פרוטוקול BACnet: ארכיטקטורה, עבודה, סוגים, אובייקטים ויישומיו

פרוטוקול BACnet פותח על ידי ועדה בשם ASHRAE או האגודה האמריקאית למהנדסי חימום, קירור ומיזוג אוויר בשנת 1987. המוטו העיקרי של ועדה זו הוא ליצור פרוטוקול שיספק למערכות מיצרנים שונים לתקשר יחד בצורה נעימה . אז הפרוטוקול הזה הוא מותג רשום של ASHRAE. מאז שפותח פרוטוקול הזמן הוא עובר שינויים מתמשכים בהליך הסכם פתוח. כך שכל המתעניינים מוזמנים להשתתף ללא עמלות. אז מאמר זה דן בסקירה כללית של פרוטוקול Bacnet יסודות - עבודה עם יישומים.

מהו פרוטוקול BACnet?

נתון פרוטוקול תקשורת המשמשת לבניית רשת בקרה אוטומטית, ידועה בשם BACnet או Building Automation Control Network. פרוטוקול תקשורת נתונים זה הוא גם תקן ISO וגם ANSI המשמש לפעילות הדדית בין התקני אוטומציה של בניינים משתפים פעולה. פרוטוקול Bacnet כולל קבוצה של כללים לניהול חילופי הנתונים ברשת מחשבים, שפשוט מכסה הכל מאיזה סוג של כבל להשתמש, כדי ליצור פקודה או בקשה מסוימת בצורה רגילה.

כדי להשיג יכולת פעולה הדדית על פני קשת רחבה של ציוד, מפרט BACnet כולל שלושה חלקים עיקריים. ראשוני, משני ושלישוני. אז החלק העיקרי מגדיר טכניקה לייצג כל סוג של מנגנון אוטומציה של בניין בצורה נורמלית.

החלק המשני מתאר הודעות שניתן להעביר ברשת של מחשבים כדי לבדוק ולנהל ציוד כזה. החלק האחרון מתאר קבוצה של רשתות LAN מתאימות המשמשות להעברת תקשורת BACnet.

מדוע נדרש פרוטוקול Bacnet?

ה החשיבות של פרוטוקול BACnet הוא להגדיר טכניקות טיפוסיות שיצרנים יכולים לבצע לבניית רכיבים וכן מערכות הניתנות להפעלה הדדית באמצעות רכיבים ומערכות אחרים של BACnet.

זה גם מפרט כיצד נתונים מסומנים ברשת, כמו גם את השירותים המשמשים להעברת נתונים מצומת אחד של BACnet לצומת אחר. יש לו גם הודעות המזהות רשת וצמתי נתונים.

BACnet משמש ככלי על ידי בעלים של מבנים ומפרטי מערכות לצורך מפרט המערכת הדדית. פרוטוקול זה אינו משנה את הצורך להצביע על מה שהצרכן צריך. אז, הוא מספק פשוט כמה כלים עקביים כדי לסייע ביצירה ובפירוט של מערכות שיכולות לפעול הדדית.

פרוטוקול BACnet משמש בכל סוגי מערכות הבניין האוטומטיות. לכן, ישנם מוצרים הניתנים להפעלה הדדית זמינים בקטגוריות שונות כמו אבטחה, אש, תאורה, מעליות, HVAC וכו'. פרוטוקול זה פשוט מתייחס למטרה של יכולת פעולה הדדית באמצעות פשוט הגדרת מודל עבודה כללי של התקני אוטומציה, טכניקה המשמשת להגדרת הנתונים שהם כוללים, וגם טכניקה המשמשת להסבר פרוטוקולים שמכשיר בודד יכול להשתמש כדי לבקש מהתקן אחד נוסף לבצע פעולה מועדפת כלשהי.

ארכיטקטורת פרוטוקול Bacnet

ארכיטקטורת פרוטוקול BACnet מוגבלת בעיקר לבקרות תאורה, HVAC ושערים. פרוטוקול זה מדגיש תקשורת קלת משקל ויעילה אשר מותאמת להודעות קצרות, רשתות קטנות ורשתות בין רשתות.

ארכיטקטורת פרוטוקול BACnet היא ארכיטקטורה ממוטטת התואמת ל-4 שכבות של דגם OSI . ארבע השכבות בארכיטקטורת BACnet כוללות בעיקר Application, Network, Data Link & Physical. למרות זאת, רק שכבת הרשת ושכבת היישום הם פשוט BACnet.

הארכיטקטורה שלעיל היא ערימת פרוטוקול BACnet הכוללת שכבות שונות כפי שמוצג בתרשים. פרוטוקול זה הוא גרסה ממוטטת של מחסנית OSI. לא נעשה שימוש בשכבות ההובלה וההפעלה. שכבת היישום לוקחת על עצמה את הפונקציות של שתי השכבות הללו.

השכבה הפיזית של BACnet

השכבות העליונות של BACnet אינן תלויות בשכבה הפיזית. אז השכבה הפיזית של BACnet מאפשרת להפעיל את BACnet ברשתות שונות. השכבות הפיזיות של BACnet צוינו עם ARCNET, Ethernet, מנהרות IP, BACnet/IP, RS-232, RS485 ו-Lonworks/LonTalk. RS232 מיועד לתקשורת מנקודה לנקודה. RS485 תומך בעד 32 צמתים עם מרחק של 1200 מ' ב-76Kbps.

שכבת קישור פרוטוקול BACnet

פרוטוקול BACnet מיושם ישירות עם שכבות קישור של LonTalk או IEEE802.2. אז הוא מציין שכבת קישור נתונים מנקודה לנקודה (PTP) עבור חיבורי RS232. הוא מציין את שכבת קישור הנתונים של MS/TP המיועדת לחיבורי RS-485. התקן פשוט מציין BVLL (BACnet Virtual Link Layer) המציין את כל השירותים הנדרשים דרך התקן BACnet בשכבת קישור זו.

IP BACnet Virtual Link Layer עוטפת נתוני בקרה נדרשים בכותרת של מידע בקרת קישור וירטואלי של BACnet. בגלל פרוטוקול IP, BVLL ו-BACnet, התקני פרוטוקול יכולים לתקשר ישירות על גבי רשתות IP ללא דרישה של כל התקן נתב.

פרוטוקול BACnet משתמש בקונספט BBMD (BACnet broadcast management device) אשר מבצע את השידור הנדרש עבור שכבת הקישור המועדפת. אז הודעת השידור של BACnet משתנה להודעות שידור מבוססות IP או הודעות ריבוי שידור.

שכבת רשת BACnet

שכבה זו פשוט מציינת את הכתובות הנדרשות של הרשת לניתוב. רשת BACnet כוללת לפחות מקטע אחד או יותר המחוברים לגשרים ברגע שהם משתמשים בטכנולוגיות LAN דומות. אם הם משתמשים בפרוטוקולי LAN שונים, הם מחוברים דרך נתבים.

שכבת היישום

BACnet לא מפרידה בין מצגת לשכבות יישומים. אז הוא דואג למנגנוני אמינות ורצף או פילוח הקשורים בדרך כלל הן לשכבות הפגישה והן לשכבות התחבורה. BACnet כולל התקנים כמו אובייקטים להחלפת פרימיטיבים של שירותים המתוארים עם תחביר ASN.1 ומוסדרים עם ASN.1 BER.

שכבת האבטחה של BACnet

ניתן להבין את הרעיון של אבטחת BACnet בקלות עם דוגמה למשל כאשר BACnet device-A מבקש מפתח הפעלה משרת המפתחות ליצירת תקשורת מאובטחת דרך מכשיר-B, אז מפתח זה מועבר הן למכשיר-A והן למכשיר-B דרך שרת המפתח המכונה 'SKab'. פרוטוקול BACnet משתמש בהצפנת DES של 56 סיביות.

כיצד פועל פרוטוקול Bacnet?

BACnet הוא פרוטוקול תקשורת אלקטרוני טיפוסי שפועל על ידי מתן אפשרות לסוגים שונים של אוטומציה של מבנים של יצרנים, כמו גם מערכות ניטור כמו אזעקות אש, HVAC ואבטחה היקפית לתקשורת זו עם זו. פרוטוקול זה יכול לעבוד עם כמעט כל פרוטוקול נתונים רגיל כולל TCP/IP.

פרוטוקול BACnet מאפשר פיתוח מקיף של BMSs (מערכות ניהול מבנים) המאפשר למפעילים לבנות, לצפות ולשלוט במערכות בניין שונות בתוך יישום אחד.
פרוטוקול זה משמש גם להרחבת הגמישות וההיקף של האוטומציה שניתן לבצע. לדוגמה, ניתן להגדיר מערכת אוטומציה כך שברגע שמערכת ההגנה מפני אש מבחינה בשריפה, המערכת שולחת פקודות לגורמים הבאים.

• למערכת הבקרה של המעלית לשלוח את כל המעליות לקומת הקרקע באופן מיידי.
• למערכת ההחלפה של הבניין כדי לשדר אות קולי כדי ליידע את דיירי הבניין בכל מקום שבו התגלתה השריפה וכיצד לצאת מהבניין.
• החל ממערכות האודיו או הוויזואליות של הבניין ועד להודעות הבזק בתצוגות הטלוויזיה בחדרי הישיבות.
• לממשק של מערכת טלפונית לשליחת התראות באמצעות הודעת טקסט למתקנים וצוותי ההנדסה של הבניין.

עם פרוטוקול BACnet, כל הנתונים מסומנים במונחים של אובייקט. אז כל אובייקט מסמל נתונים לגבי מכשיר או רכיב. סימן מידע כמו אובייקט פשוט מספק את היתרון שניתן ליצור את האובייקטים העדכניים ביותר אחרת ניתן לשנות אובייקטים קיימים בהתבסס על דרישות המשתמש.

אובייקט מסמל מידע פיזי (תשומות פיזיות, פלטים) ומידע לא פיזי (תוכנה/חישובים). חשוב מאוד לציין שכל אובייקט עשוי לסמן חלק בודד של מידע, אחרת קבוצת מידע שמבצעת את אותה פונקציה ומדויקת.

אובייקט BACnet

אובייקט BACnet הוא מושג המאפשר ביצוע תקשורת כמו גם קבוצת נתונים הקשורים ל-i/ps, o/ps, תוכנה וחישובים. אובייקט BACnet יכול לראות את עצמו בדרכים שונות כמו נקודות בודדות, קבוצות לוגיות, לוגיקה תוכנית, לוחות זמנים ונתונים היסטוריים.

האובייקטים של BACnet הם גם פיזיים וגם לא פיזיים. לדוגמה, תרמוסטט נחשב למושג פיזי ומערכת HVAC נחשבת להתקן הפלט. הדוגמה הטובה ביותר לתפיסה לא פיזית היא לוח הזמנים לתחזוקה של HVAC בצורת התוכנה.

כל אובייקטי BACnet כוללים מאפיינים שונים של חילופי מידע ופקודות. מאפיינים אלה מיוצגים בפורמט טבלה עם שתי עמודות. העמודה הראשונה כוללת את שם הנכס והעמודה השנייה מספקת את ערך הנכס. בעמודה השנייה, המידע יכול להתקיים בפורמט לאפשר כתיבה/קריאה בלבד.

דוגמה לאובייקט BACnet עבור קלט בינארי של חיישן בתוך בניין מוצגת להלן.

בטבלה לעיל, ארבעת המאפיינים הראשונים נחוצים לפי תקן BACnet בעוד ששני המאפיינים האחרונים פשוט נחשבים אופציונליים. אז, אובייקטים אופציונליים אלה נחוצים לעתים קרובות על ידי מפתח, עם זאת, אובייקטים אלה צריכים להתאים לתקן של BACnet. הדוגמה תציג רק כמה מהמאפיינים של אובייקט. בחיים האמיתיים, במיוחד בסביבה של אוטומציה של בניין, מאפיינים שונים יהיו שם בתוך האובייקט. רוב המומחים והמקורות מציינים שיש 23 אובייקטים סטנדרטיים של BACnet המשמשים במערכות אוטומציה של בניין. אז, אובייקטים סטנדרטיים פועלים בתקן BACnet.

23 האובייקטים הסטנדרטיים של BACnet הם בינארי i/p, בינארי o/p, ערך בינארי, אנלוגי i/p, אנלוגי o/p, ערך אנלוגי, ממוצע, LifeSafety Zone, LifeSafety Point, Multi-State i/p, Multi-State o/p, ערך ריבוי מצבים, לולאה, לוח שנה, מחלקת הודעות, פקודה, קובץ, תוכנית, לוח זמנים, יומן מגמות, קבוצה, רישום אירועים ומכשיר.

ברגע שקבוצת אובייקטים מבצעת פונקציה מסוימת, היא ידועה כמכשיר BACnet. כל האובייקטים הללו צריכים לכלול מזהה, סוג נתונים ומידע נוסף כמו קריאה בלבד, שונה באמצעות מכשירים אחרים ועוד רבים נוספים.

סוגים שונים

השונה סוגי פרוטוקולי BACnet נדון להלן.

BACnet/IP

זה משמש בדרך כלל עם רשתות VLAN ו-WAN קיימות. כך שההתקנים יכולים להתחבר ישירות לרכזות או למתגי Ethernet. LAN זה הוא סוג בעל ביצועים גבוהים ומהיר, אך יקר מאוד. BACnet/IP משתמש ב-UDP/IP לצורך תאימות באמצעות תשתית IP קיימת. ברגע ש-BACnet/IP מנוצל עם מספר תת-רשתות IP, אז יש צורך בפונקציונליות נוספת של התקן המכונה BBMDs (התקני ניהול שידורים של BACnet) כדי לטפל בהודעות שידור של BACnet בין תת-רשתות.

BACnet MS/TP

סוג זה של LAN משתמש בזוג מעוות EIA-485 לאיתות של עד 4k רגל. אז זהו סוג מפורסם מאוד של BACnet LAN המשמש לבקרים יחידים כמו גם בקרים ספציפיים ליישום. BACnet MS/TP זה אינו יקר.

BACnet ISO 8802-3 (Ethernet)

BACnet משמש ישירות עם אתרנט רשתות 8802-3 הדומות ל-BACnet/IP מבחינת מהירות ועלות, אם כי מוגבלות לתשתית פיזית אחת שאינה משתמשת בנתבי IP.

BACnet דרך ARCNET

BACnet זה הוא מסוג MAC הכולל שתי צורות כמו 2.5Mbs coax ו-156Kbs מעל EIA-485. BACnet זה נתמך על ידי מספר מצומצם של ספקים עם ARCNET.

BACnet נקודה לנקודה

BACnet Point-to-Point זה משמש פשוט ברשתות של טלפונים בחיוג. בדרך כלל, לכן חיבור ישיר EIA-232 אינו משמש עוד עבור חיבור Ethernet ישיר.

BACnet על LonTalk Foreign Frames

BACnet זה פשוט מאפשר את רכיב התחבורה של LonTalk לשאת הודעות BACnet. אבל, שני הפרוטוקולים אינם ניתנים להפעלה הדדית.

BACnet על ZigBee

בדרך כלל, MAC זה הוא רשת רשת אלחוטית המשמשת עם מכשירים פחות יקרים. אז הוא משמש בדרך כלל כשער למכשירי ZigBee ולא כמו תחבורה מקורית של BACnet.

ממיר Bacnet ל-Modbus

Protocon-P3 Gateway הוא ממיר BACnet ל-Modbus המשמש בתכנון מערכות אוטומציה ביישומים שונים כמו HVAC, בקרת גישה, בקרת תאורה ומערכות גילוי אש, והציוד הנלווה אליהן. ה-Protocon-P3 Gateway משלב מערכות והתקנים מסוג BACnet עם מערכות ניהול מבוססות Modbus על פרוטוקול Modbus RTU ו- Modbus TCP/IP.

התכונות העיקריות של Bacnet to Modbus Converter כוללות את הדברים הבאים.

• הוא כולל פאנל קדמי בעל LED עבור אינדיקציה לאבחון מהיר
• כלי תצורה מבוסס Windows.
• הוא תומך בעד 100 התקני BACnet ממשק ל-TCP Master/Slave או Modbus RTU.
• יש לו יכולת להתממשקות של עד 5K נקודות מיפוי.
• הוא תומך בתכונת אריזה של סיביות COV.

פרוטוקול Bacnet לעומת Modbus

ההבדל בין Bacnet Protocol ל- Modbus כולל את הדברים הבאים.

יתרונות

ה היתרונות של פרוטוקול Bacnet כלול את הבאים.

• פרוטוקול BACnet תוכנן במיוחד עבור אוטומציה של בניין כמו גם רשתות בקרה.
• זה לא תלוי בטכנולוגיות LAN או WAN הנוכחיות.
• זהו תקן לאומי אמריקאי ותקן אירופאי מראש.
• זה ניתן להרחבה לחלוטין מיישומי בניין בודדים לרשתות אוניברסליות של מכשירים.
• המיישמים של BACnet יכולים לכלול באופן מאובטח הרחבות לא סטנדרטיות כמו גם שיפורים מבלי להשפיע על יכולת הפעולה ההדדית הקיימת.
• הוא אומץ על ידי חברות ההגנה מפני אש המפורסמות ביותר בארה'ב ובאירופה.
• זה נתמך על ידי יצרני צ'ילרים שונים כמו Dunham-Bush, Carrier, McQuay, York & Trane.
• ביישומי בקרת מבנים אמיתיים, לפרוטוקול זה יש רקורד מוכח.

חסרונות

ה החסרונות של פרוטוקול Bacnet כלול את הבאים.

החיסרון העיקרי של פרוטוקול BACnet היה בעיה תואמת. אז בגלל בעיה זו, ה-BTL (BACnet Testing Laboratories) הוצג בשנת 2000. BTL הוא ארגון ציות ובדיקות עצמאיות. הכוונה העיקרית לכך היא לבדוק את המוצרים של BACnet כדי לוודא עמידה בתקן. לאחר אישור; המוצר יקבל את הלוגו של BTL.

הבעיות או התקפות ראויות לרשת שנמצאות באופן נרחב בפרוטוקול זה הן; היעדר זיוף ואימות, התקפות DoS, חיבורי רשת לא מובילים וחוסר הצפנה וגישה לכתיבה במכשירים.

יישומים

ה שימוש בפרוטוקול Bacnet כולל את הדברים הבאים.

• ה-BACnet משמש ביישומי HVAC, בקרת תאורה בקרת אש, אבטחה, אזעקה וממשק לחברות שירות.
• פרוטוקול זה תוכנן במיוחד עבור אוטומציה של בניין כמו גם יישומי בקרה.
• פרוטוקול זה משמש לספק מנגנונים, במיוחד עבור התקני אוטומציה להחלפת נתונים ללא קשר לשירות הבניין הספציפי שהם מבצעים.
• ניתן להשתמש בפרוטוקול זה על ידי בקרים דיגיטליים, מחשבים ובקרים ספציפיים לאפליקציה אחרת עם אפקט שווה ערך.
• פרוטוקול BACnet פותח בתחילה כדי לפתח יכולת פעולה הדדית בין התקני אוטומציה לבניין; עם זאת, תיאורי הנתונים שלו, כמו גם הארכיטקטורה הגמישה, יגרמו לו לעבוד בתוך מגוון רחב של יישומי בקרה.
• זהו פרוטוקול מונחה עצמים, המשמש כל כך לציון ציוד בקרה נגיש לרשת.

לפיכך, זהו סקירה כללית של פרוטוקול Bacnet - עובד עם יישומים. זהו הפרוטוקול הטוב ביותר המשמש לבניית אוטומציה וגם לחיבור מערכות שונות. אז, לפרוטוקול Bacnet בטכנולוגיית IoT יש עתיד גדול והוא יתפתח בצעדי ענק. פרוטוקול זה מספק פתרון נהדר גם מנקודת מבט של מדרגיות. בהתחשב בקריטיות ובביקוש של האפליקציה, יש לתת בטיחות ופיתוח חייב להיעשות מתוך מחשבה על אבטחה. בהתחשב בהיעדר תקנים, יש להגדיר את הסטנדרטים הנכונים שספקים יוכלו לעקוב אחריהם ולבצע אותם. הנה שאלה בשבילך, מהו פרוטוקול I2S?