BACnet-Protokoll: Architektur, Funktionsweise, Typen, Objekte und ihre Anwendungen

Das BACnet-Protokoll wurde 1987 von einem Komitee namens ASHRAE oder der American Society of Heating, Refrigerating & Air-Conditioning Engineers entwickelt. Das Hauptmotto dieses Komitees ist es, ein Protokoll zu erstellen, das es Systemen verschiedener Hersteller ermöglicht, auf angenehme Weise miteinander zu kommunizieren . Dieses Protokoll ist also eine eingetragene Marke von ASHRAE. Seit der Entwicklung des Zeitprotokolls wird es durch ein offenes Einigungsverfahren kontinuierlich verändert. Damit alle Interessierten ohne Gebühren teilnehmen können. Dieser Artikel beschreibt also einen Überblick über Bacnet-Protokoll Grundlagen – Arbeiten mit Anwendungen.

Was ist das BACnet-Protokoll?

Eine Daten Kommunikationsprotokoll das zum Aufbau eines automatisierten Steuerungsnetzwerks verwendet wird, ist als BACnet oder Building Automation Control Network bekannt. Dieses Datenkommunikationsprotokoll ist sowohl ein ISO- als auch ein ANSI-Standard, der für die Interoperabilität zwischen kooperierenden Gebäudeautomationsgeräten verwendet wird. Das Bacnet-Protokoll enthält eine Reihe von Regeln zur Steuerung des Datenaustauschs in einem Computernetzwerk, die einfach alle abdecken, von der Art des zu verwendenden Kabels bis hin zur Bildung eines bestimmten Befehls oder einer Anfrage auf normale Weise.

Um die Interoperabilität über ein breites Spektrum von Geräten hinweg zu erreichen, umfasst die BACnet-Spezifikation drei Hauptteile. Primär, Sekundär und Tertiär. Der primäre Teil definiert also eine Technik, um jede Art von Gebäudeautomationsgerät auf normale Weise darzustellen.

Der sekundäre Teil beschreibt Nachrichten, die über ein Netzwerk von Computern übertragen werden können, um solche Geräte zu überprüfen und zu verwalten. Der letzte Teil beschreibt eine Reihe geeigneter LANs, die für die Übermittlung der BACnet-Kommunikation verwendet werden.

Warum ist das Bacnet-Protokoll erforderlich?

Das Bedeutung des BACnet-Protokolls besteht darin, typische Techniken zu definieren, die Hersteller ausführen können, um Komponenten sowie Systeme zu bauen, die über andere Komponenten und Systeme von BACnet interoperabel sind.

Es legt auch fest, wie Daten im Netzwerk bezeichnet werden, sowie die Dienste, die verwendet werden, um Daten von einem Knoten von BACnet zu einem anderen Knoten zu übertragen. Es hat auch Nachrichten, die Netzwerk- und Datenknoten erkennen.

BACnet wird von Gebäudeeigentümern und Systemplanern als Werkzeug für die Spezifikation des interoperablen Systems verwendet. Dieses Protokoll ändert nichts an der Notwendigkeit, anzugeben, was ein Verbraucher braucht. Es bietet also einfach einige konsistente Tools zur Unterstützung der Erstellung und Spezifikation von Systemen, die zusammenarbeiten können.

Das BACnet-Protokoll wird in allen Arten von automatisierten Gebäudesystemen verwendet. Es sind also interoperable Produkte in verschiedenen Kategorien wie Sicherheit, Feuer, Beleuchtung, Aufzüge, HVAC usw. verfügbar. Dieses Protokoll adressiert einfach das Interoperabilitätsziel, indem es einfach ein allgemeines Arbeitsmodell von Automatisierungsgeräten definiert, eine Technik, die zum Definieren der Daten verwendet wird, die sie enthalten umfassen, & auch eine Technik, die zum Erläutern von Protokollen verwendet wird, die ein einzelnes Gerät verwenden kann, um ein weiteres Gerät anzufragen, um eine bevorzugte Aktion auszuführen.

Bacnet-Protokollarchitektur

Die BACnet-Protokollarchitektur ist überwiegend auf Lichtsteuerungen, HLK & Gateways beschränkt. Dieses Protokoll hebt eine leichte und effiziente Kommunikation hervor, die für Kurznachrichten, kleine Netzwerke und Internetzwerke optimiert ist.

Die BACnet-Protokollarchitektur ist eine reduzierte Architektur, die zu 4 Schichten des passt OSI-Modell . Die vier Schichten in der BACnet-Architektur umfassen hauptsächlich Anwendung, Netzwerk, Datenverbindung und Physisch. Obwohl nur die Netzwerkschicht und die Anwendungsschicht einfach BACnet sind.

Die obige Architektur ist der BACnet-Protokollstack, der verschiedene Schichten umfasst, wie im Diagramm gezeigt. Dieses Protokoll ist eine reduzierte Version des OSI-Stacks. Die Transport- und Sitzungsschichten werden nicht verwendet. Die Anwendungsschicht übernimmt die Funktionen dieser beiden Schichten.

BACnet-Physical-Layer

Die oberen Schichten von BACnet sind unabhängig von der physikalischen Schicht. Die physikalische Schicht von BACnet macht es also möglich, dass BACnet auf verschiedenen Netzwerken ausgeführt wird. Die physikalischen Schichten von BACnet wurden mit ARCNET, Ethernet, IP-Tunnel, BACnet/IP, RS-232, RS485 und Lonworks/LonTalk spezifiziert. RS232 dient der Punkt-zu-Punkt-Kommunikation. RS485 unterstützt bis zu 32 Knoten mit einer Entfernung von 1200 m bei 76 Kbps.

BACnet Protocol Link Layer

Das BACnet-Protokoll wird direkt mit LonTalk- oder IEEE802.2-Verbindungsschichten implementiert. Es spezifiziert also die Datenverbindungsschicht Point to Point (PTP) für RS232-Verbindungen. Es spezifiziert die MS/TP-Sicherungsschicht, die für RS-485-Verbindungen bestimmt ist. Der Standard spezifiziert einfach BVLL (BACnet Virtual Link Layer), der alle Dienste angibt, die durch das BACnet-Gerät auf dieser Verbindungsschicht benötigt werden.

IP BACnet Virtual Link Layer kapselt erforderliche Steuerdaten in einem Header von BACnet Virtual Link Control-Informationen. Aufgrund des IP-, BVLL- und BACnet-Protokolls können Geräte direkt über IP-Netzwerke kommunizieren, ohne dass ein Routergerät erforderlich ist.

Das BACnet-Protokoll verwendet das BBMD-Konzept (BACnet Broadcast Management Device), das die erforderliche Übertragung für die bevorzugte Verbindungsschicht ausführt. Die BACnet-Broadcast-Nachricht wird also in IP-basierte Broadcast- oder Multicast-Nachrichten umgewandelt.

BACnet-Netzwerkschicht

Diese Schicht gibt einfach die erforderlichen Adressen des Netzwerks für das Routing an. Das BACnet-Netzwerk umfasst mindestens ein oder mehrere Segmente, die mit Bridges verbunden sind, sobald sie ähnliche LAN-Technologien verwenden. Wenn sie verschiedene LAN-Protokolle verwenden, werden sie über Router verbunden.

Anwendungsschicht

BACnet trennt Präsentations- und Anwendungsschichten nicht. Es kümmert sich also um Zuverlässigkeits- und Sequenzierungs- oder Segmentierungsmechanismen, die im Allgemeinen sowohl mit der Sitzungs- als auch mit der Transportschicht verbunden sind. BACnet enthält Geräte wie Objekte zum Austausch von Dienstprimitiven, die mit ASN.1-Syntax beschrieben und mit ASN.1 BER serialisiert werden.

BACnet-Sicherheitsschicht

Das Konzept der BACnet-Sicherheit kann anhand eines Beispiels leicht verstanden werden, sagen wir, wenn BACnet-Gerät-A einen Sitzungsschlüssel vom Schlüsselserver anfordert, um eine sichere Kommunikation über Gerät-B herzustellen, dann wird dieser Schlüssel sowohl an Gerät-A als auch an Gerät-B übertragen über den Schlüsselserver, der als „SKab“ bekannt ist. Das BACnet-Protokoll verwendet eine 56-Bit-DES-Verschlüsselung.

Wie funktioniert das Bacnet-Protokoll?

BACnet ist ein typisches elektronisches Kommunikationsprotokoll, das es ermöglicht, dass Gebäudeautomatisierungen verschiedener Hersteller sowie Überwachungssysteme wie Feueralarme, HVAC und Perimetersicherheit miteinander kommunizieren. Dieses Protokoll kann mit nahezu jedem normalen Datenprotokoll einschließlich TCP/IP arbeiten.

Das BACnet-Protokoll ermöglicht die Entwicklung umfassender BMS (Gebäudemanagementsysteme), die es Betreibern ermöglicht, verschiedene Gebäudesysteme innerhalb einer einzigen Anwendung zu konstruieren, zu überwachen und zu steuern.
Dieses Protokoll wird auch verwendet, um die Flexibilität und den Umfang der ausführbaren Automatisierung zu erweitern. Beispielsweise könnte ein Automatisierungssystem so eingerichtet werden, dass, sobald das Brandschutzsystem ein Feuer bemerkt, das System Befehle an die folgenden Personen sendet.

• An das Steuerungssystem des Aufzugs, um alle Aufzüge sofort ins Erdgeschoss zu schicken.
• An das Paging-System des Gebäudes, um ein hörbares Sprachsignal zu senden, um die Bewohner des Gebäudes zu informieren, wo das Feuer erkannt wurde und wie sie das Gebäude verlassen können.
• Von den Audio- oder Videosystemen des Gebäudes bis hin zu Flash-Meldungen auf TV-Displays in den Konferenzräumen.
• Zu einer Schnittstelle des Telefonsystems zum Senden von Warnungen per Textnachricht an die Einrichtungen und Ingenieurteams des Gebäudes.

Beim BACnet-Protokoll werden alle Daten objektbezogen bezeichnet. Jedes Objekt bedeutet also Daten zu einem Gerät oder einer Komponente. Das Signieren von Informationen wie ein Objekt bietet einfach den Vorteil, dass die neuesten Objekte gebildet werden können, ansonsten können vorhandene Objekte basierend auf den Anforderungen des Benutzers modifiziert werden.

Ein Objekt bezeichnet physische Informationen (physische Eingaben, Ausgaben) und nicht-physische Informationen (Software/Berechnungen). Es ist sehr wichtig anzumerken, dass jedes Objekt einen einzelnen Teil von Informationen bedeuten kann, ansonsten eine Gruppe von Informationen, die dieselbe und exakte Funktion ausführen.

BACnet-Objekt

Das BACnet-Objekt ist ein Konzept, das die Ausführung der Kommunikation sowie einer Gruppe von Daten in Bezug auf i/ps, o/ps, Software und Berechnungen ermöglicht. Das BACnet-Objekt kann sich auf verschiedene Weisen wie einzelne Punkte, logische Gruppen, Programmlogik, Zeitpläne und historische Daten anzeigen lassen.

Die BACnet-Objekte sind sowohl physisch als auch nicht-physisch. Beispielsweise wird ein Thermostat als physisches Konzept und das HLK-System als Ausgabegerät betrachtet. Das beste Beispiel für ein nicht-physisches Konzept ist der Wartungsplan einer HLK in Softwareform.

Alle BACnet-Objekte beinhalten unterschiedliche Eigenschaften des Informationsaustauschs und der Befehle. Diese Eigenschaften werden in einem tabellarischen Format mit zwei Spalten dargestellt. Die erste Spalte enthält den Namen der Eigenschaft und die zweite Spalte den Wert der Eigenschaft. In der zweiten Spalte können die Informationen in einem Schreibfreigabe-/Nur-Lese-Format vorhanden sein.

Das BACnet-Objektbeispiel für einen Binäreingang eines Sensors innerhalb eines Gebäudes ist unten dargestellt.

In der obigen Tabelle sind die ersten vier Eigenschaften vom BACnet-Standard erforderlich, während die letzten beiden Eigenschaften einfach als optional betrachtet werden. Daher werden diese optionalen Objekte häufig von einem Entwickler benötigt, diese Objekte sollten jedoch dem Standard von BACnet entsprechen. Das Beispiel zeigt nur einige der Eigenschaften eines Objekts. Im wirklichen Leben, insbesondere in einer Gebäudeautomatisierungsumgebung, würden innerhalb des Objekts andere Eigenschaften vorhanden sein. Die meisten Experten und Quellen geben an, dass es 23 Standard-BACnet-Objekte gibt, die in Gebäudeautomationssystemen verwendet werden. Standardobjekte arbeiten also im BACnet-Standard.

Die 23 Standard-BACnet-Objekte sind 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-Wert, Schleife, Kalender, Benachrichtigungsklasse, Befehl, Datei, Programm, Zeitplan, Trendprotokoll, Gruppe, Ereignisregistrierung und Gerät.

Sobald eine Gruppe von Objekten eine bestimmte Funktion ausführt, wird sie als BACnet-Gerät bezeichnet. Alle diese Objekte sollten eine Kennung, einen Datentyp und zusätzliche Informationen wie schreibgeschützt, durch andere Geräte geändert und vieles mehr enthalten.

Verschiedene Typen

Der Unterschied Arten von BACnet-Protokollen werden unten besprochen.

BACnet/IP

Dies wird normalerweise mit bestehenden VLAN- und WAN-Netzwerken verwendet. So können die Geräte direkt an Hubs oder Ethernet-Switches angeschlossen werden. Dieses LAN ist ein leistungsstarker und schneller Typ, aber sehr kostspielig. BACnet/IP nutzt UDP/IP für die Kompatibilität mit der bestehenden IP-Infrastruktur. Sobald BACnet/IP mit mehreren IP-Subnetzen verwendet wird, sind zusätzliche Gerätefunktionen, die als BBMDs (BACnet Broadcast Management Devices) bekannt sind, erforderlich, um Broadcast-Nachrichten von Inter-Subnetz-BACnet zu verarbeiten.

BACnet-MS/TP

Diese Art von LAN verwendet EIA-485-Twisted Pair für die Signalisierung bis zu 4 km. Es handelt sich also um eine sehr bekannte Art von BACnet-LAN, die sowohl für einheitliche als auch für anwendungsspezifische Steuerungen verwendet wird. Dieses BACnet MS/TP ist nicht teuer.

BACnet ISO 8802-3 (Ethernet)

BACnet wird direkt mit verwendet Ethernet 8802-3-Netzwerke, die in Bezug auf Geschwindigkeit und Kosten BACnet/IP ähneln, jedoch auf eine einzige physische Infrastruktur beschränkt sind, die keine IP-Router verwendet.

BACnet über ARCNET

Dieses BACnet ist ein MAC-Typ, der zwei Formen wie 2,5 Mbs Koax und 156 Kbs über EIA-485 umfasst. Dieses BACnet wird von einer begrenzten Anzahl von Anbietern mit ARCNET unterstützt.

BACnet Punkt-zu-Punkt

Dieses BACnet Point-to-Point wird einfach über die Netzwerke von Wähltelefonen verwendet. Im Allgemeinen wird daher eine direkte EIA-232-Verbindung nicht mehr für eine direkte Ethernet-Verbindung verwendet.

BACnet über LonTalk Foreign Frames

Dieses BACnet ermöglicht einfach der Transportkomponente von LonTalk, BACnet-Nachrichten zu übertragen. Die beiden Protokolle sind jedoch nicht interoperabel.

BACnet über ZigBee

Im Allgemeinen ist dieser MAC ein drahtloses Mesh-Netzwerk, das mit weniger kostspieligen Geräten verwendet wird. Daher wird es normalerweise als Gateway zu ZigBee-Geräten verwendet und nicht wie ein nativer BACnet-Transport.

Bacnet-zu-Modbus-Konverter

Das Protocon-P3-Gateway ist ein BACnet-zu-Modbus-Konverter, der beim Entwerfen von Automatisierungssystemen in verschiedenen Anwendungen wie HLK-, Zugangskontroll-, Lichtsteuerungs- und Brandmeldesystemen und deren zugehörigen Geräten verwendet wird. Das Protocon-P3 Gateway kombiniert solche BACnet-Systeme und -Geräte mit Modbus-basierten Managementsystemen über das Modbus-RTU-Protokoll und Modbus TCP/IP.

Zu den Hauptfunktionen von Bacnet to Modbus Converter gehören die folgenden.

• Es umfasst eine Frontplatte mit LED zur Anzeige einer schnellen Diagnose
• Windows-basiertes Konfigurationsdienstprogramm.
• Es unterstützt die Schnittstelle von bis zu 100 BACnet-Geräten zu TCP Master/Slave oder Modbus RTU.
• Es hat die Kapazität für die Anbindung von bis zu 5.000 Mapping-Punkten.
• Es unterstützt die COV-Bit-Packing-Funktion.

Bacnet-Protokoll vs. Modbus

Der Unterschied zwischen dem Bacnet-Protokoll und Modbus umfasst Folgendes.

Vorteile

Das Vorteile des Bacnet-Protokolls füge folgendes hinzu.

• Das BACnet-Protokoll ist speziell für die Gebäudeautomation und Steuerungsnetzwerke konzipiert.
• Es hängt nicht von aktuellen LAN- oder WAN-Technologien ab.
• Es ist ein amerikanischer nationaler Standard und ein europäischer Vorstandard.
• Es ist vollständig skalierbar von kleinen einzelnen Gebäudeanwendungen bis hin zu universellen Gerätenetzwerken.
• Die Implementierer von BACnet können nicht standardmäßige Erweiterungen sowie Verbesserungen sicher einbinden, ohne die bestehende Interoperabilität zu beeinflussen.
• Es wird von den bekanntesten Brandschutzunternehmen in den USA und Europa übernommen.
• Es wird von verschiedenen Chiller-Herstellern wie Dunham-Bush, Carrier, McQuay, York & Trane unterstützt.
• In realen Gebäudesteuerungsanwendungen hat sich dieses Protokoll bewährt.

Nachteile

Das Nachteile des Bacnet-Protokolls füge folgendes hinzu.

Der Hauptnachteil des BACnet-Protokolls war ein Konformitätsproblem. Aus diesem Grund wurde im Jahr 2000 das BTL (BACnet Testing Laboratories) eingeführt. BTL ist eine Konformitäts- und unabhängige Prüforganisation. Dabei geht es vor allem darum, die Produkte von BACnet auf die Einhaltung der Norm zu prüfen. Einmal genehmigt; Das Produkt erhält das Logo von BTL.

Die Probleme oder netzwürdigen Angriffe, die in diesem Protokoll weit verbreitet sind, sind: Mangel an Spoofing und Authentifizierung, DoS-Angriffe, immobilisierte Netzwerkverbindungen und fehlende Verschlüsselung und Schreibzugriff über Geräte.

Anwendungen

Das Verwendung des Bacnet-Protokolls umfasst Folgendes.

• Das BACnet wird in HLK-Anwendungen, Brandschutzbeleuchtung, Sicherheit, Alarm und als Schnittstelle zu Versorgungsunternehmen verwendet.
• Dieses Protokoll wurde speziell für die Gebäudeautomation sowie Steuerungsanwendungen entwickelt.
• Dieses Protokoll wird verwendet, um insbesondere für Automatisierungsgeräte Mechanismen bereitzustellen, um Daten unabhängig von der konkreten Gebäudeleistung, die sie ausführen, auszutauschen.
• Dieses Protokoll kann von digitalen Steuerungen, Computern und anwendungsspezifischen, ansonsten einheitlichen Steuerungen mit gleichwertiger Wirkung verwendet werden.
• Das BACnet-Protokoll wurde ursprünglich entwickelt, um die Interoperabilität zwischen Gebäudeautomationsgeräten zu entwickeln; Aufgrund seiner Datenbeschreibungen sowie seiner flexiblen Architektur funktioniert es jedoch in einem breiten Spektrum von Steuerungsanwendungen.
• Dies ist ein objektorientiertes Protokoll, das verwendet wird, um netzwerkzugängliche Steuergeräte zu kennzeichnen.

Das ist also eine Übersicht über das Bacnet-Protokoll – funktioniert mit Anwendungen. Dies ist das beste Protokoll, das zum Erstellen von Automatisierungen und auch zum Verbinden verschiedener Systeme verwendet wird. Das Bacnet-Protokoll in der IoT-Technologie hat also eine große Zukunft und wird sich sprunghaft entwickeln. Dieses Protokoll bietet auch unter dem Gesichtspunkt der Skalierbarkeit eine großartige Lösung. In Anbetracht der Kritikalität und Anforderung der Anwendung muss Sicherheit gegeben sein und die Entwicklung muss unter Berücksichtigung der Sicherheit erfolgen. In Anbetracht des Mangels an Standards müssen die richtigen Standards definiert werden, die Anbieter befolgen und ausführen können. Hier ist eine Frage an Sie: Was ist das I2S-Protokoll?