Protocolo BACnet: Arquitetura, Funcionamento, Tipos, Objetos e Suas Aplicações

O protocolo BACnet foi desenvolvido por um comitê chamado ASHRAE ou Sociedade Americana de Engenheiros de Aquecimento, Refrigeração e Ar Condicionado em 1987. O principal lema deste comitê é fazer um protocolo que proporcione sistemas de vários fabricantes para se comunicarem entre si de maneira agradável . Portanto, este protocolo é uma marca registrada da ASHRAE. Desde que o protocolo de época foi desenvolvido, ele está passando por mudanças contínuas com um procedimento de acordo aberto. Para que todos os interessados ​​possam participar sem taxas. Portanto, este artigo discute uma visão geral Protocolo Bacnet básico – trabalhando com aplicativos.

O que é o protocolo BACnet?

Um dado protocolo de comunicação que é usado para construir uma rede de controle automatizada, é conhecido como BACnet ou Building Automation Control Network. Este protocolo de comunicação de dados é um padrão ISO e ANSI usado para interoperabilidade entre dispositivos cooperativos de automação predial. O protocolo Bacnet inclui um conjunto de regras para governar a troca de dados em uma rede de computadores que simplesmente abrange tudo, desde que tipo de cabo utilizar, para formar um comando ou solicitação específica de maneira normal.

Para alcançar a interoperabilidade em um amplo espectro de equipamentos, a especificação BACnet inclui três partes principais. Primário, Secundário e Terciário. Assim, a parte principal define uma técnica para representar qualquer tipo de aparato de automação predial de maneira normal.

A parte secundária descreve mensagens que podem ser transmitidas através de uma rede de computadores para verificar e gerenciar tais equipamentos. A parte final descreve um conjunto de LANs adequadas que são usadas para transmitir comunicações BACnet.

Por que o protocolo Bacnet é necessário?

o A importância do protocolo BACnet é definir técnicas típicas que os fabricantes podem executar para construir componentes, bem como sistemas que são interoperáveis ​​através de outros componentes e sistemas do BACnet.

Também especifica como os dados são representados na rede, bem como os serviços que são utilizados para transmitir dados de um nó do BACnet para outro nó. Ele também possui mensagens que reconhecem nós de rede e dados.

BACnet é usado como uma ferramenta por proprietários de edifícios e especificadores de sistemas para a especificação do sistema interoperável. Este protocolo não altera a necessidade de indicar o que um consumidor precisa. Assim, ele fornece simplesmente algumas ferramentas consistentes para auxiliar na criação e especificação de sistemas que podem interoperar.

O protocolo BACnet é usado em todos os tipos de sistemas de construção automatizados. Portanto, existem produtos interoperáveis ​​disponíveis em diferentes categorias, como segurança, incêndio, iluminação, elevadores, HVAC, etc. incluem, e também uma técnica usada para explicar protocolos que um único dispositivo pode utilizar para consultar mais um dispositivo para executar alguma ação preferida.

Arquitetura do protocolo Bacnet

A arquitetura do protocolo BACnet é predominantemente restrita a controles de iluminação, HVAC e gateways. Este protocolo destaca a comunicação leve e eficiente, otimizada para mensagens curtas, pequenas redes e inter-redes.

A arquitetura do protocolo BACnet é uma arquitetura recolhida que corresponde a 4 camadas do Modelo OSI . As quatro camadas na arquitetura BACnet incluem principalmente Aplicativo, Rede, Link de Dados e Físico. Mesmo assim, apenas a camada de rede e a camada de aplicativo são simplesmente BACnet.

A arquitetura acima é a pilha de protocolos BACnet que inclui diferentes camadas, conforme mostrado no diagrama. Este protocolo é uma versão recolhida da pilha OSI. As camadas de transporte e sessão não são usadas. A camada de aplicação assume as funções dessas duas camadas.

Camada Física BACnet

As camadas superiores do BACnet não dependem da camada física. Assim, a camada Física do BACnet possibilita que o BACnet seja executado em diferentes redes. As camadas físicas do BACnet foram especificadas com ARCNET, Ethernet, túneis IP, BACnet/IP, RS-232, RS485 e Lonworks/LonTalk. RS232 é para comunicação ponto a ponto. RS485 suporta até 32 nós com uma distância de 1200 m a 76 Kbps.

Camada de enlace do protocolo BACnet

O protocolo BACnet é implementado diretamente com camadas de link LonTalk ou IEEE802.2. Portanto, especifica a camada de enlace de dados ponto a ponto (PTP) para conexões RS232. Especifica a camada de enlace de dados MS/TP destinada a conexões RS-485. O padrão simplesmente especifica BVLL (BACnet Virtual Link Layer) que indica todos os serviços requeridos através do dispositivo BACnet nesta camada de link.

A Camada de Link Virtual BACnet IP encapsula os dados de controle necessários em um cabeçalho de informações de controle de link virtual BACnet. Por causa do protocolo IP, BVLL e BACnet, os dispositivos podem se comunicar diretamente em redes IP sem a necessidade de qualquer dispositivo roteador.

O protocolo BACnet utiliza o conceito BBMD (dispositivo de gerenciamento de transmissão BACnet) que executa a transmissão necessária para a camada de link preferida. Assim, a mensagem de difusão BACnet é alterada para mensagens de difusão ou multicast baseadas em IP.

Camada de rede BACnet

Essa camada simplesmente especifica os endereços necessários da rede para roteamento. A rede BACnet inclui um mínimo de um ou mais segmentos conectados com pontes, uma vez que utilizam tecnologias LAN semelhantes. Se eles utilizarem vários protocolos de LAN, eles serão conectados por meio de roteadores.

Camada de aplicação

O BACnet não separa as camadas de apresentação e de aplicação. Portanto, ele cuida da confiabilidade e dos mecanismos de sequenciamento ou segmentação geralmente conectados às camadas de sessão e de transporte. BACnet inclui dispositivos como objetos para troca de primitivos de serviço que são descritos com sintaxe ASN.1 e serializados com ASN.1 BER.

Camada de segurança BACnet

O conceito de segurança BACnet pode ser entendido facilmente com um exemplo, digamos, quando o dispositivo BACnet-A solicita uma chave de sessão do servidor de chaves para estabelecer uma comunicação segura através do dispositivo-B, então essa chave é transmitida para o dispositivo-A e o dispositivo-B através do servidor de chaves que é conhecido como 'SKab'. O protocolo BACnet usa criptografia DES de 56 bits.

Como funciona o protocolo Bacnet?

BACnet é um protocolo de comunicação eletrônica típico que funciona permitindo diferentes tipos de automação predial de fabricantes, bem como sistemas de monitoramento como alarmes de incêndio, HVAC e segurança de perímetro para comunicação entre si. Este protocolo pode funcionar com praticamente qualquer protocolo de dados normal, incluindo TCP/IP.

O protocolo BACnet permite o desenvolvimento abrangente de BMSs (sistemas de gerenciamento predial) que permite que os operadores construam, observem e controlem diferentes sistemas prediais em um único aplicativo.
Este protocolo também é usado para expandir a flexibilidade e o escopo da automação que pode ser executada. Por exemplo, um sistema de automação pode ser configurado de forma que, uma vez que o sistema de proteção contra incêndio detecte um incêndio, o sistema envie comandos para o seguinte.

• Para o sistema de controle do elevador para enviar todos os elevadores para o piso térreo imediatamente.
• Para o sistema de paging do edifício para transmitir um sinal de voz audível para informar os ocupantes do edifício onde o incêndio foi detectado e como sair do edifício.
• Desde os sistemas de áudio ou visual do prédio até mensagens instantâneas em telas de TV dentro das salas de conferência.
• Para uma interface do sistema telefônico para envio de alertas por mensagem de texto para as instalações e equipes de engenharia do prédio.

Com o protocolo BACnet, todos os dados são significados em termos de um objeto. Assim, cada objeto significa dados relativos a um dispositivo ou componente. Significar informações como um objeto simplesmente fornece o benefício de que os objetos mais recentes podem ser formados, caso contrário, os objetos existentes podem ser modificados com base nos requisitos do usuário.

Um objeto significa informações físicas (entradas e saídas físicas) e informações não físicas (software/cálculos). É muito significativo notar que cada objeto pode significar uma única porção de informação, caso contrário um grupo de informações que executa a mesma e exata função.

Objeto BACnet

O objeto BACnet é um conceito que permite a comunicação, bem como um conjunto de dados relacionados a i/ps, o/ps, software e cálculos a serem executados. O Objeto BACnet pode se visualizar de diferentes maneiras, como Pontos Únicos, Grupos Lógicos, Lógica de Programa, Horários e Dados Históricos.

Os objetos BACnet são físicos e não físicos. Por exemplo, um termostato é considerado um conceito físico e o sistema HVAC é considerado o dispositivo de saída. O melhor exemplo de um conceito não físico é o cronograma de manutenção de um HVAC na forma de software.

Todos os objetos BACnet incluem diferentes propriedades de troca de informações e comandos. Essas propriedades representadas em formato tabular com duas colunas. A primeira coluna inclui o nome da propriedade e a segunda coluna fornece o valor da propriedade. Na segunda coluna, as informações podem existir em um formato habilitado para gravação/somente leitura.

O exemplo do objeto BACnet para uma entrada binária de um sensor dentro de um edifício é mostrado abaixo.

Na tabela acima, as primeiras quatro propriedades são necessárias pelo padrão BACnet enquanto as duas últimas propriedades são simplesmente consideradas opcionais. Portanto, esses objetos opcionais são frequentemente necessários por um desenvolvedor, no entanto, esses objetos devem corresponder ao padrão do BACnet. O exemplo mostrará simplesmente algumas das propriedades de um objeto. Na vida real, particularmente em uma configuração de automação predial, diferentes propriedades estariam lá dentro do objeto. A maioria dos especialistas e fontes especificam que existem 23 objetos BACnet padrão utilizados em sistemas de automação predial. Assim, objetos padrão operam no padrão BACnet.

Os 23 objetos BACnet padrão são 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, valor de vários estados, loop, calendário, classe de notificação, comando, arquivo, programa, agendamento, log de tendências, grupo, registro de eventos e dispositivo.

Uma vez que um conjunto de objetos executa uma função específica, ele é conhecido como um dispositivo BACnet. Todos esses objetos devem incluir um identificador, tipo de dados e informações adicionais, como somente leitura, modificados por meio de outros dispositivos e muito mais.

Tipos diferentes

O diferente tipos de protocolos BACnet são discutidos abaixo.

BACnet/IP

Isso normalmente é usado com redes VLAN e WAN existentes. Assim, os dispositivos podem se conectar diretamente a hubs ou switches Ethernet. Esta LAN é um tipo rápido e de alto desempenho, mas muito caro. BACnet/IP utiliza UDP/IP para compatibilidade através da infraestrutura IP existente. Uma vez que BACnet/IP é utilizado com várias sub-redes IP, então a funcionalidade extra do dispositivo conhecida como BBMDs (BACnet Broadcast Management Devices) é necessária para lidar com mensagens de broadcast de BACnet entre sub-redes.

BACnet MS/TP

Este tipo de LAN usa par trançado EIA-485 para sinalizar até 4k pés. Portanto, é um tipo muito famoso de LAN BACnet que é usado para controladores unitários e específicos de aplicativos. Este BACnet MS/TP não é caro.

BACnet ISO 8802-3 (Ethernet)

BACnet é usado diretamente com Ethernet 8802-3 que são semelhantes ao BACnet/IP em termos de velocidade e custo, embora restritas a uma única infraestrutura física que não utiliza roteadores IP.

BACnet sobre ARCNET

Este BACnet é do tipo MAC que inclui duas formas como 2.5Mbs coaxial e 156Kbs acima do EIA-485. Este BACnet é suportado por um número limitado de fornecedores com ARCNET.

BACnet ponto a ponto

Este BACnet Ponto-a-Ponto é usado simplesmente nas redes de telefones discados. Geralmente, a conexão direta EIA-232 não é mais usada para uma conexão Ethernet direta.

BACnet sobre quadros estrangeiros LonTalk

Este BACnet simplesmente permite que o componente de transporte do LonTalk carregue mensagens BACnet. Mas, os dois protocolos não são interoperáveis.

BACnet sobre ZigBee

Geralmente, este MAC é uma rede de malha sem fio usada com dispositivos menos dispendiosos. Portanto, normalmente é usado como um gateway para dispositivos ZigBee e não como um transporte BACnet nativo.

Conversor de Bacnet para Modbus

O Protocon-P3 Gateway é um conversor BACnet para Modbus que é usado no projeto de sistemas de automação em diferentes aplicações, como HVAC, controle de acesso, controle de iluminação e sistemas de detecção de incêndio e seus equipamentos relacionados. O Gateway Protocon-P3 combina esses sistemas e dispositivos BACnet com sistemas de gerenciamento baseados em Modbus sobre o protocolo Modbus RTU e Modbus TCP/IP.

Os principais recursos do Conversor Bacnet para Modbus incluem o seguinte.

• Inclui painel frontal que possui LED para indicação de diagnóstico rápido
• Utilitário de configuração baseado em Windows.
• Suporta até 100 dispositivos BACnet interface para TCP Master/Slave ou Modbus RTU.
• Ele tem a capacidade de interfacear até 5K pontos de mapeamento.
• Ele suporta o recurso de empacotamento de bits COV.

Protocolo Bacnet vs Modbus

A diferença entre o Protocolo Bacnet e Modbus inclui o seguinte.

Vantagens

o vantagens do protocolo Bacnet inclui o seguinte.

• O protocolo BACnet é especialmente projetado para automação predial e redes de controle.
• Não depende das tecnologias atuais de LAN ou WAN.
• É um padrão nacional americano e um pré-padrão europeu.
• É totalmente escalável, desde pequenos aplicativos de construção única até redes universais de dispositivos.
• Os implementadores do BACnet podem incluir com segurança extensões não padrão, bem como aprimoramentos sem influenciar a interoperabilidade existente.
• É adotado pelas empresas de proteção contra incêndio mais famosas nos EUA e na Europa.
• É suportado por diferentes fabricantes de chillers como Dunham-Bush, Carrier, McQuay, York & Trane.
• Em aplicações reais de controle de edifícios, este protocolo tem um histórico comprovado.

Desvantagens

o Desvantagens do Protocolo Bacnet inclui o seguinte.

A principal desvantagem do protocolo BACnet era um problema de conformidade. Portanto, devido a este problema, o BTL (BACnet Testing Laboratories) foi introduzido no ano 2000. BTL é uma organização de testes independente e de conformidade. A intenção principal disso é testar os produtos da BACnet para verificar a conformidade com a norma. Uma vez aprovado; o produto receberá o logotipo da BTL.

Os problemas ou ataques dignos de rede que são amplamente encontrados neste protocolo são; Falta de falsificação e autenticação, ataques DoS, conexões de rede imobilizadas e falta de criptografia e acesso de gravação nos dispositivos.

Formulários

o uso do protocolo Bacnet inclui o seguinte.

• O BACnet é usado em aplicações de HVAC, controle de iluminação de controle de incêndio, segurança, alarme e interface para empresas de serviços públicos.
• Este protocolo foi especialmente projetado para automação predial, bem como aplicações de controle.
• Este protocolo é usado para fornecer mecanismos, especialmente para dispositivos de automação para troca de dados, independentemente do serviço predial específico que executam.
• Este protocolo pode ser usado por controladores digitais, computadores e controladores unitários específicos de aplicativos com efeito equivalente.
• O protocolo BACnet foi desenvolvido inicialmente para desenvolver a interoperabilidade entre dispositivos de automação predial; no entanto, suas descrições de dados, bem como sua arquitetura flexível, farão com que funcione dentro de uma ampla gama de aplicações de controle.
• Este é um protocolo orientado a objetos, usado para significar equipamentos de controle acessíveis à rede.

Assim, isso é uma visão geral do protocolo Bacnet - trabalhando com aplicativos. Este é o melhor protocolo usado para construir automação e também para conectar diferentes sistemas. Portanto, o protocolo Bacnet na tecnologia IoT tem um grande futuro e se desenvolverá aos trancos e barrancos. Este protocolo também fornece uma ótima solução do ponto de vista da escalabilidade. Considerando a criticidade e a demanda do aplicativo, a segurança deve ser dada e o desenvolvimento deve ser feito com a segurança em mente. Considerando a falta de padrões, os padrões corretos devem ser definidos para os fornecedores seguirem e executarem. Aqui está uma pergunta para você, qual é o protocolo I2S?