes eines coherents per ajudar a la creació i especificació de sistemes que poden interoperar.

El protocol BACnet s'utilitza en tot tipus de sistemes automatitzats d'edificis. Per tant, hi ha productes interoperables disponibles dins de diferents categories com ara seguretat, incendis, il·luminació, ascensors, climatització, etc. Aquest protocol només aborda l'objectiu d'interoperabilitat mitjançant la definició d'un model de treball general de dispositius d'automatització, una tècnica que s'utilitza per definir les dades que aquests inclou, i també una tècnica utilitzada per explicar els protocols que un sol dispositiu pot utilitzar per demanar a un altre dispositiu que executi alguna acció preferida.

Arquitectura del protocol de Bacnet

L'arquitectura del protocol BACnet es limita principalment als controls d'il·luminació, HVAC i passarel·les. Aquest protocol destaca la comunicació lleugera i eficient que està optimitzada per a missatges curts, xarxes petites i inter-xarxes.

L'arquitectura del protocol BACnet és una arquitectura col·lapsada que coincideix amb les 4 capes del Model OSI . Les quatre capes de l'arquitectura BACnet inclouen principalment l'aplicació, la xarxa, l'enllaç de dades i el físic. Tot i que, només la capa de xarxa i la capa d'aplicació són simplement BACnet.

L'arquitectura anterior és la pila de protocols BACnet que inclou diferents capes tal com es mostra al diagrama. Aquest protocol és una versió col·lapsada de la pila OSI. Les capes de transport i de sessió no s'utilitzen. La capa d'aplicació assumeix les funcions d'aquestes dues capes.

Capa física BACnet

Les capes superiors de BACnet no depenen de la capa física. Així, la capa física de BACnet fa que sigui factible que BACnet s'executi a diferents xarxes. Les capes físiques de BACnet s'han especificat amb ARCNET, Ethernet, túnels IP, BACnet/IP, RS-232, RS485 i Lonworks/LonTalk. RS232 és per a la comunicació punt a punt. RS485 admet fins a 32 nodes amb una distància de 1200 m a 76 Kbps.

Capa d'enllaç del protocol BACnet

El protocol BACnet s'implementa directament amb les capes d'enllaç LonTalk o IEEE802.2. Per tant, especifica la capa d'enllaç de dades punt a punt (PTP) per a connexions RS232. Especifica la capa d'enllaç de dades MS/TP destinada a connexions RS-485. L'estàndard simplement especifica BVLL (BACnet Virtual Link Layer) que indica tots els serveis necessaris a través del dispositiu BACnet en aquesta capa d'enllaç.

IP BACnet Virtual Link Layer encapsula les dades de control necessàries en una capçalera de la informació de control d'enllaç virtual BACnet. A causa dels protocols IP, BVLL i BACnet, els dispositius poden comunicar-se directament a través de xarxes IP sense el requisit de cap dispositiu d'encaminador.

El protocol BACnet utilitza el concepte BBMD (dispositiu de gestió de difusió BACnet) que executa l'emissió requerida per a la capa d'enllaç preferida. Per tant, el missatge de difusió BACnet es canvia a missatges de difusió o multidifusió basats en IP.

Capa de xarxa BACnet

Aquesta capa simplement especifica les adreces necessàries de la xarxa per a l'encaminament. La xarxa BACnet inclou un mínim d'un o més segments connectats amb ponts una vegada que utilitzen tecnologies LAN similars. Si utilitzen diversos protocols LAN, es connecten mitjançant encaminadors.

Capa d'aplicació

BACnet no separa les capes de presentació i d'aplicació. Per tant, s'encarrega de la fiabilitat i els mecanismes de seqüenciació o segmentació generalment connectats tant amb les capes de sessió com de transport. BACnet inclou dispositius com objectes per intercanviar primitives de servei que es descriuen amb la sintaxi ASN.1 i serialitzades amb ASN.1 BER.

Capa de seguretat de BACnet

El concepte de seguretat BACnet es pot entendre fàcilment amb un exemple, per exemple, quan el dispositiu BACnet-A sol·licita una clau de sessió al servidor de claus per establir una comunicació segura a través del dispositiu-B, llavors aquesta clau es transmet tant al dispositiu-A com al dispositiu-B. mitjançant el servidor de claus que es coneix com 'SKab'. El protocol BACnet utilitza xifratge DES de 56 bits.

Com funciona el protocol Bacnet?

BACnet és un protocol de comunicació electrònica típic que funciona permetent diferents tipus d'automatització d'edificis dels fabricants, així com sistemes de monitorització com alarmes d'incendis, HVAC i seguretat perimetral per comunicar-se entre ells. Aquest protocol pot funcionar amb gairebé qualsevol protocol de dades normal, inclòs TCP/IP.

El protocol BACnet permet el desenvolupament integral de BMS (sistemes de gestió d'edificis) que permet als operadors construir, observar i controlar diferents sistemes d'edificis dins d'una sola aplicació.
Aquest protocol també s'utilitza per ampliar la flexibilitat i l'abast de l'automatització que es pot executar. Per exemple, es podria configurar un sistema d'automatització de manera que un cop el sistema de protecció contra incendis noti un incendi, el sistema enviï ordres als següents.

• Al sistema de control de l'ascensor per enviar tots els ascensors a la planta baixa immediatament.
• Al sistema de localització de l'edifici per transmetre un senyal de veu audible per informar els ocupants de l'edifici allà on s'ha detectat l'incendi i com sortir de l'edifici.
• Des dels sistemes d'àudio o visuals de l'edifici fins a missatges flash a les pantalles de televisió de les sales de conferències.
• A una interfície de sistema telefònic per enviar alertes a través de missatges de text a les instal·lacions i equips d'enginyeria de l'edifici.

Amb el protocol BACnet, totes les dades es signifiquen en termes d'un objecte. Així, cada objecte significa dades sobre un dispositiu o component. Significar la informació com un objecte simplement proporciona l'avantatge que es poden formar els últims objectes, en cas contrari, els objectes existents es poden modificar en funció dels requisits de l'usuari.

Un objecte significa informació física (entrades físiques, sortides) i informació no física (programari/càlculs). És molt significatiu tenir en compte que cada objecte pot significar una sola porció d'informació, en cas contrari, un grup d'informació que executa la mateixa funció exacta.

Objecte BACnet

L'objecte BACnet és un concepte que permet executar la comunicació així com un grup de dades relacionades amb i/ps, o/ps, programari i càlculs. L'objecte BACnet es pot visualitzar de diferents maneres, com ara punts únics, grups lògics, lògica del programa, horaris i dades històriques.

Els objectes BACnet són tant físics com no físics. Per exemple, un termòstat es considera un concepte físic i el sistema HVAC es considera el dispositiu de sortida. El millor exemple d'un concepte no físic és el programa de manteniment d'un HVAC en forma de programari.

Tots els objectes BACnet inclouen diferents propietats d'intercanvi d'informació i ordres. Aquestes propietats es representen en un format tabular amb dues columnes. La primera columna inclou el nom de la propietat i la segona columna proporciona el valor de la propietat. A la segona columna, la informació pot existir en un format d'activació d'escriptura/només lectura.

A continuació es mostra l'exemple d'objecte BACnet per a una entrada binària d'un sensor dins d'un edifici.

A la taula anterior, les quatre primeres propietats són necessàries per l'estàndard BACnet, mentre que les dues últimes propietats simplement es consideren opcionals. Per tant, aquests objectes opcionals solen ser necessaris per un desenvolupador, però, aquests objectes haurien de coincidir amb l'estàndard de BACnet. L'exemple mostrarà només algunes de les propietats d'un objecte. A la vida real, especialment en un entorn d'automatització d'edificis, hi hauria diferents propietats dins de l'objecte. La majoria d'experts i fonts especifiquen que hi ha 23 objectes BACnet estàndard utilitzats en sistemes d'automatització d'edificis. Així, els objectes estàndard funcionen a l'estàndard BACnet.

Els 23 objectes estàndard de BACnet són Binary i/p, Binary o/p, Binary value, Analog i/p, Analog o/p, Analog value, Averging, LifeSafety Zone, LifeSafety Point, Multi-State i/p, Multi-State o/p, valor multiestatal, bucle, calendari, classe de notificació, comanda, fitxer, programa, programació, registre de tendències, grup, inscripció d'esdeveniments i dispositiu.

Una vegada que un conjunt d'objectes executa una funció específica, es coneix com a dispositiu BACnet. Tots aquests objectes haurien d'incloure un identificador, tipus de dades i informació addicional, com ara només lectura, modificada a través d'altres dispositius i molts més.

Diferents tipus

El diferent tipus de protocols BACnet es comenten a continuació.

BACnet/IP

Normalment s'utilitza amb xarxes VLAN i WAN existents. Així, els dispositius es poden connectar directament a concentradors o commutadors Ethernet. Aquesta LAN és un tipus ràpid i d'alt rendiment, però molt costosa. BACnet/IP utilitza UDP/IP per a la compatibilitat amb la infraestructura IP existent. Una vegada que BACnet/IP s'utilitza amb diverses subxarxes IP, és necessària una funcionalitat addicional del dispositiu coneguda com BBMD (dispositius de gestió de difusió BACnet) per gestionar missatges de difusió de BACnet entre subxarxes.

BACnet MS/TP

Aquest tipus de LAN utilitza parell trenat EIA-485 per senyalitzar fins a 4k peus. Per tant, és un tipus molt famós de BACnet LAN que s'utilitza per a controladors unitaris i específics per a aplicacions. Aquest BACnet MS/TP no és car.

BACnet ISO 8802-3 (Ethernet)

BACnet s'utilitza directament amb Ethernet Xarxes 8802-3 que són similars a BACnet/IP en termes de velocitat i cost, tot i que estan restringides a una única infraestructura física que no utilitza encaminadors IP.

BACnet sobre ARCNET

Aquest BACnet és de tipus MAC que inclou dues formes com ara 2,5 Mbs coaxial i 156 Kbs per sobre d'EIA-485. Aquest BACnet és compatible amb un nombre limitat de venedors amb ARCNET.

BACnet punt a punt

Aquest punt a punt BACnet s'utilitza simplement a les xarxes de telèfons d'accés telefònic. En general, per tant, la connexió directa EIA-232 ja no s'utilitza per a una connexió Ethernet directa.

BACnet sobre marcs estrangers LonTalk

Aquest BACnet simplement permet el component de transport de LonTalk per transportar missatges BACnet. Però, els dos protocols no són interoperables.

BACnet sobre ZigBee

En general, aquesta MAC és una xarxa de malla sense fil que s'utilitza amb dispositius menys costosos. Per tant, normalment s'utilitza com a porta d'entrada als dispositius ZigBee i no com un transport BACnet natiu.

Convertidor de Bacnet a Modbus

Protocon-P3 Gateway és un convertidor BACnet a Modbus que s'utilitza en el disseny de sistemes d'automatització en diferents aplicacions com HVAC, control d'accés, control d'il·luminació i sistemes de detecció d'incendis i els seus equips relacionats. La passarel·la Protocon-P3 combina aquests sistemes i dispositius BACnet amb sistemes de gestió basats en Modbus mitjançant el protocol Modbus RTU i Modbus TCP/IP.

Les principals característiques de Bacnet to Modbus Converter inclouen les següents.

• Inclou un panell frontal que té LED per indicar un diagnòstic ràpid
• Utilitat de configuració basada en Windows.
• Admet fins a 100 interfícies de dispositius BACnet amb TCP Master/Slave o Modbus RTU.
• Té capacitat per connectar fins a 5K punts de mapes.
• Admet la funció d'embalatge de bits COV.

Protocol Bacnet vs Modbus

La diferència entre el protocol Bacnet i Modbus inclou les següents.

Avantatges

El avantatges del protocol Bacnet incloure el següent.

• El protocol BACnet està especialment dissenyat per a l'automatització d'edificis i xarxes de control.
• No depèn de les tecnologies LAN o WAN actuals.
• És un estàndard nacional nord-americà i un preestàndard europeu.
• Es pot escalar completament des d'aplicacions petites d'un sol edifici fins a xarxes universals de dispositius.
• Els implementadors de BACnet poden incloure de manera segura extensions no estàndard, així com millores sense influir en la interoperabilitat existent.
• És adoptat per les empreses de protecció contra incendis més famoses tant als EUA com a Europa.
• Compta amb el suport de diferents fabricants de refrigeradors com Dunham-Bush, Carrier, McQuay, York i Trane.
• En aplicacions reals de control d'edificis, aquest protocol té un historial provat.

Desavantatges

El inconvenients del Protocol Bacnet incloure el següent.

El principal inconvenient del protocol BACnet era un problema de compliment. Així que a causa d'aquest problema, el BTL (BACnet Testing Laboratories) es va introduir l'any 2000. BTL és una organització de proves independent i de compliment. La intenció principal d'això és provar els productes de BACnet per verificar el compliment de la norma. Un cop aprovat; el producte obtindrà el logotip de BTL.

Els problemes o atacs nets que es troben àmpliament en aquest protocol són; Manca de falsificació i autenticació, atacs DoS, connexions de xarxa immobilitzades i manca d'accés d'encriptació i escriptura als dispositius.

Aplicacions

El ús del protocol Bacnet inclou el següent.

• El BACnet s'utilitza en aplicacions HVAC, control d'il·luminació de control d'incendis, seguretat, alarma i interfície amb empreses de serveis públics.
• Aquest protocol va ser especialment dissenyat per a aplicacions d'automatització d'edificis i de control.
• Aquest protocol s'utilitza per proporcionar mecanismes, especialment per als dispositius d'automatització per intercanviar dades, independentment del servei específic de l'edifici que realitzin.
• Aquest protocol pot ser utilitzat per controladors digitals, ordinadors i controladors específics d'aplicacions, en cas contrari, unitaris amb efecte equivalent.
• El protocol BACnet es va desenvolupar inicialment per desenvolupar la interoperabilitat entre dispositius d'automatització d'edificis; tanmateix, les seves descripcions de dades, així com l'arquitectura flexible, faran que funcioni dins d'una àmplia gamma d'aplicacions de control.
• Aquest és un protocol orientat a objectes, de manera que s'utilitza per significar equips de control accessibles per la xarxa.

Així, això és una visió general del protocol Bacnet: funcionament amb aplicacions. Aquest és el millor protocol utilitzat per construir l'automatització i també per connectar diferents sistemes. Per tant, el protocol Bacnet en tecnologia IoT té un gran futur i es desenvoluparà a passos de gegant. Aquest protocol també ofereix una gran solució des del punt de vista de l'escalabilitat. Tenint en compte la criticitat i la demanda de l'aplicació, s'ha de donar seguretat i el desenvolupament s'ha de fer tenint en compte la seguretat. Tenint en compte la manca d'estàndards, s'han de definir els estàndards adequats perquè els venedors els segueixin i els executin. Aquí teniu una pregunta per a vosaltres, què és el protocol I2S?