بروتوكول BACnet: العمارة ، والعمل ، والأنواع ، والأشياء وتطبيقاتها

تم تطوير بروتوكول BACnet من قبل لجنة تسمى ASHRAE أو الجمعية الأمريكية لمهندسي التدفئة والتبريد وتكييف الهواء في عام 1987. يتمثل الشعار الرئيسي لهذه اللجنة في وضع بروتوكول يوفر أنظمة من مختلف الشركات المصنعة للتواصل معًا بطريقة ممتعة . لذلك هذا البروتوكول هو علامة تجارية مسجلة لـ ASHRAE. منذ أن تم تطوير البروتوكول الزمني ، فإنه يخضع لتغييرات مستمرة مع إجراء اتفاق مفتوح. بحيث يتم الترحيب بجميع الأطراف المهتمة للمشاركة بدون رسوم. لذا تناقش هذه المقالة نظرة عامة على بروتوكول Bacnet الأساسيات - العمل مع التطبيقات.

ما هو بروتوكول BACnet؟

بيانات بروتوكول الاتصالات تُعرف باسم BACnet أو شبكة التحكم في أتمتة المباني. بروتوكول اتصال البيانات هذا هو معيار ISO و ANSI يستخدم للتشغيل البيني بين أجهزة أتمتة المباني المتعاونة. يتضمن بروتوكول Bacnet مجموعة من القواعد التي تحكم تبادل البيانات على شبكة الكمبيوتر التي تغطي ببساطة كل نوع من الكبلات التي يجب استخدامها ، لتشكيل أمر أو طلب معين بطريقة عادية.

لتحقيق قابلية التشغيل البيني عبر مجموعة واسعة من المعدات ، تتضمن مواصفات BACnet ثلاثة أجزاء رئيسية. الابتدائية والثانوية والثالثية. لذا فإن الجزء الأساسي يحدد تقنية لتمثيل أي نوع من أجهزة أتمتة البناء بطريقة عادية.

يصف الجزء الثانوي الرسائل التي يمكن إرسالها عبر شبكة من أجهزة الكمبيوتر لفحص وإدارة هذه المعدات. يصف الجزء الأخير مجموعة من الشبكات المحلية المناسبة التي تستخدم لنقل اتصالات BACnet.

لماذا يلزم بروتوكول Bacnet؟

ال أهمية بروتوكول BACnet هو تحديد التقنيات النموذجية التي يمكن للمصنعين تنفيذها لبناء مكونات وأنظمة قابلة للتشغيل البيني من خلال مكونات وأنظمة أخرى من BACnet.

كما تحدد كيفية الإشارة إلى البيانات على الشبكة بالإضافة إلى الخدمات المستخدمة لنقل البيانات من عقدة BACnet إلى عقدة أخرى. كما أن لديها رسائل تتعرف على عقد الشبكة والبيانات.

يتم استخدام BACnet كأداة من قبل مالكي المباني ومحددات النظام لمواصفات النظام القابل للتشغيل البيني. لا يغير هذا البروتوكول الحاجة إلى الإشارة إلى ما يحتاجه المستهلك. لذلك ، فهو يوفر ببساطة بعض الأدوات المتسقة للمساعدة في إنشاء وتحديد الأنظمة التي يمكن أن تتفاعل.

يستخدم بروتوكول BACnet في جميع أنواع أنظمة البناء الآلي. لذلك ، هناك منتجات قابلة للتشغيل البيني متوفرة ضمن فئات مختلفة مثل الأمان ، والحريق ، والإضاءة ، والمصاعد ، والتكييف ، وما إلى ذلك. يتناول هذا البروتوكول ببساطة هدف التشغيل البيني من خلال تحديد نموذج عمل عام لأجهزة الأتمتة ، وهي تقنية مستخدمة لتحديد البيانات التي هم تشمل ، وأيضًا تقنية تُستخدم لشرح البروتوكولات التي يمكن لجهاز واحد استخدامها للاستعلام عن جهاز آخر لتنفيذ بعض الإجراءات المفضلة.

هندسة بروتوكول Bacnet

تقتصر بنية بروتوكول BACnet في الغالب على عناصر التحكم في الإضاءة والتكييف والبوابات. يسلط هذا البروتوكول الضوء على الاتصال الخفيف والفعال الذي تم تحسينه للرسائل القصيرة والشبكات الصغيرة والشبكات البينية.

بنية بروتوكول BACnet هي بنية مطوية تتطابق مع 4 طبقات من نموذج OSI . تشتمل الطبقات الأربع في بنية BACnet بشكل أساسي على التطبيق والشبكة ووصلة البيانات والمادية. على الرغم من ذلك ، فإن طبقة الشبكة وطبقة التطبيق هي ببساطة BACnet.

الهيكل أعلاه هو مكدس بروتوكول BACnet الذي يتضمن طبقات مختلفة كما هو موضح في الرسم التخطيطي. هذا البروتوكول هو نسخة مطوية من مكدس OSI. لا يتم استخدام طبقات النقل والجلسة. تأخذ طبقة التطبيق وظائف هاتين الطبقتين.

الطبقة المادية BACnet

لا تعتمد الطبقات العليا من BACnet على الطبقة المادية. لذا فإن الطبقة المادية لـ BACnet تجعل من الممكن تنفيذ BACnet على شبكات مختلفة. تم تحديد الطبقات المادية لـ BACnet باستخدام ARCNET و Ethernet وأنفاق IP و BACnet / IP و RS-232 و RS485 و Lonworks / LonTalk. RS232 هو للاتصال من نقطة إلى نقطة. يدعم RS485 ما يصل إلى 32 عقدة بمسافة 1200 متر بسرعة 76 كيلو بت في الثانية.

طبقة ارتباط بروتوكول BACnet

يتم تنفيذ بروتوكول BACnet مباشرة مع طبقات ارتباط LonTalk أو IEEE802.2. لذلك فهي تحدد طبقة ارتباط البيانات من نقطة إلى نقطة (PTP) لاتصالات RS232. تحدد طبقة ارتباط بيانات MS / TP المخصصة لتوصيلات RS-485. يحدد المعيار ببساطة BVLL (BACnet Virtual Link Layer) التي تنص على جميع الخدمات المطلوبة من خلال جهاز BACnet في طبقة الارتباط هذه.

تقوم طبقة الارتباط الافتراضية IP BACnet بتغليف بيانات التحكم المطلوبة في رأس معلومات التحكم في الارتباط الظاهري لـ BACnet. بسبب IP و BVLL و BACnet ، يمكن لأجهزة بروتوكول الاتصال مباشرة عبر شبكات IP دون الحاجة إلى أي جهاز توجيه.

يستخدم بروتوكول BACnet مفهوم BBMD (جهاز إدارة بث BACnet) الذي ينفذ البث المطلوب لطبقة الارتباط المفضلة. لذلك ، يتم تغيير رسالة بث BACnet إلى بث قائم على IP أو رسائل متعددة البث.

طبقة شبكة BACnet

تحدد هذه الطبقة ببساطة عناوين الشبكة المطلوبة للتوجيه. تتضمن شبكة BACnet ما لا يقل عن مقطع واحد أو أعلى متصل بالجسور بمجرد استخدام تقنيات LAN مماثلة. إذا كانوا يستخدمون بروتوكولات LAN مختلفة ، فسيتم توصيلهم من خلال أجهزة التوجيه.

طبقة التطبيقات

لا تفصل BACnet بين العرض التقديمي وكذلك طبقات التطبيق. لذلك فهي تهتم بالموثوقية والتسلسل أو آليات التجزئة المرتبطة بشكل عام بكل من طبقات الجلسة والنقل. تتضمن BACnet أجهزة مثل الكائنات لتبادل أساسيات الخدمة الموصوفة ببنية ASN.1 والمتسلسلة باستخدام ASN.1 BER.

طبقة أمان BACnet

يمكن فهم مفهوم أمان BACnet بسهولة من خلال مثال يقول عندما يطلب جهاز BACnet-A مفتاح جلسة من الخادم الرئيسي لإنشاء اتصال آمن من خلال الجهاز- B ، ثم يتم نقل هذا المفتاح إلى كل من الجهاز- A والجهاز- B من خلال خادم المفتاح المعروف باسم 'SKab'. يستخدم بروتوكول BACnet تشفير DES 56 بت.

كيف يعمل بروتوكول Bacnet؟

BACnet هو بروتوكول اتصال إلكتروني نموذجي يعمل من خلال السماح لأنواع مختلفة من أتمتة المباني الخاصة بالمصنعين بالإضافة إلى أنظمة المراقبة مثل أجهزة إنذار الحريق والتكييف وأمن المحيط للتواصل مع بعضهم البعض. يمكن أن يعمل هذا البروتوكول مع أي بروتوكول بيانات عادي تقريبًا بما في ذلك TCP / IP.

يتيح بروتوكول BACnet تطوير أنظمة إدارة المباني (BMSs) الشاملة التي تسمح للمشغلين بإنشاء أنظمة بناء مختلفة ومراقبتها والتحكم فيها في تطبيق واحد.
يستخدم هذا البروتوكول أيضًا لتوسيع مرونة ونطاق الأتمتة التي يمكن تنفيذها. على سبيل المثال ، يمكن إعداد نظام أتمتة بحيث بمجرد أن يلاحظ نظام الحماية من الحرائق حريق ، يرسل النظام أوامر إلى ما يلي.

• إلى نظام التحكم في المصعد لإرسال جميع المصاعد إلى الدور الأرضي على الفور.
• إلى نظام الاستدعاء الخاص بالمبنى لإرسال إشارة صوتية مسموعة لإبلاغ شاغلي المبنى أينما تم اكتشاف الحريق وكيفية الخروج من المبنى.
• من الأنظمة الصوتية أو المرئية للمبنى إلى رسائل فلاش على شاشات التلفزيون داخل غرف المؤتمرات.
• إلى واجهة نظام هاتفي لإرسال التنبيهات عبر الرسائل النصية للمرافق والفرق الهندسية للمبنى.

باستخدام بروتوكول BACnet ، يتم الإشارة إلى جميع البيانات من حيث الكائن. لذلك يشير كل كائن إلى البيانات المتعلقة بجهاز أو مكون. توفر المعلومات الدالّة مثل كائن ببساطة ميزة إمكانية تكوين أحدث الكائنات وإلا يمكن تعديل الكائنات الموجودة بناءً على متطلبات المستخدم.

يشير الكائن إلى المعلومات المادية (المدخلات المادية والمخرجات) والمعلومات غير المادية (البرامج / الحسابات). من المهم جدًا ملاحظة أن كل كائن قد يشير إلى جزء واحد من المعلومات وإلا مجموعة من المعلومات التي تنفذ نفس الوظيفة بالضبط.

كائن BACnet

كائن BACnet هو مفهوم يسمح بالاتصال بالإضافة إلى مجموعة من البيانات المتعلقة بـ i / ps و o / ps والبرامج والحسابات ليتم تنفيذها. يمكن أن يظهر كائن BACnet بطرق مختلفة مثل النقاط الفردية والمجموعات المنطقية ومنطق البرنامج والجداول والبيانات التاريخية.

كائنات BACnet مادية وغير مادية. على سبيل المثال ، يعتبر منظم الحرارة مفهومًا ماديًا ويعتبر نظام HVAC جهاز الإخراج. أفضل مثال على المفهوم غير المادي هو جدول الصيانة الخاص بنظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) في شكل البرنامج.

تشتمل جميع كائنات BACnet على خصائص مختلفة لتبادل المعلومات والأوامر. يتم تمثيل هذه الخصائص في تنسيق جدولي بعمودين. يتضمن العمود الأول اسم الخاصية ويقدم العمود الثاني قيمة الخاصية. في العمود الثاني ، يمكن أن توجد المعلومات بتنسيق تمكين للكتابة / للقراءة فقط.

يظهر أدناه مثال كائن BACnet لإدخال ثنائي لجهاز استشعار داخل مبنى.

في الجدول أعلاه ، تعتبر الخصائص الأربع الأولى ضرورية وفقًا لمعيار BACnet بينما تعتبر الخاصية الأخيرتان اختيارية ببساطة. لذلك ، غالبًا ما تكون هذه الكائنات الاختيارية ضرورية من قبل المطور ، ومع ذلك ، يجب أن تتطابق هذه الكائنات مع معيار BACnet. سيُظهر المثال ببساطة بعض خصائص الكائن. في الحياة الواقعية ، لا سيما في إعداد أتمتة المبنى ، ستكون هناك خصائص مختلفة داخل الكائن. يحدد معظم الخبراء والمصادر أن هناك 23 عنصرًا قياسيًا من BACnet مستخدمة في أنظمة أتمتة المباني. لذلك ، تعمل الكائنات القياسية وفقًا لمعيار BACnet.

23 كائنات BACnet القياسية هي Binary i / p ، ثنائي o / p ، قيمة ثنائية ، تناظري i / p ، تناظري o / p ، قيمة تناظرية ، متوسط ​​، LifeSafety Zone ، LifeSafety Point ، Multi-State i / p ، متعدد الحالات o / p ، القيمة متعددة الحالات ، التكرار الحلقي ، التقويم ، فئة الإخطار ، الأوامر ، الملف ، البرنامج ، الجدول ، سجل الاتجاه ، المجموعة ، تسجيل الأحداث والجهاز.

بمجرد تنفيذ مجموعة من الكائنات لوظيفة معينة ، فإنها تُعرف باسم جهاز BACnet. يجب أن تتضمن كل هذه الكائنات معرّفًا ونوع بيانات ومعلومات إضافية مثل القراءة فقط ، وتعديلها من خلال أجهزة أخرى ، وغير ذلك الكثير.

أنواع مختلفة

المختلف أنواع بروتوكولات BACnet تمت مناقشتها أدناه.

BACnet / IP

يستخدم هذا عادةً مع شبكات VLAN و WAN الحالية. لذلك يمكن للأجهزة الاتصال مباشرة بالمحاور أو محولات إيثرنت. هذه الشبكة المحلية هي نوع سريع وعالي الأداء ، ولكنها مكلفة للغاية. يستخدم BACnet / IP UDP / IP للتوافق من خلال البنية التحتية IP الحالية. بمجرد استخدام BACnet / IP مع العديد من شبكات IP الفرعية ، فإن وظائف الجهاز الإضافية المعروفة باسم BBMDs (BACnet Broadcast Management Devices) ضرورية للتعامل مع رسائل البث للشبكة الفرعية BACnet.

BACnet MS / TP

يستخدم هذا النوع من LAN زوجًا ملتويًا EIA-485 للإشارة إلى ما يصل إلى 4k قدم. لذلك فهو نوع مشهور جدًا من BACnet LAN والذي يستخدم لوحدات التحكم الموحدة وكذلك الخاصة بالتطبيقات. هذا BACnet MS / TP ليس باهظ الثمن.

BACnet ISO 8802-3 (إيثرنت)

يتم استخدام BACnet مباشرة مع ملفات إيثرنت شبكات 8802-3 التي تشبه BACnet / IP من حيث السرعة والتكلفة ، على الرغم من أنها مقيدة ببنية تحتية مادية واحدة لا تستخدم أجهزة توجيه IP.

BACnet عبر ARCNET

BACnet هذا هو نوع MAC الذي يتضمن شكلين مثل 2.5Mbs coax و 156Kbs أعلى EIA-485. يتم دعم BACnet من قبل عدد محدود من البائعين مع ARCNET.

BACnet من نقطة إلى نقطة

يتم استخدام BACnet Point-to-Point ببساطة عبر شبكات هواتف الطلب الهاتفي. بشكل عام ، لم يعد الاتصال المباشر EIA-232 مستخدمًا لاتصال Ethernet المباشر.

BACnet عبر إطارات LonTalk الأجنبية

يسمح BACnet هذا ببساطة لمكون النقل الخاص بـ LonTalk بحمل رسائل BACnet. لكن البروتوكولين غير قابلين للتشغيل المتبادل.

BACnet على ZigBee

بشكل عام ، يعد MAC هذا عبارة عن شبكة شبكة لاسلكية تستخدم مع أجهزة أقل تكلفة. لذلك يتم استخدامه عادةً كبوابة لأجهزة ZigBee وليس مثل نقل BACnet الأصلي.

محول Bacnet إلى Modbus

بوابة Protocon-P3 عبارة عن محول BACnet إلى Modbus يستخدم في تصميم أنظمة التشغيل الآلي في تطبيقات مختلفة مثل HVAC والتحكم في الوصول وأنظمة التحكم في الإضاءة وكشف الحرائق والمعدات ذات الصلة. تجمع بوابة Protocon-P3 بين أنظمة وأجهزة BACnet مع أنظمة الإدارة المستندة إلى Modbus عبر بروتوكول Modbus RTU و Modbus TCP / IP.

تشمل الميزات الرئيسية لمحول Bacnet to Modbus ما يلي.

• يشتمل على لوحة أمامية مزودة بمؤشر LED للإشارة إلى التشخيص السريع
• أداة التكوين المستندة إلى Windows.
• وهو يدعم ما يصل إلى 100 واجهة جهاز BACnet لـ TCP Master / Slave أو Modbus RTU.
• لديها القدرة على ربط ما يصل إلى 5K نقاط تعيين.
• إنه يدعم ميزة تعبئة بتات COV.

بروتوكول Bacnet مقابل Modbus

يشمل الاختلاف بين بروتوكول Bacnet و Modbus ما يلي.

مزايا

ال مزايا بروتوكول Bacnet تشمل ما يلي.

• تم تصميم بروتوكول BACnet بشكل خاص لبناء الأتمتة وكذلك شبكات التحكم.
• لا تعتمد على تقنيات LAN أو WAN الحالية.
• إنه معيار وطني أمريكي ومعيار أوروبي مسبق.
• إنه قابل للتطوير تمامًا من تطبيقات البناء الفردية الصغيرة إلى الشبكات العالمية للأجهزة.
• يمكن لمنفذي BACnet تضمين امتدادات غير قياسية بشكل آمن بالإضافة إلى تحسينات دون التأثير على قابلية التشغيل البيني الحالية.
• تم تبنيه من قبل أشهر شركات الحماية من الحرائق في كل من الولايات المتحدة الأمريكية وأوروبا.
• وهي مدعومة من قبل شركات تصنيع مبردات مختلفة مثل Dunham-Bush و Carrier و McQuay و York & Trane.
• في تطبيقات التحكم في المباني الحقيقية ، يتمتع هذا البروتوكول بسجل حافل.

سلبيات

ال عيوب بروتوكول Bacnet تشمل ما يلي.

كان العيب الرئيسي لبروتوكول BACnet هو مشكلة التوافق. وبسبب هذه المشكلة ، تم تقديم BTL (BACnet Testing Laboratories) في عام 2000. BTL هي منظمة امتثال واختبار مستقلة. الهدف الرئيسي من ذلك هو اختبار منتجات BACnet للتحقق من الامتثال للمعيار. بعد الموافقة عليها؛ سيحصل المنتج على شعار BTL.

المشاكل أو الهجمات ذات القيمة الصافية الموجودة على نطاق واسع في هذا البروتوكول هي ؛ عدم وجود انتحال ومصادقة ، وهجمات DoS ، واتصالات الشبكة المعطلة ، ونقص التشفير والوصول للكتابة عبر الأجهزة.

التطبيقات

ال استخدام بروتوكول Bacnet يتضمن ما يلي.

• يتم استخدام BACnet في تطبيقات HVAC والتحكم في الإضاءة والتحكم في الحرائق والأمن والإنذار والتواصل مع شركات المرافق.
• تم تصميم هذا البروتوكول بشكل خاص لأتمتة المباني بالإضافة إلى تطبيقات التحكم.
• يستخدم هذا البروتوكول لتوفير آليات ، خاصة لأجهزة الأتمتة لتبادل البيانات بغض النظر عن خدمة البناء المحددة التي تؤديها.
• يمكن استخدام هذا البروتوكول بواسطة وحدات التحكم الرقمية وأجهزة الكمبيوتر ووحدات التحكم الخاصة بالتطبيقات أو وحدات التحكم ذات التأثير المكافئ.
• تم تطوير بروتوكول BACnet في البداية لتطوير إمكانية التشغيل البيني بين أجهزة أتمتة المباني ؛ ومع ذلك ، فإن أوصاف البيانات الخاصة بها ، بالإضافة إلى البنية المرنة ، ستجعلها تعمل ضمن مجموعة واسعة من تطبيقات التحكم.
• هذا بروتوكول موجه للكائنات ، لذا يستخدم للدلالة على معدات التحكم التي يمكن الوصول إليها عبر الشبكة.

وهكذا ، هذا هو لمحة عامة عن بروتوكول Bacnet - العمل مع التطبيقات. هذا هو أفضل بروتوكول يستخدم لبناء الأتمتة وأيضًا لتوصيل الأنظمة المختلفة. لذلك ، يتمتع بروتوكول Bacnet في تقنية إنترنت الأشياء بمستقبل رائع وسيتطور بسرعة فائقة. يوفر هذا البروتوكول حلاً رائعًا من وجهة نظر قابلية التوسع أيضًا. بالنظر إلى الأهمية الحرجة والطلب للتطبيق ، يجب توفير السلامة ويجب أن يتم التطوير مع مراعاة الأمان. بالنظر إلى نقص المعايير ، يجب تحديد المعايير الصحيحة للبائعين لمتابعة وتنفيذها. إليك سؤال لك ، ما هو بروتوكول I2S؟