Protocollo BACnet: architettura, funzionamento, tipi, oggetti e sue applicazioni

Il protocollo BACnet è stato sviluppato da un comitato chiamato ASHRAE o American Society of Heating, Refrigeration & Air-Conditioning Engineers nel 1987. Il motto principale di questo comitato è creare un protocollo che fornisca sistemi di vari produttori per comunicare tra loro in modo piacevole . Quindi questo protocollo è un marchio registrato di ASHRAE. Da quando è stato sviluppato il protocollo temporale è in continuo cambiamento con una procedura di accordo aperto. In modo che tutte le parti interessate siano invitate a partecipare senza costi. Quindi questo articolo discute una panoramica di Protocollo Bacnet nozioni di base: lavorare con le applicazioni.

Che cos'è il protocollo BACnet?

Un dato protocollo di comunicazione utilizzato per costruire una rete di controllo automatizzata, è noto come BACnet o Building Automation Control Network. Questo protocollo di comunicazione dati è sia uno standard ISO che ANSI utilizzato per l'interoperabilità tra dispositivi di automazione degli edifici cooperanti. Bacnet Protocol include un insieme di regole per governare lo scambio di dati su una rete di computer che copre semplicemente tutto da quale tipo di cavo utilizzare, per formare un particolare comando o richiesta in modo normale.

Per ottenere l'interoperabilità tra un'ampia gamma di apparecchiature, la specifica BACnet comprende tre parti principali. Primaria, Secondaria e Terziaria. Quindi la parte primaria definisce una tecnica per rappresentare in modo normale qualsiasi tipo di apparato di automazione degli edifici.

La parte secondaria descrive i messaggi che possono essere trasmessi attraverso una rete di computer per controllare e gestire tali apparecchiature. La parte finale descrive un insieme di LAN idonee che vengono utilizzate per convogliare le comunicazioni BACnet.

Perché è richiesto il protocollo Bacnet?

Il L'importanza del protocollo BACnet è definire le tecniche tipiche che i produttori possono eseguire per costruire componenti e sistemi interoperabili attraverso altri componenti e sistemi di BACnet.

Specifica inoltre il modo in cui i dati vengono rappresentati sulla rete, nonché i servizi utilizzati per trasmettere i dati da un nodo di BACnet a un altro nodo. Dispone inoltre di messaggi che riconoscono i nodi di rete e dati.

BACnet viene utilizzato come strumento dai proprietari di edifici e dagli identificatori di sistema per la specifica del sistema interoperabile. Questo protocollo non cambia la necessità di indicare ciò di cui un consumatore ha bisogno. Quindi, fornisce semplicemente alcuni strumenti coerenti per aiutare la creazione e la specifica di sistemi che possono interagire.

Il protocollo BACnet è utilizzato in tutti i tipi di sistemi di costruzione automatizzati. Quindi, ci sono prodotti interoperabili disponibili all'interno di diverse categorie come sicurezza, fuoco, illuminazione, ascensori, HVAC, ecc. Questo protocollo affronta semplicemente l'obiettivo di interoperabilità semplicemente definendo un modello di lavoro generale dei dispositivi di automazione, una tecnica utilizzata per definire i dati che essi includere e anche una tecnica utilizzata per spiegare i protocolli che un singolo dispositivo può utilizzare per richiedere a un altro dispositivo di eseguire alcune azioni preferite.

Architettura del protocollo Bacnet

L'architettura del protocollo BACnet è prevalentemente limitata ai controlli dell'illuminazione, HVAC e gateway. Questo protocollo evidenzia una comunicazione leggera ed efficiente, ottimizzata per messaggi brevi, piccole reti e inter-reti.

L'architettura del protocollo BACnet è un'architettura compressa che corrisponde a 4 livelli di modello OSI . I quattro livelli nell'architettura BACnet includono principalmente Applicazione, Rete, Collegamento dati e Fisico. Anche se, solo il livello di rete e il livello di applicazione sono semplicemente BACnet.

L'architettura di cui sopra è lo stack del protocollo BACnet che include diversi livelli come mostrato nel diagramma. Questo protocollo è una versione compressa dello stack OSI. I livelli di trasporto e di sessione non vengono utilizzati. Il livello dell'applicazione assume le funzioni di questi due livelli.

Livello fisico BACnet

Gli strati superiori di BACnet non dipendono dallo strato fisico. Quindi il livello fisico di BACnet rende possibile l'esecuzione di BACnet su reti diverse. I livelli fisici di BACnet sono stati specificati con ARCNET, Ethernet, tunnel IP, BACnet/IP, RS-232, RS485 e Lonworks/LonTalk. RS232 è per la comunicazione punto a punto. RS485 supporta fino a 32 nodi con una distanza di 1200 m a 76 Kbps.

Livello di collegamento del protocollo BACnet

Il protocollo BACnet è implementato direttamente con i livelli di collegamento LonTalk o IEEE802.2. Quindi specifica il livello di collegamento dati Point to Point (PTP) per le connessioni RS232. Specifica il livello di collegamento dati MS/TP destinato alle connessioni RS-485. Lo standard specifica semplicemente BVLL (BACnet Virtual Link Layer) che indica tutti i servizi richiesti attraverso il dispositivo BACnet a questo livello di collegamento.

IP BACnet Virtual Link Layer incapsula i dati di controllo richiesti in un'intestazione delle informazioni di controllo del collegamento virtuale BACnet. Grazie ai protocolli IP, BVLL e BACnet, i dispositivi possono comunicare direttamente su reti IP senza la necessità di alcun dispositivo router.

Il protocollo BACnet utilizza il concetto BBMD (BACnet Broadcast Management Device) che esegue la trasmissione richiesta per il livello di collegamento preferito. Pertanto, il messaggio broadcast BACnet viene modificato in messaggi broadcast o multicast basati su IP.

Livello di rete BACnet

Questo livello specifica semplicemente gli indirizzi richiesti della rete per l'instradamento. La rete BACnet include almeno uno o più segmenti collegati a bridge una volta che utilizzano tecnologie LAN simili. Se utilizzano vari protocolli LAN, sono collegati tramite router.

Livello di applicazione

BACnet non separa la presentazione così come i livelli dell'applicazione. Quindi si occupa dell'affidabilità e dei meccanismi di sequenziamento o segmentazione generalmente collegati sia ai livelli di sessione che a quelli di trasporto. BACnet include dispositivi come oggetti per lo scambio di primitive di servizio che sono descritti con la sintassi ASN.1 e serializzati con ASN.1 BER.

Livello di sicurezza BACnet

Il concetto di sicurezza BACnet può essere facilmente compreso con un esempio, ad esempio quando il dispositivo BACnet-A richiede una chiave di sessione dal server delle chiavi per stabilire una comunicazione sicura tramite il dispositivo-B, questa chiave viene trasmessa sia al dispositivo-A che al dispositivo-B tramite il server delle chiavi noto come 'SKab'. Il protocollo BACnet utilizza la crittografia DES a 56 bit.

Come funziona il protocollo Bacnet?

BACnet è un tipico protocollo di comunicazione elettronica che funziona consentendo a diversi tipi di automazione degli edifici di produttori e sistemi di monitoraggio come allarmi antincendio, HVAC e sicurezza perimetrale di comunicare tra loro. Questo protocollo può funzionare con quasi tutti i normali protocolli dati, incluso TCP/IP.

Il protocollo BACnet consente lo sviluppo completo di BMS (sistemi di gestione degli edifici) che consente agli operatori di costruire, osservare e controllare diversi sistemi di edifici all'interno di un'unica applicazione.
Questo protocollo viene utilizzato anche per espandere la flessibilità e la portata dell'automazione che può essere eseguita. Ad esempio, un sistema di automazione potrebbe essere configurato in modo tale che, una volta che il sistema di protezione antincendio rileva un incendio, il sistema invii comandi a quanto segue.

• Al sistema di controllo dell'ascensore per inviare immediatamente tutti gli ascensori al piano terra.
• Al sistema di cercapersone dell'edificio per trasmettere un segnale vocale per informare gli occupanti dell'edificio dove è stato rilevato l'incendio e come uscire dall'edificio.
• Dai sistemi audio o video dell'edificio ai messaggi flash sui display TV all'interno delle sale conferenze.
• A un'interfaccia del sistema telefonico per l'invio di avvisi tramite SMS alle strutture e ai team di ingegneria dell'edificio.

Con il protocollo BACnet, tutti i dati sono rappresentati in termini di un oggetto. Quindi ogni oggetto indica dati relativi a un dispositivo o componente. Il significato di informazioni come un oggetto offre semplicemente il vantaggio che gli oggetti più recenti possono essere formati, altrimenti gli oggetti esistenti possono essere modificati in base alle esigenze dell'utente.

Un oggetto indica informazioni fisiche (ingressi fisici, uscite) e informazioni non fisiche (software/calcoli). È molto significativo notare che ogni oggetto può significare una singola porzione di informazione altrimenti un gruppo di informazioni che esegue la stessa ed esatta funzione.

Oggetto BACnet

L'oggetto BACnet è un concetto che consente di eseguire la comunicazione e un gruppo di dati relativi a i/ps, o/ps, software e calcoli. L'Oggetto BACnet può essere visualizzato in diversi modi come Punti Singoli, Gruppi Logici, Logica di Programma, Orari e Dati Storici.

Gli oggetti BACnet sono sia fisici che non fisici. Ad esempio, un termostato è considerato un concetto fisico e il sistema HVAC è considerato il dispositivo di uscita. Il miglior esempio di un concetto non fisico è il programma di manutenzione di un HVAC sotto forma di software.

Tutti gli oggetti BACnet includono diverse proprietà di scambio di informazioni e comandi. Queste proprietà rappresentate in un formato tabellare con due colonne. La prima colonna include il nome della proprietà e la seconda colonna fornisce il valore della proprietà. Nella seconda colonna, le informazioni possono esistere in un formato di abilitazione alla scrittura/sola lettura.

Di seguito è mostrato l'esempio di oggetto BACnet per un ingresso binario di un sensore all'interno di un edificio.

Nella tabella sopra, le prime quattro proprietà sono richieste dallo standard BACnet mentre le ultime due proprietà sono semplicemente considerate opzionali. Quindi, questi oggetti opzionali sono spesso necessari per uno sviluppatore, tuttavia, quegli oggetti dovrebbero corrispondere allo standard di BACnet. L'esempio mostrerà semplicemente alcune delle proprietà di un oggetto. Nella vita reale, in particolare in un ambiente di automazione degli edifici, all'interno dell'oggetto sarebbero presenti proprietà diverse. La maggior parte degli esperti e delle fonti specifica che ci sono 23 oggetti BACnet standard utilizzati nei sistemi di automazione degli edifici. Quindi, gli oggetti standard operano nello standard BACnet.

I 23 oggetti BACnet standard sono 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, valore multistato, ciclo, calendario, classe di notifica, comando, file, programma, pianificazione, registro tendenze, gruppo, registrazione eventi e dispositivo.

Una volta che un insieme di oggetti esegue una funzione specifica, è noto come dispositivo BACnet. Tutti questi oggetti dovrebbero includere un identificatore, un tipo di dati e informazioni aggiuntive come di sola lettura, modificate tramite altri dispositivi e molti altri.

Tipi diversi

Il diverso tipi di protocolli BACnet sono discussi di seguito.

BACnet/IP

Viene normalmente utilizzato con le reti VLAN e WAN esistenti. Quindi i dispositivi possono connettersi direttamente a hub o switch Ethernet. Questa LAN è di tipo veloce e ad alte prestazioni, ma molto costosa. BACnet/IP utilizza UDP/IP per la compatibilità con l'infrastruttura IP esistente. Una volta che BACnet/IP viene utilizzato con diverse sottoreti IP, è necessaria una funzionalità aggiuntiva del dispositivo nota come BBMD (BACnet Broadcast Management Devices) per gestire i messaggi broadcast di BACnet tra le sottoreti.

BACnet MS/TP

Questo tipo di LAN utilizza il doppino intrecciato EIA-485 per segnalare fino a 4k piedi. Quindi è un tipo molto famoso di BACnet LAN che viene utilizzato per controller unitari e specifici dell'applicazione. Questo BACnet MS/TP non è costoso.

BACnet ISO 8802-3 (Ethernet)

BACnet viene utilizzato direttamente con Ethernet 8802-3 reti simili a BACnet/IP in termini di velocità e costi, sebbene limitate a un'unica infrastruttura fisica che non utilizza router IP.

BACnet su ARCNET

Questo BACnet è di tipo MAC che include due moduli come 2,5 Mbs coassiale e 156 Kbs sopra EIA-485. Questo BACnet è supportato da un numero limitato di fornitori con ARCNET.

Punto a punto BACnet

Questo BACnet Point-to-Point viene utilizzato semplicemente sulle reti di telefoni dial-up. In genere, quindi, la connessione EIA-232 diretta non viene più utilizzata per una connessione Ethernet diretta.

BACnet su frame esterni LonTalk

Questo BACnet consente semplicemente al componente di trasporto di LonTalk di trasportare messaggi BACnet. Ma i due protocolli non sono interoperabili.

BACnet su ZigBee

In genere, questo MAC è una rete mesh wireless utilizzata con dispositivi meno costosi. Quindi è normalmente utilizzato come gateway per dispositivi ZigBee e non come un trasporto BACnet nativo.

Convertitore da Bacnet a Modbus

Protocon-P3 Gateway è un convertitore da BACnet a Modbus che viene utilizzato nella progettazione di sistemi di automazione in diverse applicazioni come HVAC, controllo accessi, controllo dell'illuminazione e sistemi di rilevamento incendi e relative apparecchiature. Il gateway Protocon-P3 combina tali sistemi e dispositivi BACnet con sistemi di gestione basati su Modbus su protocollo Modbus RTU e Modbus TCP/IP.

Le caratteristiche principali di Bacnet to Modbus Converter includono quanto segue.

• Include un pannello frontale con LED per l'indicazione della diagnostica rapida
• Utilità di configurazione basata su Windows.
• Supporta fino a 100 dispositivi BACnet interfacciati con TCP Master/Slave o Modbus RTU.
• Ha la capacità di interfacciare fino a 5K punti di mappatura.
• Supporta la funzione di impacchettamento dei bit COV.

Protocollo Bacnet vs Modbus

La differenza tra protocollo Bacnet e Modbus include quanto segue.

Vantaggi

Il vantaggi del protocollo Bacnet include il seguente.

• Il protocollo BACnet è particolarmente progettato per l'automazione degli edifici e per le reti di controllo.
• Non dipende dalle attuali tecnologie LAN o WAN.
• È uno standard nazionale americano e un pre-standard europeo.
• È completamente scalabile da piccole applicazioni di edifici singoli a reti universali di dispositivi.
• Gli implementatori di BACnet possono includere in modo sicuro estensioni non standard e miglioramenti senza influenzare l'interoperabilità esistente.
• È adottato dalle più famose società di protezione antincendio sia negli Stati Uniti che in Europa.
• È supportato da diversi produttori di refrigeratori come Dunham-Bush, Carrier, McQuay, York e Trane.
• Nelle applicazioni di controllo degli edifici reali, questo protocollo ha una comprovata esperienza.

Svantaggi

Il svantaggi del protocollo Bacnet include il seguente.

Lo svantaggio principale del protocollo BACnet era un problema di conformità. Quindi, a causa di questo problema, nel 2000 è stato introdotto il BTL (BACnet Testing Laboratories). BTL è un'organizzazione di test di conformità e indipendente. L'intenzione principale è quella di testare i prodotti di BACnet per verificarne la conformità allo standard. Una volta approvato; il prodotto riceverà il logo di BTL.

I problemi o gli attacchi utili alla rete che si trovano ampiamente in questo protocollo sono; Mancanza di spoofing e autenticazione, attacchi DoS, connessioni di rete immobilizzate e mancanza di crittografia e accesso in scrittura sui dispositivi.

Applicazioni

Il uso del protocollo Bacnet include quanto segue.

• Il BACnet è utilizzato in applicazioni HVAC, controllo dell'illuminazione antincendio, sicurezza, allarme e interfaccia con società di servizi pubblici.
• Questo protocollo è stato progettato in particolare per l'automazione degli edifici e per le applicazioni di controllo.
• Questo protocollo viene utilizzato per fornire meccanismi, in particolare per i dispositivi di automazione per lo scambio di dati indipendentemente dal servizio specifico dell'edificio che svolgono.
• Questo protocollo può essere utilizzato da controller digitali, computer e controller altrimenti unitari specifici dell'applicazione con effetto equivalente.
• Il protocollo BACnet è stato inizialmente sviluppato per sviluppare l'interoperabilità tra i dispositivi di automazione degli edifici; tuttavia, le sue descrizioni dei dati, così come l'architettura flessibile, lo faranno funzionare all'interno di un'ampia gamma di applicazioni di controllo.
• Questo è un protocollo orientato agli oggetti, quindi utilizzato per indicare apparecchiature di controllo accessibili in rete.

Così, questo è una panoramica del protocollo Bacnet – funzionante con applicazioni. Questo è il miglior protocollo utilizzato per costruire l'automazione e anche per connettere diversi sistemi. Quindi, il protocollo Bacnet nella tecnologia IoT ha un grande futuro e si svilupperà a passi da gigante. Questo protocollo fornisce un'ottima soluzione anche dal punto di vista della scalabilità. Considerando la criticità e la domanda dell'applicazione, è necessario garantire la sicurezza e lo sviluppo deve essere effettuato tenendo conto della sicurezza. Considerando la mancanza di standard, è necessario definire gli standard giusti che i fornitori devono seguire ed eseguire. Ecco una domanda per te, qual è il protocollo I2S?