Giao thức BACnet: Kiến trúc, Làm việc, Loại, Đối tượng & Ứng dụng của nó

Giao thức BACnet được phát triển bởi một ủy ban có tên ASHRAE hoặc Hiệp hội Kỹ sư Sưởi ấm, Làm lạnh & Điều hòa không khí Hoa Kỳ vào năm 1987. Phương châm chính của ủy ban này là tạo ra một giao thức cung cấp cho các hệ thống từ các nhà sản xuất khác nhau giao tiếp với nhau một cách dễ chịu. . Vì vậy, giao thức này là một thương hiệu đã đăng ký của ASHRAE. Kể từ khi giao thức thời gian được phát triển, nó đang trải qua những thay đổi liên tục với một thủ tục thỏa thuận mở. Vì vậy, tất cả các bên quan tâm đều được chào đón tham gia mà không mất phí. Vì vậy, bài viết này thảo luận tổng quan về Giao thức Bacnet khái niệm cơ bản - làm việc với các ứng dụng.

Giao thức BACnet là gì?

Một dữ liệu giao thức truyền thông được sử dụng để xây dựng mạng điều khiển tự động, được gọi là BACnet hoặc Mạng điều khiển tự động hóa tòa nhà. Giao thức truyền thông dữ liệu này vừa là tiêu chuẩn ISO & ANSI được sử dụng cho khả năng tương tác giữa các thiết bị tự động hóa tòa nhà hợp tác. Bacnet Protocol bao gồm một tập hợp các quy tắc để quản lý việc trao đổi dữ liệu trên một mạng máy tính mà chỉ đơn giản là bao gồm tất cả từ loại cáp sẽ sử dụng, để tạo thành một lệnh hoặc yêu cầu cụ thể theo cách thông thường.

Để đạt được khả năng tương tác trên nhiều loại thiết bị, thông số kỹ thuật của BACnet bao gồm ba phần chính. Tiểu học, trung học và đại học. Vì vậy, phần chính xác định một kỹ thuật để đại diện cho bất kỳ loại thiết bị tự động hóa tòa nhà nào theo cách bình thường.

Phần thứ cấp mô tả các thông báo có thể được truyền qua mạng máy tính để kiểm tra và quản lý thiết bị đó. Phần cuối cùng mô tả một tập hợp các mạng LAN phù hợp được sử dụng để truyền tải thông tin liên lạc BACnet.

Tại sao cần có Bacnet Protocol?

Các Tầm quan trọng của giao thức BACnet là xác định các kỹ thuật điển hình mà nhà sản xuất có thể thực hiện để xây dựng các thành phần cũng như hệ thống có thể tương tác thông qua các thành phần & hệ thống khác của BACnet.

Nó cũng chỉ định cách dữ liệu được ký hiệu trên mạng cũng như các dịch vụ được sử dụng để truyền dữ liệu từ một nút của BACnet đến một nút khác. Nó cũng có các thông báo nhận dạng các nút mạng và dữ liệu.

BACnet được sử dụng như một công cụ bởi chủ sở hữu của các tòa nhà & các nhà chỉ định hệ thống cho các đặc điểm kỹ thuật của hệ thống có thể tương tác. Giao thức này không thay đổi nhu cầu về việc chỉ ra nhu cầu của người tiêu dùng. Vì vậy, nó chỉ cung cấp một số công cụ nhất quán để hỗ trợ việc tạo và đặc tả các hệ thống có thể tương tác với nhau.

Giao thức BACnet được sử dụng trong tất cả các loại hệ thống xây dựng tự động. Vì vậy, có các sản phẩm tương thích có sẵn trong các danh mục khác nhau như an ninh, cứu hỏa, chiếu sáng, thang máy, HVAC, v.v. Giao thức này chỉ đơn giản là giải quyết mục tiêu khả năng tương tác thông qua việc xác định một mô hình hoạt động chung của các thiết bị tự động hóa, một kỹ thuật được sử dụng để xác định dữ liệu mà chúng bao gồm, & cũng là một kỹ thuật được sử dụng để giải thích các giao thức mà một thiết bị duy nhất có thể sử dụng để yêu cầu một thiết bị khác thực hiện một số hành động ưu tiên.

Kiến trúc giao thức Bacnet

Kiến trúc giao thức BACnet chủ yếu bị hạn chế đối với các điều khiển ánh sáng, HVAC & cổng. Giao thức này làm nổi bật giao tiếp nhẹ và hiệu quả, được tối ưu hóa cho các tin nhắn ngắn, mạng nhỏ và liên mạng.

Kiến trúc giao thức BACnet là một kiến ​​trúc thu gọn phù hợp với 4 lớp của Mô hình OSI . Bốn lớp trong kiến ​​trúc BACnet chủ yếu bao gồm Ứng dụng, Mạng, Liên kết dữ liệu & Vật lý. Mặc dù vậy, chỉ có lớp Mạng & lớp Ứng dụng chỉ đơn giản là BACnet.

Kiến trúc trên là ngăn xếp giao thức BACnet bao gồm các lớp khác nhau như trong sơ đồ. Giao thức này là phiên bản thu gọn của ngăn xếp OSI. Các lớp vận chuyển và phiên không được sử dụng. Lớp ứng dụng đảm nhận các chức năng của hai lớp này.

Lớp vật lý BACnet

Các lớp trên của BACnet không phụ thuộc vào lớp vật lý. Vì vậy, lớp Vật lý của BACnet làm cho BACnet khả thi trên các mạng khác nhau. Các lớp vật lý của BACnet đã được chỉ định với ARCNET, Ethernet, đường hầm IP, BACnet / IP, RS-232, RS485 và Lonworks / LonTalk. RS232 dành cho giao tiếp điểm-điểm. RS485 hỗ trợ lên đến 32 nút với khoảng cách 1200 m với tốc độ 76Kbps.

Lớp liên kết giao thức BACnet

Giao thức BACnet được thực hiện trực tiếp với các lớp liên kết LonTalk hoặc IEEE802.2. Vì vậy, nó chỉ định lớp liên kết dữ liệu Point to Point (PTP) cho các kết nối RS232. Nó chỉ định lớp liên kết dữ liệu MS / TP dành cho các kết nối RS-485. Tiêu chuẩn chỉ đơn giản chỉ định BVLL (Lớp liên kết ảo BACnet) nêu tất cả các dịch vụ được yêu cầu thông qua thiết bị BACnet tại lớp liên kết này.

Lớp liên kết ảo IP BACnet đóng gói dữ liệu điều khiển được yêu cầu trong tiêu đề của thông tin điều khiển liên kết ảo BACnet. Vì các thiết bị giao thức IP, BVLL và BACnet có thể giao tiếp trực tiếp qua mạng IP mà không cần bất kỳ thiết bị định tuyến nào.

Giao thức BACnet sử dụng khái niệm BBMD (thiết bị quản lý quảng bá BACnet) để thực hiện quảng bá yêu cầu cho lớp liên kết ưu tiên. Vì vậy, bản tin quảng bá BACnet được thay đổi thành bản tin quảng bá hoặc phát đa hướng dựa trên IP.

Lớp mạng BACnet

Lớp này chỉ đơn giản chỉ định các địa chỉ cần thiết của mạng để định tuyến. Mạng BACnet bao gồm tối thiểu một hoặc trên các phân đoạn được kết nối với các cầu nối khi chúng sử dụng các công nghệ LAN tương tự. Nếu chúng sử dụng các giao thức LAN khác nhau thì chúng được kết nối thông qua bộ định tuyến.

Lớp ứng dụng

BACnet không tách biệt các lớp trình bày cũng như các lớp ứng dụng. Vì vậy, nó quan tâm đến độ tin cậy và cơ chế sắp xếp hoặc phân đoạn thường được kết nối với cả lớp phiên và lớp truyền tải. BACnet bao gồm các thiết bị như các đối tượng để trao đổi các dịch vụ nguyên thủy được mô tả với cú pháp ASN.1 và được tuần tự hóa với ASN.1 BER.

Lớp bảo mật BACnet

Khái niệm bảo mật BACnet có thể được hiểu một cách dễ dàng với một ví dụ nói rằng khi thiết bị BACnet-A yêu cầu khóa phiên từ máy chủ khóa để thiết lập giao tiếp an toàn thông qua thiết bị-B, sau đó khóa này được truyền đến cả thiết bị-A & thiết bị-B thông qua máy chủ chính được gọi là 'SKab'. Giao thức BACnet sử dụng mã hóa DES 56-bit.

Giao thức Bacnet hoạt động như thế nào?

BACnet là một giao thức liên lạc điện tử điển hình hoạt động bằng cách cho phép các loại tự động hóa tòa nhà của các nhà sản xuất khác nhau cũng như các hệ thống giám sát như báo cháy, HVAC và bảo mật vành đai giao tiếp với nhau. Giao thức này có thể hoạt động với gần như bất kỳ giao thức dữ liệu thông thường nào kể cả TCP / IP.

Giao thức BACnet cho phép phát triển BMS (hệ thống quản lý tòa nhà) toàn diện, cho phép người vận hành xây dựng, quan sát và điều khiển các hệ thống tòa nhà khác nhau trong một ứng dụng duy nhất.
Giao thức này cũng được sử dụng để mở rộng tính linh hoạt và phạm vi tự động hóa có thể được thực thi. Ví dụ, một hệ thống tự động hóa có thể được thiết lập để một khi hệ thống phòng cháy chữa cháy nhận thấy có hỏa hoạn, thì hệ thống sẽ gửi các lệnh đến những điều sau.

• Hệ thống điều khiển thang máy đưa toàn bộ thang máy xuống tầng trệt ngay lập tức.
• Hệ thống phân trang của tòa nhà để truyền tín hiệu bằng giọng nói có thể nghe được để thông báo cho những người cư ngụ trong tòa nhà bất cứ nơi nào phát hiện ngọn lửa và cách đi ra khỏi tòa nhà.
• Từ hệ thống âm thanh hoặc hình ảnh của tòa nhà đến các thông báo nhấp nháy trên màn hình TV trong phòng hội nghị.
• Đến một giao diện của hệ thống điện thoại để gửi cảnh báo qua tin nhắn văn bản đến các cơ sở và đội kỹ thuật của tòa nhà.

Với giao thức BACnet, tất cả dữ liệu được ký hiệu dưới dạng một đối tượng. Vì vậy, mỗi đối tượng biểu thị dữ liệu liên quan đến một thiết bị hoặc thành phần. Việc ký hiệu thông tin như một đối tượng chỉ đơn giản là cung cấp lợi ích mà các đối tượng mới nhất có thể được hình thành, nếu không các đối tượng hiện có có thể được sửa đổi dựa trên yêu cầu của người dùng.

Một đối tượng biểu thị thông tin vật lý (đầu vào, đầu ra vật lý) & thông tin phi vật lý (phần mềm / tính toán). Điều rất quan trọng cần lưu ý là mọi đối tượng có thể biểu thị một phần thông tin duy nhất, nếu không thì một nhóm thông tin thực hiện cùng một chức năng và chính xác.

Đối tượng BACnet

Đối tượng BACnet là một khái niệm cho phép thực thi giao tiếp cũng như một nhóm dữ liệu liên quan đến i / ps, o / ps, phần mềm & tính toán. Đối tượng BACnet có thể tự hiển thị theo nhiều cách khác nhau như Điểm đơn, Nhóm lôgic, Lôgic chương trình, Lịch biểu & Dữ liệu lịch sử.

Các đối tượng BACnet đều là vật lý và phi vật lý. Ví dụ, bộ điều nhiệt được coi là một khái niệm vật lý và hệ thống HVAC được coi là thiết bị đầu ra. Ví dụ tốt nhất về khái niệm phi vật lý là lịch bảo trì của một HVAC ở dạng phần mềm.

Tất cả các đối tượng BACnet bao gồm các thuộc tính khác nhau của các lệnh & trao đổi thông tin. Các thuộc tính này được biểu diễn dưới dạng bảng với hai cột. Cột đầu tiên bao gồm tên của thuộc tính & cột thứ hai cung cấp giá trị của thuộc tính. Trong cột thứ hai, Thông tin có thể tồn tại ở định dạng cho phép ghi / chỉ đọc.

Ví dụ đối tượng BACnet cho đầu vào nhị phân của cảm biến trong một tòa nhà được hiển thị bên dưới.

Trong bảng trên, bốn thuộc tính đầu tiên là cần thiết theo tiêu chuẩn BACnet trong khi hai thuộc tính cuối cùng chỉ được coi là tùy chọn. Vì vậy, các đối tượng tùy chọn này thường được nhà phát triển cần thiết, tuy nhiên, các đối tượng đó phải phù hợp với tiêu chuẩn của BACnet. Ví dụ sẽ chỉ ra một vài thuộc tính của một đối tượng. Trong cuộc sống thực, đặc biệt là trong cài đặt tự động hóa tòa nhà, các thuộc tính khác nhau sẽ có trong đối tượng. Hầu hết các chuyên gia và các nguồn chỉ ra rằng có 23 đối tượng BACnet tiêu chuẩn được sử dụng trong các hệ thống tự động hóa tòa nhà. Vì vậy, các đối tượng tiêu chuẩn hoạt động trong tiêu chuẩn BACnet.

23 đối tượng BACnet tiêu chuẩn là 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, Giá trị đa trạng thái, Vòng lặp, Lịch, Lớp thông báo, Lệnh, Tệp, Chương trình, Lịch biểu, Nhật ký xu hướng, Nhóm, Đăng ký sự kiện & Thiết bị.

Khi một tập hợp các đối tượng thực thi một chức năng cụ thể thì nó được gọi là thiết bị BACnet. Tất cả các đối tượng này phải bao gồm số nhận dạng, kiểu dữ liệu và thông tin bổ sung như chỉ đọc, được sửa đổi thông qua các thiết bị khác và nhiều thông tin khác.

Các loại khác nhau

Khác nhau các loại giao thức BACnet được thảo luận dưới đây.

BACnet / IP

Điều này thường được sử dụng với các mạng VLAN & WAN hiện có. Vì vậy, các thiết bị có thể kết nối trực tiếp với các trung tâm hoặc bộ chuyển mạch Ethernet. Mạng LAN này là một loại hiệu suất cao và nhanh chóng, nhưng rất tốn kém. BACnet / IP sử dụng UDP / IP để tương thích thông qua cơ sở hạ tầng IP hiện có. Khi BACnet / IP được sử dụng với một số mạng con IP, thì chức năng thiết bị bổ sung được gọi là BBMDs (Thiết bị quản lý phát sóng BACnet) là cần thiết để xử lý các tin nhắn quảng bá của mạng con liên mạng BACnet.

BACnet MS / TP

Loại mạng LAN này sử dụng cặp xoắn EIA-485 để truyền tín hiệu lên đến 4k feet. Vì vậy, nó là một loại mạng LAN BACnet rất nổi tiếng được sử dụng cho các bộ điều khiển đơn lẻ cũng như ứng dụng cụ thể. BACnet MS / TP này không đắt.

BACnet ISO 8802-3 (Ethernet)

BACnet được sử dụng trực tiếp với Ethernet Các mạng 8802-3 tương tự như BACnet / IP về tốc độ và chi phí, mặc dù bị hạn chế ở một cơ sở hạ tầng vật lý duy nhất không sử dụng bộ định tuyến IP.

BACnet qua ARCNET

BACnet này là loại MAC bao gồm hai dạng như 2,5Mbs co & 156Kbs trên EIA-485. BACnet này được hỗ trợ bởi một số nhà cung cấp có ARCNET.

BACnet Point-to-Point

BACnet Point-to-Point này đơn giản được sử dụng qua mạng điện thoại quay số. Nói chung, do đó kết nối EIA-232 trực tiếp không còn được sử dụng cho kết nối Ethernet trực tiếp.

BACnet trên LonTalk Khung nước ngoài

BACnet này chỉ đơn giản là cho phép thành phần truyền tải của LonTalk mang các thông điệp BACnet. Tuy nhiên, hai giao thức không thể tương tác với nhau.

BACnet qua ZigBee

Nói chung, MAC này là một mạng lưới không dây được sử dụng với các thiết bị ít tốn kém hơn. Vì vậy, nó thường được sử dụng như một cổng vào các thiết bị ZigBee và không giống như một phương tiện truyền tải BACnet bản địa.

Công cụ chuyển đổi Bacnet sang Modbus

Protocon-P3 Gateway là một bộ chuyển đổi BACnet sang Modbus được sử dụng để thiết kế các hệ thống tự động hóa trong các ứng dụng khác nhau như HVAC, điều khiển truy cập, điều khiển ánh sáng và hệ thống phát hiện cháy và các thiết bị liên quan của chúng. Protocon-P3 Gateway kết hợp các hệ thống & thiết bị BACnet như vậy với hệ thống quản lý dựa trên Modbus trên giao thức Modbus RTU & Modbus TCP / IP.

Các tính năng chính của Bacnet to Modbus Converter bao gồm những điều sau đây.

• Nó bao gồm một bảng điều khiển phía trước có đèn LED để chỉ báo chẩn đoán nhanh
• Tiện ích cấu hình dựa trên Windows.
• Nó hỗ trợ lên đến 100 thiết bị BACnet giao diện với TCP Master / Slave hoặc Modbus RTU.
• Nó có khả năng giao tiếp lên đến 5K điểm ánh xạ.
• Nó hỗ trợ tính năng đóng gói bit COV.

Bacnet Protocol Vs Modbus

Sự khác biệt giữa Bacnet Protocol và Modbus bao gồm những điều sau đây.

Thuận lợi

Các ưu điểm của Giao thức Bacnet bao gồm những điều sau đây.

• Giao thức BACnet được thiết kế đặc biệt để tự động hóa tòa nhà cũng như các mạng điều khiển.
• Nó không phụ thuộc vào các công nghệ mạng LAN hoặc WAN hiện tại.
• Đây là tiêu chuẩn quốc gia của Mỹ và tiêu chuẩn trước của châu Âu.
• Nó có thể mở rộng hoàn toàn từ các ứng dụng xây dựng đơn lẻ nhỏ đến các mạng thiết bị toàn cầu.
• Những người triển khai BACnet có thể bao gồm một cách an toàn các phần mở rộng không theo tiêu chuẩn cũng như các phần cải tiến mà không ảnh hưởng đến khả năng tương tác hiện có.
• Nó được thông qua bởi các công ty phòng cháy chữa cháy nổi tiếng nhất ở cả Hoa Kỳ và Châu Âu.
• Nó được hỗ trợ bởi các nhà sản xuất máy làm lạnh khác nhau như Dunham-Bush, Carrier, McQuay, York & Trane.
• Trong các ứng dụng điều khiển tòa nhà thực, giao thức này có một hồ sơ theo dõi đã được chứng minh.

Nhược điểm

Các nhược điểm của Giao thức Bacnet bao gồm những điều sau đây.

Hạn chế chính của giao thức BACnet là vấn đề tuân thủ. Vì vậy, vì vấn đề này, BTL (Phòng thí nghiệm thử nghiệm BACnet) đã được giới thiệu vào năm 2000. BTL là tổ chức thử nghiệm tuân thủ & và độc lập. Mục đích chính của việc này là kiểm tra các sản phẩm của BACnet để xác minh sự phù hợp với tiêu chuẩn. Sau khi được chấp thuận; sản phẩm sẽ có logo của BTL.

Các vấn đề hoặc các cuộc tấn công mạng được tìm thấy rộng rãi trong giao thức này là; Thiếu khả năng giả mạo & xác thực, tấn công DoS, kết nối mạng cố định và thiếu quyền truy cập ghi và mã hóa trên các thiết bị.

Các ứng dụng

Các sử dụng Giao thức Bacnet bao gồm những điều sau đây.

• BACnet được sử dụng trong các ứng dụng HVAC, điều khiển ánh sáng điều khiển chữa cháy, an ninh, báo động & giao tiếp với các công ty tiện ích.
• Giao thức này được thiết kế đặc biệt để tự động hóa tòa nhà cũng như các ứng dụng điều khiển.
• Giao thức này được sử dụng để cung cấp các cơ chế, đặc biệt là cho các thiết bị tự động hóa để trao đổi dữ liệu bất kể dịch vụ tòa nhà cụ thể mà chúng thực hiện.
• Giao thức này có thể được sử dụng bởi bộ điều khiển kỹ thuật số, máy tính và bộ điều khiển đơn nhất dành riêng cho ứng dụng với hiệu quả tương đương.
• Giao thức BACnet ban đầu được phát triển để phát triển khả năng tương tác giữa các thiết bị tự động hóa tòa nhà; tuy nhiên, các mô tả dữ liệu cũng như kiến ​​trúc linh hoạt của nó sẽ làm cho nó hoạt động trong một loạt các ứng dụng điều khiển.
• Đây là một giao thức hướng đối tượng, được sử dụng để biểu thị thiết bị điều khiển có thể truy cập mạng.

Vì vậy, đây là tổng quan về giao thức Bacnet - hoạt động với các ứng dụng. Đây là giao thức tốt nhất được sử dụng để xây dựng tự động hóa và cũng để kết nối các hệ thống khác nhau. Vì vậy, Bacnet Protocol trong công nghệ IoT có một tương lai tuyệt vời và nó sẽ phát triển nhảy vọt. Giao thức này cũng cung cấp một giải pháp tuyệt vời từ quan điểm khả năng mở rộng. Xem xét mức độ quan trọng và nhu cầu của ứng dụng, phải đảm bảo an toàn & phát triển phải lưu ý đến tính bảo mật. Xem xét việc thiếu các tiêu chuẩn, các tiêu chuẩn phù hợp phải được xác định để các nhà cung cấp tuân theo và thực hiện. Đây là một câu hỏi dành cho bạn, giao thức I2S là gì?