BACnet-protocol: architectuur, werking, typen, objecten en toepassingen

Het BACnet-protocol is in 1987 ontwikkeld door een commissie genaamd ASHRAE of de American Society of Heating, Refrigerating & Air-Conditioning Engineers. Het belangrijkste motto van deze commissie is om een ​​protocol te maken waarmee systemen van verschillende fabrikanten op een prettige manier met elkaar kunnen communiceren . Dit protocol is dus een geregistreerd merk van ASHRAE. Sinds het tijdsprotocol is ontwikkeld, wordt het continu gewijzigd met een open overeenkomstprocedure. Zodat alle geïnteresseerden gratis kunnen deelnemen. Dus dit artikel bespreekt een overzicht van: Bacnet-protocol basics – werken met applicaties.

Wat is het BACnet-protocol?

een gegevens communicatie protocol dat wordt gebruikt om een ​​geautomatiseerd besturingsnetwerk te bouwen, staat bekend als BACnet of Building Automation Control Network. Dit datacommunicatieprotocol is zowel een ISO- als een ANSI-standaard die wordt gebruikt voor interoperabiliteit tussen samenwerkende gebouwautomatiseringsapparatuur. Het Bacnet-protocol omvat een reeks regels voor het regelen van de gegevensuitwisseling op een computernetwerk die eenvoudigweg alles omvat, van welk type kabel moet worden gebruikt, om op een normale manier een bepaald commando of verzoek te vormen.

Om interoperabiliteit over een breed spectrum van apparatuur te bereiken, omvat de BACnet-specificatie drie hoofdonderdelen. Primair, secundair en tertiair. Het primaire deel definieert dus een techniek om elk soort gebouwautomatiseringsapparaat op een normale manier weer te geven.

Het secundaire deel beschrijft berichten die via een netwerk van computers kunnen worden verzonden om dergelijke apparatuur te controleren en te beheren. Het laatste deel beschrijft een reeks geschikte LAN's die worden gebruikt voor het overbrengen van BACnet-communicatie.

Waarom is het Bacnet-protocol vereist?

De Het belang van het BACnet-protocol is het definiëren van typische technieken die fabrikanten kunnen uitvoeren om zowel componenten als systemen te bouwen die interoperabel zijn via andere componenten en systemen van BACnet.

Het specificeert ook hoe gegevens op het netwerk worden aangeduid, evenals de services die worden gebruikt om gegevens van het ene knooppunt van BACnet naar het andere knooppunt te verzenden. Het heeft ook berichten die netwerk- en gegevensknooppunten herkennen.

BACnet wordt gebruikt als hulpmiddel door eigenaren van gebouwen en systeemspecificaties voor de specificatie van het interoperabele systeem. Dit protocol verandert niets aan de noodzaak om aan te geven wat een consument nodig heeft. Het biedt dus gewoon een aantal consistente hulpmiddelen om te helpen bij het maken en specificeren van systemen die kunnen samenwerken.

Het BACnet-protocol wordt gebruikt in alle soorten geautomatiseerde gebouwsystemen. Er zijn dus interoperabele producten beschikbaar binnen verschillende categorieën, zoals beveiliging, brand, verlichting, liften, HVAC, enz. Dit protocol richt zich eenvoudigweg op het doel van interoperabiliteit door simpelweg een algemeen werkmodel van automatiseringsapparatuur te definiëren, een techniek die wordt gebruikt voor het definiëren van de gegevens die ze omvatten, & ook een techniek die wordt gebruikt voor het uitleggen van protocollen die een enkel apparaat kan gebruiken om een ​​ander apparaat te vragen om een ​​bepaalde gewenste actie uit te voeren.

Bacnet-protocolarchitectuur

De architectuur van het BACnet-protocol is voornamelijk beperkt tot lichtregelingen, HVAC en gateways. Dit protocol benadrukt lichtgewicht en efficiënte communicatie die is geoptimaliseerd voor korte berichten, kleine netwerken en inter-netwerken.

BACnet-protocolarchitectuur is een samengevouwen architectuur die overeenkomt met 4 lagen van de OSI-model . De vier lagen in de BACnet-architectuur omvatten voornamelijk Application, Network, Data Link & Physical. Ook al zijn alleen de netwerklaag en applicatielaag gewoon BACnet.

De bovenstaande architectuur is de BACnet-protocolstack die verschillende lagen omvat, zoals weergegeven in het diagram. Dit protocol is een samengevouwen versie van de OSI-stack. De transport- en sessielagen worden niet gebruikt. De applicatielaag neemt de functies van deze twee lagen over.

BACnet fysieke laag

De bovenste lagen van BACnet zijn niet afhankelijk van de fysieke laag. Dus de fysieke laag van BACnet maakt het mogelijk om BACnet op verschillende netwerken uit te voeren. De fysieke lagen van BACnet zijn gespecificeerd met ARCNET, Ethernet, IP-tunnels, BACnet/IP, RS-232, RS485 en Lonworks/LonTalk. RS232 is voor punt-naar-punt communicatie. RS485 ondersteunt tot 32 nodes met een afstand van 1200 m bij 76 Kbps.

BACnet Protocol Link Layer

Het BACnet-protocol wordt rechtstreeks geïmplementeerd met LonTalk- of IEEE802.2-linklagen. Het specificeert dus Point to Point (PTP) datalinklaag voor RS232-verbindingen. Het specificeert de MS/TP-datalinklaag bedoeld voor RS-485-verbindingen. De standaard specificeert eenvoudigweg BVLL (BACnet Virtual Link Layer) die alle services vermeldt die via het BACnet-apparaat op deze linklaag vereist zijn.

IP BACnet Virtual Link Layer kapselt vereiste besturingsgegevens in een koptekst van BACnet virtuele koppelingsbesturingsinformatie. Vanwege het IP-, BVLL- en BACnet-protocol kunnen apparaten rechtstreeks communiceren via IP-netwerken zonder dat er een routerapparaat nodig is.

Het BACnet-protocol maakt gebruik van het BBMD-concept (BACnet broadcast management device) dat de vereiste uitzending uitvoert voor de geprefereerde linklaag. Het BACnet-broadcastbericht wordt dus veranderd in IP-gebaseerde broadcast- of multicastberichten.

BACnet-netwerklaag

Deze laag specificeert eenvoudig de vereiste adressen van het netwerk voor routering. Het BACnet-netwerk omvat minimaal één of meer segmenten die zijn verbonden met bruggen zodra ze vergelijkbare LAN-technologieën gebruiken. Als ze verschillende LAN-protocollen gebruiken, zijn ze verbonden via routers.

Applicatielaag

BACnet maakt geen onderscheid tussen presentatie- en applicatielagen. Het zorgt dus voor betrouwbaarheid en sequencing of segmentatiemechanismen die over het algemeen verband houden met zowel de sessie- als transportlagen. BACnet bevat apparaten zoals objecten om service-primitieven uit te wisselen die worden beschreven met ASN.1-syntaxis en geserialiseerd met ASN.1 BER.

BACnet-beveiligingslaag

Het concept van BACnet-beveiliging kan gemakkelijk worden begrepen met een voorbeeld, bijvoorbeeld wanneer BACnet-apparaat-A een sessiesleutel vraagt ​​van de sleutelserver voor het tot stand brengen van veilige communicatie via apparaat-B, dan wordt deze sleutel verzonden naar zowel apparaat-A als apparaat-B via de sleutelserver die bekend staat als 'SKab'. Het BACnet-protocol gebruikt 56-bits DES-codering.

Hoe werkt het Bacnet-protocol?

BACnet is een typisch elektronisch communicatieprotocol dat ervoor zorgt dat verschillende soorten gebouwautomatisering van fabrikanten en bewakingssystemen zoals brandalarmen, HVAC en perimeterbeveiliging met elkaar kunnen communiceren. Dit protocol kan werken met bijna elk normaal dataprotocol, inclusief TCP/IP.

Het BACnet-protocol maakt de uitgebreide ontwikkeling van BMS'en (gebouwbeheersystemen) mogelijk waarmee operators verschillende gebouwsystemen kunnen bouwen, observeren en besturen binnen één enkele toepassing.
Dit protocol wordt ook gebruikt om de flexibiliteit & reikwijdte van de uit te voeren automatisering uit te breiden. Een automatiseringssysteem kan bijvoorbeeld zo worden opgezet dat zodra het brandbeveiligingssysteem een ​​brand waarneemt, het systeem commando's naar het volgende stuurt.

• Om het besturingssysteem van de lift alle liften direct naar de begane grond te sturen.
• Naar het oproepsysteem van het gebouw om een ​​hoorbaar spraaksignaal te verzenden om de bewoners van het gebouw te informeren waar de brand werd gedetecteerd en hoe ze het gebouw moesten verlaten.
• Van de audio- of visuele systemen van het gebouw tot flitsberichten op tv-schermen in de vergaderruimten.
• Naar een interface van het telefoonsysteem voor het verzenden van waarschuwingen via sms naar de faciliteiten en technische teams van het gebouw.

Met het BACnet-protocol worden alle gegevens aangeduid in termen van een object. Elk object betekent dus gegevens over een apparaat of onderdeel. Betekenisvolle informatie zoals een object biedt eenvoudigweg het voordeel dat de nieuwste objecten kunnen worden gevormd, anders kunnen bestaande objecten worden aangepast op basis van de vereisten van de gebruiker.

Een object betekent fysieke informatie (fysieke input, output) & niet-fysieke informatie (software/berekeningen). Het is zeer belangrijk op te merken dat elk object een enkel deel van de informatie kan betekenen, anders een groep informatie die dezelfde en exacte functie vervult.

BACnet-object

BACnet-object is een concept waarmee zowel de communicatie als een groep gegevens met betrekking tot i/ps, o/ps, software en berekeningen kunnen worden uitgevoerd. Het BACnet-object kan zichzelf op verschillende manieren zichtbaar maken, zoals afzonderlijke punten, logische groepen, programmalogica, schema's en historische gegevens.

De BACnet-objecten zijn zowel fysiek als niet-fysiek. Een thermostaat wordt bijvoorbeeld beschouwd als een fysiek concept en het HVAC-systeem wordt beschouwd als het uitvoerapparaat. Het beste voorbeeld van een niet-fysiek concept is het onderhoudsschema van een HVAC in softwarevorm.

Alle BACnet-objecten bevatten verschillende eigenschappen van informatie-uitwisseling en commando's. Deze eigenschappen worden weergegeven in tabelvorm met twee kolommen. De eerste kolom bevat de naam van de eigenschap en de tweede kolom geeft de waarde van de eigenschap. In de tweede kolom kan de informatie bestaan ​​in een schrijf-enabled/read-only formaat.

Het BACnet-objectvoorbeeld voor een binaire ingang van een sensor binnen een gebouw wordt hieronder weergegeven.

In de bovenstaande tabel zijn de eerste vier eigenschappen noodzakelijk volgens de BACnet-standaard, terwijl de laatste twee eigenschappen eenvoudigweg als optioneel worden beschouwd. Deze optionele objecten zijn dus vaak nodig voor een ontwikkelaar, maar deze objecten moeten voldoen aan de standaard van BACnet. Het voorbeeld toont slechts enkele eigenschappen van een object. In het echte leven, met name in een gebouwautomatiseringsomgeving, zouden er verschillende eigenschappen binnen het object zijn. De meeste experts en bronnen specificeren dat er 23 standaard BACnet-objecten worden gebruikt in gebouwautomatiseringssystemen. Standaardobjecten werken dus in de BACnet-standaard.

De 23 standaard BACnet-objecten zijn Binair i/p, Binair o/p, Binaire waarde, Analoog i/p, Analoog o/p, Analoge waarde, Middeling, LifeSafety Zone, LifeSafety Point, Multi-State i/p, Multi-State o/p, Multi-State waarde, Loop, Kalender, Meldingsklasse, Commando, Bestand, Programma, Schema, Trendlogboek, Groep, Gebeurtenisregistratie & Apparaat.

Zodra een set objecten een specifieke functie uitvoert, staat het bekend als een BACnet-apparaat. Al deze objecten moeten een ID, gegevenstype en aanvullende informatie bevatten, zoals alleen-lezen, gewijzigd via andere apparaten en nog veel meer.

Verschillende soorten

Het verschil soorten BACnet-protocollen worden hieronder besproken.

BACnet/IP

Dit wordt normaal gesproken gebruikt met bestaande VLAN- en WAN-netwerken. De apparaten kunnen dus rechtstreeks worden aangesloten op hubs of Ethernet-switches. Dit LAN is een krachtig en snel type, maar erg duur. BACnet/IP gebruikt UDP/IP voor compatibiliteit via bestaande IP-infrastructuur. Zodra BACnet/IP wordt gebruikt met verschillende IP-subnetten, is extra apparaatfunctionaliteit, bekend als BBMD's (BACnet Broadcast Management Devices), nodig om broadcastberichten van inter-subnet BACnet te verwerken.

BACnet MS/TP

Dit soort LAN gebruikt EIA-485 twisted pair voor signalering tot 4k feet. Het is dus een zeer bekend type BACnet LAN dat wordt gebruikt voor zowel unitaire als toepassingsspecifieke controllers. Deze BACnet MS/TP is niet duur.

BACnet ISO 8802-3 (Ethernet)

BACnet wordt direct gebruikt met Ethernet 8802-3-netwerken die qua snelheid en kosten vergelijkbaar zijn met BACnet/IP, hoewel beperkt tot een enkele fysieke infrastructuur die geen gebruik maakt van IP-routers.

BACnet via ARCNET

Dit BACnet is van het MAC-type dat twee vormen omvat, zoals 2.5Mbs coax & 156Kbs boven EIA-485. Dit BACnet wordt ondersteund door een beperkt aantal leveranciers met ARCNET.

BACnet punt-naar-punt

Deze BACnet Point-to-Point wordt gewoon via de netwerken van inbeltelefoons gebruikt. Over het algemeen wordt dus geen directe EIA-232-verbinding meer gebruikt voor een directe Ethernet-verbinding.

BACnet via LonTalk Foreign Frames

Dit BACnet staat eenvoudigweg LonTalk's transportcomponent toe voor het vervoeren van BACnet-berichten. Maar de twee protocollen zijn niet interoperabel.

BACnet via ZigBee

Over het algemeen is deze MAC een draadloos mesh-netwerk dat wordt gebruikt met goedkopere apparaten. Het wordt dus normaal gesproken gebruikt als een gateway naar ZigBee-apparaten en niet als een native BACnet-transport.

Bacnet naar Modbus-converter

Protocon-P3 Gateway is een BACnet naar Modbus-converter die wordt gebruikt bij het ontwerpen van automatiseringssystemen in verschillende toepassingen zoals HVAC, toegangscontrole, lichtregeling en branddetectiesystemen en de bijbehorende apparatuur. De Protocon-P3-gateway combineert dergelijke BACnet-systemen en apparaten met op Modbus gebaseerde beheersystemen via het Modbus RTU-protocol en Modbus TCP/IP.

De belangrijkste kenmerken van Bacnet naar Modbus Converter zijn de volgende.

• Het bevat een voorpaneel met LED voor indicatie van snelle diagnose
• Windows-gebaseerd configuratiehulpprogramma.
• Het ondersteunt maximaal 100 BACnet-apparaten die worden gekoppeld aan TCP Master/Slave of Modbus RTU.
• Het heeft de capaciteit voor het koppelen van maximaal 5K-toewijzingspunten.
• Het ondersteunt de functie voor het inpakken van COV-bits.

Bacnet-protocol versus Modbus

Het verschil tussen Bacnet Protocol en Modbus omvat het volgende.

Voordelen:

De voordelen van het Bacnet-protocol omvatten het volgende.

• Het BACnet-protocol is speciaal ontworpen voor gebouwautomatisering en besturingsnetwerken.
• Het is niet afhankelijk van de huidige LAN- of WAN-technologieën.
• Het is een Amerikaanse nationale norm en een Europese pre-norm.
• Het is volledig schaalbaar van kleine enkelvoudige gebouwtoepassingen tot universele netwerken van apparaten.
• De uitvoerders van BACnet kunnen veilig niet-standaard extensies en verbeteringen toevoegen zonder de bestaande interoperabiliteit te beïnvloeden.
• Het wordt gebruikt door de meest bekende brandbeveiligingsbedrijven in zowel de VS als Europa.
• Het wordt ondersteund door verschillende fabrikanten van koelmachines, zoals Dunham-Bush, Carrier, McQuay, York & Trane.
• In echte gebouwbeheertoepassingen heeft dit protocol een bewezen staat van dienst.

nadelen

De nadelen van het Bacnet-protocol omvatten het volgende.

Het belangrijkste nadeel van het BACnet-protocol was een compliantieprobleem. Daarom is in het jaar 2000 de BTL (BACnet Testing Laboratories) geïntroduceerd. BTL is compliance & en onafhankelijke testorganisatie. De belangrijkste bedoeling hiervan is om de producten van BACnet te testen om te controleren of ze voldoen aan de norm. Eenmaal goedgekeurd; het product krijgt het logo van BTL.

De problemen of netwaardige aanvallen die veel voorkomen in dit protocol zijn; Gebrek aan spoofing en authenticatie, DoS-aanvallen, geïmmobiliseerde netwerkverbindingen en gebrek aan codering en schrijftoegang over apparaten.

Toepassingen

De gebruik van Bacnet-protocol omvat het volgende.

• Het BACnet wordt gebruikt in HVAC-toepassingen, brandbestrijding, lichtregeling, beveiliging, alarm en interfacing met nutsbedrijven.
• Dit protocol is speciaal ontworpen voor zowel gebouwautomatisering als besturingstoepassingen.
• Dit protocol wordt gebruikt om mechanismen te bieden, vooral voor automatiseringsapparaten voor het uitwisselen van gegevens, ongeacht de specifieke gebouwservice die ze uitvoeren.
• Dit protocol kan worden gebruikt door digitale controllers, computers en toepassingsspecifieke, anders unitaire controllers met een gelijkwaardig effect.
• Het BACnet-protocol is oorspronkelijk ontwikkeld om interoperabiliteit tussen apparaten voor gebouwautomatisering te ontwikkelen; zijn gegevensbeschrijvingen en flexibele architectuur zorgen er echter voor dat het werkt binnen een breed scala aan besturingstoepassingen.
• Dit is een objectgeoriënteerd protocol, dus gebruikt om netwerktoegankelijke besturingsapparatuur aan te duiden.

Dit is dus een overzicht van het Bacnet-protocol – werken met toepassingen. Dit is het beste protocol dat wordt gebruikt om automatisering te bouwen en ook om verschillende systemen met elkaar te verbinden. Het Bacnet-protocol in IoT-technologie heeft dus een grote toekomst en het zal zich met grote sprongen ontwikkelen. Dit protocol biedt ook een geweldige oplossing vanuit het oogpunt van schaalbaarheid. Gezien de kriticiteit en de vraag van de toepassing, moet veiligheid worden geboden en moet de ontwikkeling worden gedaan met beveiliging in het achterhoofd. Gezien het gebrek aan normen, moeten de juiste normen worden gedefinieerd die leveranciers moeten volgen en uitvoeren. Hier is een vraag voor u, wat is het I2S-protocol?