BACnet-protokoll: arkitektur, arbete, typer, objekt och dess tillämpningar

BACnet-protokollet utvecklades av en kommitté vid namn ASHRAE eller American Society of Heating, Refrigerating & Air-Conditioning Engineers 1987. Huvudmottoet för denna kommitté är att göra ett protokoll som skulle ge system från olika tillverkare att kommunicera tillsammans på ett trevligt sätt . Så detta protokoll är ett registrerat varumärke av ASHRAE. Sedan tidsprotokollet utvecklades genomgår det kontinuerliga förändringar med ett öppet avtalsförfarande. Så att alla intresserade är välkomna att delta utan avgifter. Så den här artikeln diskuterar en översikt över Bacnet-protokoll grunderna – arbeta med applikationer.

Vad är BACnet-protokollet?

En data kommunikationsprotokoll som används för att bygga ett automatiserat kontrollnätverk, är känt som BACnet eller Building Automation Control Network. Detta datakommunikationsprotokoll är både en ISO- och ANSI-standard som används för interoperabilitet mellan samverkande byggnadsautomationsenheter. Bacnet-protokollet innehåller en uppsättning regler för att styra datautbytet på ett datornätverk som helt enkelt täcker allt från vilken typ av kabel som ska användas, för att bilda ett visst kommando eller förfrågan på ett normalt sätt.

För att uppnå interoperabilitet över ett brett spektrum av utrustning innehåller BACnet-specifikationen tre huvuddelar. Primär, sekundär och tertiär. Så den primära delen definierar en teknik för att representera vilken typ av byggnadsautomation som helst på ett normalt sätt.

Den sekundära delen beskriver meddelanden som kan sändas över ett nätverk av datorer för att kontrollera och hantera sådan utrustning. Den sista delen beskriver en uppsättning lämpliga LAN som används för att förmedla BACnet-kommunikation.

Varför krävs Bacnet-protokoll?

De BACnet-protokollets betydelse är att definiera typiska tekniker som tillverkare kan utföra för att bygga komponenter såväl som system som är interoperabla genom andra komponenter och system i BACnet.

Den specificerar också hur data betecknas i nätverket samt de tjänster som används för att överföra data från en nod i BACnet till en annan nod. Den har också meddelanden som känner igen nätverks- och datanoder.

BACnet används som ett verktyg av ägare av byggnader och systemspecifikationer för specifikation av det interoperabla systemet. Detta protokoll ändrar inte behovet av att indikera vad en konsument behöver. Så det ger helt enkelt några konsekventa verktyg för att hjälpa till att skapa och specificera system som kan samverka.

BACnet-protokollet används i alla typer av automatiserade byggnadssystem. Så det finns interoperabla produkter tillgängliga inom olika kategorier som säkerhet, brand, belysning, hissar, HVAC, etc. Detta protokoll adresserar helt enkelt interoperabilitetsmålet genom att helt enkelt definiera en allmän arbetsmodell av automationsenheter, en teknik som används för att definiera data som de inkluderar, & även en teknik som används för att förklara protokoll som en enskild enhet kan använda för att fråga ytterligare en enhet för att utföra någon föredragen åtgärd.

Bacnet Protocol Architecture

BACnet-protokollarkitekturen är huvudsakligen begränsad till belysningskontroller, HVAC och gateways. Detta protokoll framhäver lätt och effektiv kommunikation som är optimerad för korta meddelanden, små nätverk och internätverk.

BACnet-protokollarkitektur är en kollapsad arkitektur som matchar 4-lagers OSI-modell . De fyra skikten i BACnet-arkitekturen inkluderar huvudsakligen Application, Network, Data Link & Physical. Även om bara nätverkslagret och applikationslagret helt enkelt är BACnet.

Ovanstående arkitektur är BACnet-protokollstacken som inkluderar olika lager som visas i diagrammet. Detta protokoll är en komprimerad version av OSI-stacken. Transport- och sessionslagren används inte. Applikationsskiktet tar på sig funktionerna för dessa två skikt.

BACnet fysiskt lager

De övre lagren av BACnet är inte beroende av det fysiska lagret. Så det fysiska lagret av BACnet gör det möjligt för BACnet att köras på olika nätverk. De fysiska lagren av BACnet har specificerats med ARCNET, Ethernet, IP-tunnlar, BACnet/IP, RS-232, RS485 och Lonworks/LonTalk. RS232 är för punkt-till-punkt-kommunikation. RS485 stöder upp till 32 noder med ett avstånd på 1200 m vid 76Kbps.

BACnet Protocol Link Layer

BACnet-protokollet implementeras direkt med LonTalk eller IEEE802.2 länklager. Så det specificerar punkt till punkt (PTP) datalänkskikt för RS232-anslutningar. Den specificerar MS/TP datalänkslager avsett för RS-485-anslutningar. Standarden specificerar helt enkelt BVLL (BACnet Virtual Link Layer) som anger alla tjänster som krävs genom BACnet-enheten vid detta länklager.

IP BACnet Virtual Link Layer kapslar in nödvändig kontrolldata i en rubrik för BACnets virtuella länkkontrollinformation. På grund av IP-, BVLL- och BACnet-protokollen kan enheter kommunicera direkt över IP-nätverk utan krav på någon routerenhet.

BACnet-protokollet använder BBMD-konceptet (BACnet broadcast management device) som exekverar den nödvändiga sändningen för det föredragna länklagret. Så, BACnet broadcast-meddelandet ändras till IP-baserade broadcast- eller multicast-meddelanden.

BACnet nätverkslager

Detta lager anger helt enkelt de nödvändiga adresserna till nätverket för routing. BACnet-nätverket inkluderar minst ett eller fler segment som är anslutna till bryggor när de använder liknande LAN-teknik. Om de använder olika LAN-protokoll är de anslutna via routrar.

Applikationslager

BACnet separerar inte presentations- och applikationsskikt. Så det tar hand om tillförlitlighet och sekvensering eller segmenteringsmekanismer som vanligtvis är kopplade till både sessions- och transportlagren. BACnet inkluderar enheter som objekt för att utbyta tjänsteprimitiver som beskrivs med ASN.1-syntax och serialiserade med ASN.1 BER.

BACnet säkerhetslager

Begreppet BACnet-säkerhet kan enkelt förstås med ett exempel, t.ex. när BACnet-enhet-A begär en sessionsnyckel från nyckelservern för att upprätta säker kommunikation via enhet-B, då överförs denna nyckel till både enhet-A och enhet-B genom nyckelservern som är känd som 'SKAb'. BACnet-protokollet använder 56-bitars DES-kryptering.

Hur fungerar Bacnet-protokollet?

BACnet är ett typiskt elektroniskt kommunikationsprotokoll som fungerar genom att tillåta olika typer av tillverkares byggnadsautomation såväl som övervakningssystem som brandlarm, HVAC och perimetersäkerhet för att kommunicera med varandra. Detta protokoll kan fungera med nästan alla vanliga dataprotokoll inklusive TCP/IP.

BACnet-protokollet möjliggör den omfattande BMS-utvecklingen (byggnadshanteringssystem) som tillåter operatörer att konstruera, observera och kontrollera olika byggnadssystem inom en enda applikation.
Detta protokoll används också för att utöka flexibiliteten och omfattningen av den automatisering som kan utföras. Till exempel kan ett automationssystem ställas in så att när brandskyddssystemet upptäcker en brand så skickar systemet kommandon till följande.

• Till hissens styrsystem för att skicka alla hissar till bottenvåningen omedelbart.
• Till byggnadens personsökningssystem för att sända en ljudsignal för att informera de boende i byggnaden varhelst elden upptäcktes och hur man går ut ur byggnaden.
• Från ljud- eller bildsystem i byggnaden till blixtmeddelanden på TV-skärmar i konferensrummen.
• Till ett gränssnitt för telefonsystem för att skicka varningar via textmeddelande till byggnadens anläggningar och ingenjörsteam.

Med BACnet-protokollet betecknas all data i form av ett objekt. Så varje objekt betecknar data om en enhet eller komponent. Att beteckna information som ett objekt ger helt enkelt fördelen att de senaste objekten kan formas, annars kan befintliga objekt modifieras baserat på användarens krav.

Ett objekt betecknar fysisk information (fysisk inmatning, utmatning) & icke-fysisk information (mjukvara/beräkningar). Det är mycket viktigt att notera att varje objekt kan beteckna en enskild del av informationen, annars en informationsgrupp som utför samma och exakta funktion.

BACnet-objekt

BACnet-objekt är ett koncept som gör att kommunikationen samt en grupp data relaterade till i/ps, o/ps, mjukvara och beräkningar kan utföras. BACnet-objektet kan se sig självt på olika sätt som enstaka poäng, logiska grupper, programlogik, scheman och historiska data.

BACnet-objekten är både fysiska och icke-fysiska. Till exempel betraktas en termostat som ett fysiskt koncept och HVAC-systemet anses vara utgångsenheten. Det bästa exemplet på ett icke-fysiskt koncept är underhållsschemat för en HVAC i mjukvaruformen.

Alla BACnet-objekt inkluderar olika egenskaper för informationsutbyte och kommandon. Dessa egenskaper representerade i ett tabellformat med två kolumner. Den första kolumnen innehåller namnet på egenskapen och den andra kolumnen visar värdet på egenskapen. I den andra kolumnen kan informationen finnas i ett skrivaktiverat/skrivskyddat format.

BACnet-objektexemplet för en binär ingång av en sensor i en byggnad visas nedan.

I tabellen ovan är de fyra första egenskaperna nödvändiga enligt BACnet-standarden medan de två sista egenskaperna helt enkelt anses vara valfria. Så dessa valfria objekt är ofta nödvändiga av en utvecklare, men dessa objekt bör matcha standarden för BACnet. Exemplet visar helt enkelt några av egenskaperna hos ett objekt. I verkligheten, särskilt i en byggnadsautomatiseringsmiljö, skulle olika egenskaper finnas i objektet. De flesta experter och källor anger att det finns 23 standard BACnet-objekt som används i byggnadsautomationssystem. Så, standardobjekt fungerar i BACnet-standarden.

De 23 standardobjekten i BACnet är binär i/p, binär o/p, binär värde, analog i/p, analog o/p, analog värde, medelvärde, LifeSafety Zone, LifeSafety Point, Multi-State i/p, Multi-State o/p, Multi-State-värde, Loop, Kalender, Notifikationsklass, Kommando, Fil, Program, Schema, Trendlogg, Grupp, Händelseregistrering & Enhet.

När en uppsättning objekt utför en specifik funktion är den känd som en BACnet-enhet. Alla dessa objekt bör innehålla en identifierare, datatyp och ytterligare information som skrivskyddad, modifierad genom andra enheter och många fler.

Olika typer

Den annorlunda typer av BACnet-protokoll diskuteras nedan.

BACnet/IP

Detta används normalt med befintliga VLAN & WAN-nätverk. Så enheterna kan ansluta direkt till hubbar eller Ethernet-switchar. Detta LAN är en högpresterande och snabb typ, men mycket kostsam. BACnet/IP använder UDP/IP för kompatibilitet genom befintlig IP-infrastruktur. När BACnet/IP väl har använts med flera IP-undernät, är extra enhetsfunktioner känd som BBMDs (BACnet Broadcast Management Devices) nödvändig för att hantera broadcast-meddelanden från BACnet mellan undernät.

BACnet MS/TP

Denna typ av LAN använder EIA-485 twisted pair för signalering upp till 4k fot. Så det är en mycket känd typ av BACnet LAN som används för såväl enhetliga som applikationsspecifika kontroller. Denna BACnet MS/TP är inte dyr.

BACnet ISO 8802-3 (Ethernet)

BACnet används direkt med Ethernet 8802-3-nätverk som liknar BACnet/IP vad gäller hastighet och kostnad, även om de är begränsade till en enda fysisk infrastruktur som inte använder IP-routrar.

BACnet över ARCNET

Detta BACnet är av MAC-typ som inkluderar två former som 2,5 Mbs coax & 156 Kbs ovanför EIA-485. Detta BACnet stöds av ett begränsat antal leverantörer med ARCNET.

BACnet punkt-till-punkt

Denna BACnet Point-to-Point används helt enkelt över nätverken av uppringda telefoner. I allmänhet används därför inte längre direkt EIA-232-anslutning för en direkt Ethernet-anslutning.

BACnet över LonTalk Foreign Frames

Detta BACnet tillåter helt enkelt LonTalks transportkomponent för att bära BACnet-meddelanden. Men de två protokollen är inte kompatibla.

BACnet över ZigBee

I allmänhet är denna MAC ett trådlöst mesh-nätverk som används med billigare enheter. Så det används normalt som en gateway till ZigBee-enheter och inte som en inbyggd BACnet-transport.

Bacnet till Modbus Converter

Protocon-P3 Gateway är en BACnet till Modbus-omvandlare som används för att designa automationssystem i olika applikationer som HVAC, passerkontroll, belysningskontroll & branddetekteringssystem och tillhörande utrustning. Protocon-P3 Gateway kombinerar sådana BACnet-system och enheter med Modbus-baserade hanteringssystem över Modbus RTU-protokoll och Modbus TCP/IP.

Huvudfunktionerna i Bacnet till Modbus Converter inkluderar följande.

• Den innehåller en frontpanel som har LED för indikering av snabb diagnostik
• Windows-baserat konfigurationsverktyg.
• Den stöder upp till 100 BACnet-enheter som gränssnitt till TCP Master/Slave eller Modbus RTU.
• Den har kapacitet för gränssnitt på upp till 5K mapppunkter.
• Den stöder COV-bitspackningsfunktionen.

Bacnet Protocol vs Modbus

Skillnaden mellan Bacnet Protocol och Modbus inkluderar följande.

Fördelar

De fördelarna med Bacnet-protokollet inkluderar följande.

• BACnet-protokollet är speciellt utformat för byggnadsautomation samt styrnätverk.
• Det beror inte på nuvarande LAN- eller WAN-teknik.
• Det är en amerikansk nationell standard och en europeisk förstandard.
• Det är skalbart helt från små byggnadsapplikationer till universella nätverk av enheter.
• Implementerarna av BACnet kan säkert inkludera icke-standardiserade tillägg samt förbättringar utan att påverka befintlig interoperabilitet.
• Det antas av de mest kända brandskyddsföretagen i både USA och Europa.
• Det stöds av olika kylaggregattillverkare som Dunham-Bush, Carrier, McQuay, York & Trane.
• I verkliga byggnadskontrollapplikationer har detta protokoll en beprövad meritlista.

Nackdelar

De nackdelar med Bacnet-protokollet inkluderar följande.

Den största nackdelen med BACnet-protokollet var ett kompatibelt problem. Så på grund av detta problem introducerades BTL (BACnet Testing Laboratories) år 2000. BTL är efterlevnads- och och oberoende testorganisation. Huvudsyftet med detta är att testa produkterna från BACnet för att verifiera överensstämmelse med standarden. När godkänts; produkten kommer att få BTL:s logotyp.

Problemen eller nätvärdiga attacker som finns allmänt i detta protokoll är; Brist på spoofing och autentisering, DoS-attacker, immobiliserade nätverksanslutningar och brist på kryptering och skrivåtkomst över enheter.

Ansökningar

De användning av Bacnet-protokollet omfattar följande.

• BACnet används i HVAC-applikationer, brandkontroll, belysningskontroll, säkerhet, larm och gränssnitt till elbolag.
• Detta protokoll var speciellt utformat för byggnadsautomation såväl som kontrollapplikationer.
• Detta protokoll används för att tillhandahålla mekanismer, speciellt för automationsenheter för utbyte av data oavsett vilken byggnadstjänst de utför.
• Detta protokoll kan användas av digitala styrenheter, datorer och applikationsspecifika annars enhetliga styrenheter med motsvarande effekt.
• BACnet-protokollet utvecklades ursprungligen för att utveckla interoperabilitet mellan byggnadsautomationsenheter; Dess databeskrivningar, såväl som flexibla arkitektur, kommer dock att få den att fungera inom ett brett spektrum av styrtillämpningar.
• Detta är ett objektorienterat protokoll som används för att beteckna nätverkstillgänglig styrutrustning.

Detta är alltså en översikt över Bacnet-protokollet – fungerar med applikationer. Detta är det bästa protokollet som används för att bygga automation och även för att koppla ihop olika system. Så, Bacnet Protocol inom IoT-teknik har en stor framtid och det kommer att utvecklas med stormsteg. Detta protokoll ger en utmärkt lösning ur skalbarhetssynpunkt också. Med tanke på applikationens kritik och efterfrågan måste säkerhet ges och utveckling måste ske med säkerhet i åtanke. Med tanke på bristen på standarder måste rätt standarder definieras för leverantörer att följa och utföra. Här är en fråga till dig, vad är I2S-protokollet?