پروتکل BACnet: امکانات و مزایای پروتکل BACnet

کلید طلایی در یک ساختمان هوشمند، قابلیت همکاری سیستم‌ها و تجهیزات هوشمند با برندهای متنوع با یکدیگر است. ادغام در چندین سیستم مختلف از طریق یک پروتکل هوشمند یا استاندارد باز باعث صرفه جویی در هزینه و عملیات ساده برای صاحبان ساختمان می‌شود. همچنین برای موارد استفاده در آینده انعطاف پذیری را فراهم می‌کند. پروتکل BACnet، همان استانداردی است که چندین سیستم را به هم متصل می‌کند و مدیریت انرژی، راحتی ساکنان و برنامه‌های امنیتی ساختمان را امکان پذیر می‌کند.

پروتکل BACnet چیست؟

BACnet (پروتکل بکنت)، یک پروتکل شبکه‌ای در سیستم‌های اتوماسیون ساختمان (BAS) است. از پروتکل بکنت برای کنترل و تبادل داده بین دستگاه‌ها و تجهیزات مختلف استفاده می‌کنند. BACnet مخفف Building Automation and Control Network است. بکنت یک استاندارد شبکه‌ی توسعه یافته توسط متخصصین سیستم‌های تهویه مطبوع آمریکا (ASHRAE) است. موسسه استاندارد ملی آمریکا (ANSI) و استاندارد بین المللی سازمان (ISO) نیز پروتکل BACnet را به عنوان استانداردی برای شبکه سازی سیستم‌های اتوماسیون ساختمان پذیرفته‌اند.

پروتکل BACnet به ادغام تمام جنبه‌های سیستم‌های هوشمند ساختمان از جمله HVAC (گرمایش، سرمایش و تهویه مطبوع)، امنیت، کنترل پرده برقی، تشخیص حریق، سیستم‌های اسپرینکلر، نظارت بر انرژی و کیفیت هوا، کنترل‌های دسترسی، توزیع برق و روشنایی می‌پردازد. همه این سیستم‌ها می‌توانند به طور مستقل کار کنند، اما یکپارچه می‌شوند و ارزش‌های پیشنهادی جدیدی را با BACnet به عنوان ستون فقرات پروتکل شبکه ارائه می‌دهند. استاندارد جهانی BACnet تمام شایستگی‌های یک پروتکل استاندارد را برآورده می‌کند. پذیرش جهانی آن ثابت می‌کند که با موفقیت در تمام بازارها اجرا می‌شود. ویژگی‌های عمومی پروتکل BACnet عبارتند از:

استاندارد منبع باز
برای اجرای آن نیازی به هزینه مجوز نیست.
پذیرش این پروتکل توسط تولیدکنندگان و عدم وابستگی به تولیدکننده خاص برای اجرا

در روزهای اولیه توسعه پروتکل BACnet، اترنت مانند امروز در کاربردهای ساختمانی و صنعتی استفاده نمی‌شد. در آن زمان تعدادی پیوند داده / لایه‌های فیزیکی در آن برنامه‌ها استفاده می‌شد. بنابراین برای پاسخگویی به نیازهای گسترده ترین مجموعه‌های برنامه‌های کاربردی، BACnet برای پشتیبانی از چندین لایه فیزیکی و پیوندی مختلف طراحی شد.

معماری پروتکل BACnet در هوشمندسازی ساختمان

مزیت پروتکل BACnet قابلیت همکاری بین بسیاری از سیستم‌ها و تجهیزات هوشمند مورد استفاده در سیستم‌های هوشمندسازی ساختمان است. این پروتکل این کار را با ارائه یک روش استاندارد از تمام اقداماتی که در یک سیستم ارتباطی شبکه انجام می‌شود و عمل می‌کند، انجام می‌دهد. استاندارد BACnet به سه روش پیاده سازی می‌شود:

نمایش اطلاعات به عنوان یک شی (Object)
ارتباط بین دستگاه‌های BACnet
انتخاب فناوری‌های شبکه

مدل اطلاعاتی (objects)

معماری پروتکل BACnet بر اساس یک مدل اطلاعاتی سلسله مراتبی، سازماندهی می‌شود. در این مدل، اطلاعات به صورت اشیاء (Objects) سازمان‌یافته و دسته‌بندی شده‌اند. هر اشیاء ویژگی‌های خاص خود را دارد و می‌تواند اطلاعات مرتبط با تجهیزات ساختمانی را در خود ذخیره کند. اشیاء معمولاً درختی از اشیاء را تشکیل می‌دهند و از ارتباطات منطقی بین آن‌ها استفاده می‌کنند. این اشیاء با مشخصات پروتکل BACnet می‌‎شوند و دارای داده‌های مورد نیاز و اختیاری هستند. اشیاء توسط مشخصات معین تعریف شده‌اند که شامل ورودی آنالوگ، خروجی آنالوگ، مقدار آنالوگ، ورودی باینری، خروجی باینری، مقدار باینری، ورودی چند حالته، خروجی چند حالته، تقویم، ثبت رویداد، فایل، کلاس اطلاع رسانی، گروه، حلقه، برنامه، فرمان و دستگاه می‌باشد.

ارتباط BACNet

پروتکل BACnet برای ارتباطات شبکه از مدل سلسله مراتبی شبکه استفاده می‌کند. در این مدل، تجهیزات ساختمانی به عنوان کلاینت‌ها (Clients) و یا سرورها (Servers) عمل می‌کنند. کلاینت‌ها درخواست‌ها را ارسال کرده و سرورها پاسخ‌ها را ارسال می‌کنند. این معماری امکان ارتباط میان تجهیزات مختلف را فراهم می‌کند.

سرورها (Servers): سرورها دستگاه‌هایی هستند که اطلاعات را در اختیار دارند و به درخواست کلاینت‌ها اطلاعات را ارسال می‌کنند. سرورها معمولاً دستگاه‌های ساختمانی هستند که اطلاعات مختلف را نگهداری می‌کنند و به اشیاء دیگر در شبکه ارائه می‌دهند.

کلاینت‌ها (Clients): کلاینت‌ها دستگاه‌هایی هستند که اطلاعات را درخواست می‌کنند و از سرورها دریافت می‌کنند. آن‌ها معمولاً به عنوان کنترل‌کننده‌ها و واحدهای کنترلی ساختمان عمل می‌کنند.

فناوری‌های شبکه

BACnet از انواع مختلف اتصالات برای ارتباط با تجهیزات مختلف استفاده می‌کند. دستگاه‌هایی که از پروتکل BACnet استفاده می‌کنند را Native BACnet می‌نامند. به این معنی که دستگاه‌ها سیگنال‌هایی تولید می‌کنند که با فناوری BACnet سازگار هستند و می‌توانند با هر شبکه BACnet به یکدیگر متصل شوند. برخی از اتصالات معمول BACnet عبارتند از:

IP
IP معمولاً با شبکه‌های VLAN و WAN موجود استفاده می‌شود. بنابراین دستگاه‌ها می‌توانند مستقیماً به هاب‌ها یا سوئیچ‌های اترنت متصل شوند. این LAN کارایی بالا و سریعی دارد.، اما بسیار پرهزینه است. BACnet/IP از UDP/IP برای سازگاری از طریق زیرساخت IP موجود استفاده می‌کند. هنگامی که BACnet/IP با چندین زیرشبکه IP، مورد استفاده قرار می‌گیرد، عملکرد دستگاه اضافی به نام BBMD (دستگاه های مدیریت پخش BACnet) برای مدیریت پیام‌های پخش شده بین زیرشبکه BACnet، ضروری است.

BACnet ISO 8802-3 (اترنت)
BACnet مستقیماً با شبکه‌های Ethernet 8802-3 استفاده می‌شود که از نظر سرعت و هزینه مشابه BACnet/IP هستند، اگرچه محدود به یک زیرساخت فیزیکی واحد است که از روترهای IP استفاده نمی‌کند.

PTP (نقطه به نقطه)
PTP برای BACnet منحصر به فرد است و ارتباطات بین شبکه‌ای را از طریق مودم‌ها و خطوط تلفن درجه صوتی فراهم می‌کند. این اتصال پروتکل‌های مودم مدرن (V.32bis و V.42) را در خود جای می‌دهد و همچنین از اتصالات مستقیم کابل با استفاده از استاندارد سیگنالینگ EIA-232 پشتیبانی می‌کند. سرعت از 9.6 کیلوبایت بر ثانیه تا 56.0 کیلوبیت بر ثانیه است.

LONtalk
LONtalk یک فناوری اختصاصی است که توسط Echelon Corporation توسعه یافت و تنها نوعی LAN است که برای پیاده سازی به ابزارهای توسعه ویژه و یک مجموعه تراشه اختصاصی نیاز دارد.

ARCNET®
(ANSI/ATA 878.1) ARCNET یک استاندارد گذرگاه رمزی است و دستگاه‌ها معمولاً آن را با استفاده از تراشه‌های تک منبعی که ارتباطات شبکه را مدیریت می‌کنند، پشتیبانی می‌کنند. ARCNET می‌تواند روی رسانه‌های مختلف با سرعت‌های مختلف اجرا شود – از 150 کیلوبیت بر ثانیه در EIA-485 (STP) تا 7.5 مگابیت بر ثانیه از طریق کابل کواکسیال، STP یا فیبر نوری. به طور معمول، ARCNET با سرعت 2.5 مگابیت بر ثانیه روی جفت پیچ خورده، اجرا می شود.

MS/TP (گذراننده اصلی/توکن)
MS/TP نیز منحصر به BACnet است و با استفاده از استاندارد سیگنالینگ EIA-485 پیاده سازی می‌شود. این یک شبکه LAN جفت تابیده محافظ (STP) است که با سرعت 9.6 کیلوبیت بر ثانیه تا 76.0 کیلوبیت بر ثانیه کار می کند. این نوع LAN کم هزینه است و به ویژه برای ارتباطات کنترل کننده واحد مناسب است.

مزایای BACnet برای صاحبان/اپراتورهای ساختمان چیست؟

پروتکل BACnet هزینه و ریسک یکپارچه سازی را کاهش می‌دهد در حالی که تضمین می‌کند سرمایه گذاری در اتوماسیون ساختمان در طول زمان حفظ می‌شود. پروتکل بکنت قادر است چندین سیستم از تامین کنندگان مختلف را به هم متصل کند و فاکتورهایی همچون مدیریت انرژی، راحتی ساکنین و کاربردهای امنیتی ساختمان را امکان پذیر کند. BACnet همچنین عملیات و نگهداری ساختمان را با امکان ادغام اطلاعات و کنترل ها از تمام سیستم های ساختمان در یک رابط گرافیکی ساده می‌کند. BACnet عملیات را ساده می کند، آموزش کاربر را کاهش می دهد، تعمیر و نگهداری را ساده می کند، انعطاف پذیری را ارائه می دهد و افزونه های توسعه، گسترش و چندکاره را فعال می‌کند. به همین دلیل، پروتکل BACnet، به پروتکل غالب یکپارچه سازی ساختمان در سراسر جهان تبدیل شد.

اگر مالکی به هر دلیلی، مثلا در دسترس نبودن محصول، خدمات، هزینه جایگزینی یا هر جنبه دیگری از محصول سازگار با BACnet، ناراضی باشد، به احتمال زیاد جایگزین مناسبی از شرکت دیگری در دسترس است. مالک ساختمان، می‌تواند مطمئن باشد که محصولات متنوع BACnet، در سیستم ساختمان هوشمند، عمل خواهند کرد. علاوه بر این، اگر یک محصول خاص BACnet دیگر تولید نشود، مالک ممکن است بتواند به جای تعویض کل سیستم یا تعمیر دستگاه های قدیمی، دستگاهی را از یک سازنده جایگزین جایگزین کند.

عملکردهای پروتکل BACnet

مدیریت دستگاه
BACnet توسعه دهندگان را قادر می‌سازد تا دستگاه‌ها را در یک سیستم اتوماسیون ساختمان کشف، شناسایی و مدیریت کنند. رویه‌های توسعه و نگهداری ساده‌تر شده‌اند، زیرا رویکردی منسجم و یکنواخت برای دسترسی و کنترل عملکرد چندین دستگاه ارائه می‌دهد.

اشتراک داده‌ها
پروتکلBACnet، تبادل داده بین دستگاه‌ها، سیستم‌ها و برنامه‌ها را فراهم می‌آورد. مجموعه‌ای جامع از انواع و ویژگی‌های اشیا را تعریف می‌کند که جنبه‌های مختلف اتوماسیون ساختمان را نشان می‌دهد، مانند دما، رطوبت، اشغال و غیره. توسعه دهندگان می‌توانند از این اشیاء برای دسترسی به داده‌ها از دستگاه‌های مختلف استفاده کنند و آنها را قادر می‌سازد تا تصمیمات آگاهانه بگیرند و عملکرد ساختمان را بهینه کنند. همچنین بهره وری ساکنان ساختمان را بهبود می‌بخشد.

هشدار و مدیریت رویداد
این پروتکل شامل مکانیسم‌های قوی برای مدیریت آلارم‌ها و رویدادها، توسط تجهیزات است. توسعه دهندگان می‌توانند از BACnet برای نظارت و پاسخ سریع به رویدادهای مهم استفاده کنند و از عملکرد روان ساختمان اطمینان حاصل کنند و ایمنی ساکنان را افزایش دهند.

برنامه ریزی و روند
BACnet به توسعه دهندگان اجازه می‌دهد تا برای عملیات‌های مختلف ساختمان، مانند نقاط تنظیم دما، سطوح روشنایی و تهویه برنامه زمان‌بندی ایجاد کنند. همچنین از ثبت سابقه‌ی داده‌ها پشتیبانی می‌کند و امکان جمع آوری و تجزیه و تحلیل روندهای بلند مدت را فراهم می‌کند. این ویژگی‌ها به بهینه‌سازی انرژی، نگهداری پیش‌بینی‌کننده و عملکرد کلی بهتر ساختمان کمک می‌کنند.

یکپارچه سازی شبکه
پروتکل BACnet از شبکه‌های محلی و گسترده پشتیبانی می‌کند و به توسعه دهندگان این امکان را می‌دهد که سیستم‌های مقیاس پذیر بسازند. مکانیزم‌هایی برای مسیریابی، آدرس دهی و مدیریت شبکه فراهم می‌کند و از ارتباطات کارآمد و قابل اعتماد در میان توپولوژی‌های مختلف شبکه اطمینان حاصل می‌کند.

کاربردهای پروتکل BACnet

پروتکل BACnet (Building Automation and Control Networks) در سیستم‌های هوشمندسازی ساختمان به عنوان یک پروتکل شبکه‌ای معتبر و استاندارد مورد استفاده قرار می‌گیرد. این پروتکل دارای کاربردهای گسترده‌ای است که امکان کنترل و مدیریت تجهیزات مختلف ساختمان را فراهم می‌کند.

سیستم‌های HVAC (گرمایش، سرمایش و تهویه مطبوع): BACnet به بهره‌وری سیستم‌های HVAC کمک می‌کند و امکان کنترل دما، تهویه، و تنظیمات مرتبط را فراهم می‌کند.

نورپردازی و روشنایی: BACnet به کنترل سیستم‌های نورپردازی و روشنایی کمک می‌کند. از تنظیمات روشنایی گرفته تا کنترل دیمرها و همگام‌سازی نورپردازی با سایر سیستم‌ها.

کنترل دسترسی و امنیت: این پروتکل به مدیریت سیستم‌های کنترل دسترسی و امنیت کمک می‌کند، از جمله کنترل دسترسی و تنظیمات امنیتی.

مدیریت انرژی: BACnet به مدیریت بهینه مصرف انرژی در ساختمان‌ها کمک می‌کند و امکان جمع‌آوری و تحلیل اطلاعات مصرف انرژی را فراهم می‌کند.

کنترل و نظارت برسیستم اعلام حریق و اسپرینکلر: BACnet به کنترل و نظارت سیستم‌های اعلام حریق و اسپرینکلر در ساختمان‌ها کمک می‌کند و در صورت وقوع حادثه به صورت خودکار واکنش نشان می‌دهد.

مدیریت تجهیزات صنعتی: BACnet به مدیریت تجهیزات صنعتی مانند پمپ‌ها، موتورها، کمپرسورها و تجهیزات صنعتی دیگر کمک می‌کند.

کنترل پرده و شیشه‌های هوشمند: این پروتکل به کنترل پرده‌های هوشمند و شیشه‌های هوشمند کمک می‌کند تا نور خورشید را کنترل کرده و دمای داخلی را مدیریت کند.

نظارت بر کیفیت هوا: BACnet به نظارت بر کیفیت هوای ساختمان و کنترل سیستم‌های تصفیه هوا کمک می‌کند تا سیستم‌های تهویه مطبوع به بهره‌وری و کیفیت هوا داخلی بیشتری دست یابند.

مقایسه پروتمل BACnet با سایر پروتکل‌ها

مقایسه پروتکل BACnet با دیگر استانداردها و پروتکل‌های مرتبط در حوزه هوشمندسازی ساختمان (BAS) بسیار حیاتی است تا به انتخاب بهترین پروتکل برای نیازهای خاص یک پروژه بپردازید. در ادامه، BACnet را با چند استاندارد و پروتکل دیگر مقایسه می‌کنیم:

Modbus: پروتکل BACnet یک استاندارد جهانی است که به طور ویژه برای ساختمان‌های هوشمند طراحی شده و ویژگی‌های بیشتری برای مدیریت تجهیزات هوشمند ساختمان ارائه می‌دهد، در حالی که Modbus بیشتر در بخش صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرد.

LonWorks: پروتکل LonWorks مانند BACnet به منظور هوشمندسازی ساختمان طراحی شده است و ویژگی‌های مشابهی با BACnet دارد. اختلافات اصلی بین این دو پروتکل در اجزای سخت‌افزاری و توسعه تجهیزات می‌باشد که ممکن است مقیاس‌پذیری و انعطاف‌پذیری در تجهیزات سخت‌افزاری را متأثر کند.

KNX: KNX یک استاندارد شبکه معتبر برای هوشمندسازی ساختمان است، اما معماری آن و تمرکز بر روی سیستم‌های کنترل نورپردازی و الکترونیک مصرفی آن را از BACnet متمایز می‌کند. در حالی که KNX معمولاً برای کنترل تجهیزات الکتریکی در خانه‌های هوشمند استفاده می‌شود، BACnet برای ساختمان‌های بزرگ مسکونی، تجاری و صنعتی مورد توجه قرار می‌گیرد.

Zigbee: Zigbee یک پروتکل بی‌سیم است که برای ساختمان‌های هوشمند و اینترنت اشیاء (IoT) طراحی شده است. Zigbee بیشتر به عنوان یک پروتکل بی‌سیم برای دستگاه‌های هوشمند در منازل مورد استفاده قرار می‌گیرد، در حالی که BACnet به عنوان یک پروتکل سیمی و بی‌سیم برای کنترل و مدیریت سیستم‌های ساختمان استفاده می‌شود.

در نهایت، پروتکل BACnet یک استاندارد بین المللی ارتباط دو طرفه برای اتوماسیون ساختمان است. مزیت اصلی آن ظرفیت آن برای ادغام محصولات تولید کنندگان مختلف در یک پروژه است. علاوه بر این، BACnet با ظرفیت خود در ارائه اهداف مربوط به مصرف انرژی، مناسب ترین پروتکل برای ظهور ساختمان های هوشمند امروزی است.

معرفی برخی از علایم اختصاری در پروتکل BACnet

1. BACnet/IP: این مخفف “BACnet over Internet Protocol” است و به استفاده از پروتکل اینترنت (IP) برای ارتباطات BACnet اشاره دارد.
2. BACnet MS/TP: این مخفف “BACnet Master-Slave/Token-Passing” است و به استفاده از توکن پس داده‌ها بین تجهیزات در شبکه BACnet اشاره دارد.
3. B-ASC: این مخفف “BACnet Advanced Security Certificate” است و به یک نوع گواهی‌نامه امنیتی در پروتکل BACnet اشاره دارد.
4. COV: این مخفف “Change of Value” است و به تغییرات در مقادیر اشیاء BACnet اشاره دارد که به دیگر تجهیزات اعلام می‌شود.
5. BBMD: مخفف “BACnet Broadcast Management Device” است. به دستگاه‌های مدیریت پخش BACnet اشاره دارد که پیام‌های پخش شده بین زیرشبکه‌های BACnet را مدیریت می‌کنند.
6. LonTalk: مخفف “Local Operating Network Talk” است. به یک فناوری ارتباطی در سیستم‌های هوشمند ساختمان اشاره دارد که توسط Echelon Corporation توسعه یافته است.
7. ARCNET: این مخفف “Attached Resource Computer Network” است و به یک استاندارد گذرگاه رمزی اشاره دارد که در سیستم‌های کنترل صنعتی و سیستم‌های هوشمند ساختمان مورد استفاده قرار می‌گیرد.
8. ISO 8802-3: این مخفف استاندارد IEEE 802.3 است و به استاندارد اترنت اشاره دارد که در اتصالات شبکه BACnet مورد استفاده قرار می‌گیرد.
9. PTP: این مخفف “Point-to-Point” است و به اتصالات نقطه به نقطه در پروتکل BACnet اشاره دارد.
10. VLAN: این مخفف “Virtual Local Area Network” است و به شبکه‌های محلی مجازی اشاره دارد که در شبکه‌های BACnet ممکن است برای ایجاد گروه‌های اختصاصی از تجهیزات استفاده شوند.
11. WAN: این مخفف “Wide Area Network” است و به شبکه‌های منطقه‌ای گسترده اشاره دارد که ممکن است برای ارتباطات BACnet در فواصل بزرگ مورد استفاده قرار گیرد.
12. EIA-485: این استاندارد سیگنالینگ اشاره دارد که برای ارتباطات میان تجهیزات در پروتکل‌های مختلف، از جمله BACnet MS/TP، استفاده می‌شود.