BACnet комуникационен стандарт за сградна автоматизация и контрол

BACnet е отворен комуникационен протокол, създаден специално за работа със средства за сградна автоматизация и контролни мрежи. Разработен под егидата на Американското общество на инженерите по отоплението, хладилната техника и климатизацията (ASHRAE), BACnet е един от най-популярните глобални стандарти в областта.

Той е одобрен от Американския национален институт за стандарти ANSI и Международната организация за стандартизация ISO, като е дефиниран в ISO 16484-5 (Сградна автоматизация и системи за управление (BACS). BACnet е национален стандарт в САЩ и повече от 30 държави в Европа и по света.

Какво представлява BACnet?
Основната функция на BACnet е да опосредства комуникацията между платформите за сградна автоматизация и контролните системи в приложения като отопление, вентилация и климатизация, осветление, контрол на достъпа, пожарна безопасност и др., както и свързаното с тях оборудване.

Протоколът осигурява механизми, чрез които автоматизираните устройства и системи в една сграда да обменят информация помежду си, независимо от конкретната роля, която изпълняват.

В основата на концепцията на BACnet е заложена идеята за оптимална оперативна съвместимост. Целта е протоколът да може да оперира със системи и устройства от различни производители.

Именно това е причината този стандарт да е изключително широко разпространен днес при комплексните системи за сградна автоматизация. Ето защо все повече големи съвременни компании в бранша разработват и налагат на пазара BACnet решения.

Протоколът BACnet дефинира набор от услуги, които се използват за комуникация между различните сградни устройства и системи. Той обхваща физически слоеве или слоеве за пренос на данни като ARCNET, Ethernet, BACnet/IP, Point-To-Point с комуникация чрез RS-232, Master-Slave/Token-Passing чрез RS-485 и LonTalk и осигурява надеждна комуникация както на ниво устройство, така и на ниво управление на мрежата.

История на стандарта
Протоколът BACnet се разработва от 1987 г. насам, като през 1995 г. за първи път е публикуван от ASHRAE/ANSI, а през 2003 г. и от Международната организация за стандартизация в ISO 16484-5. През същата година като BSR/ASHRAE Стандарт 135.1 е публикуван метод за проверка на съответствие с BACnet протокола.

Консолидирани версии на BACnet стандарта се публикуват на всеки няколко години от тогава насам, като днес стотици хиляди сградни инсталации по света отговарят на спецификациите на този протокол.

Още след първото си официално публикуване, стандартът изиграва сериозна роля в еволюцията на ОВК индустрията. Големите глобални производители на технологии за сградна автоматизация, и по-специално разработчиците на ОВК контролери, започват да предлагат обширни гами от BACnet-съвместими продукти и решения - от малки VAV контролери (за домашни системи с променлив обем на въздуха) до комплексни контролни станции за големи публични и индустриални обекти.

Предимства на BACnet при интелигентните сгради
Оперативната съвместимост между отделните технологии за сградна автоматизация може да спомогне за реализирането на значителни ползи по отношение на жизнения цикъл на една BAS (Building Automation System) платформа.

Изграждането на BACnet-базирани архитектури осигурява стабилна основа на топологията, позволяваща лесно, гъвкаво и мащабно бъдещо разширяване. Основна идея при покриването на изискванията на този протокол е сградите да бъдат “подготвяни за бъдещето”, за постепенното им превръщане в интелигентни обекти.

Така, каквото и оборудване да бъде внедрено в сградните системи в бъдеще, оперативната съвместимост, заложена в BACnet, ще подсигури възможностите за свързване и пренос на данни помежду им.

Проектирането на интелигентни сгради и осигуряването на оперативна съвместимост между различните технологии в тях цели по-ниски разходи за инсталацията и експлоатацията на отделните системи - осветление, ОВК, асансьори, системи за сигурност, пожароизвестяване и др.

Допълнителни ползи са улеснените мониторинг и поддръжка. Протоколът BACnet създава възможности и за отдалечен контрол и наблюдение на оперативно съвместимата платформа за сградна автоматизация, включително от мобилни устройства или чрез уеб-базиран софтуер.

Ключови ползи от отворения стандарт
Оперативната съвместимост при BACnet осигурява на потребителите по-адекватен достъп до информация за сградните системи и услуги. Така сградните мениджъри са в състояние да вземат по-информирани и ефикасни бизнес решения и да подобряват цялостните си стратегии за управление на даден жилищен, обществен, офис или индустриален обект.

Благодарение на отворения протокол на BACnet могат да бъдат разработени нови стратегии за мониторинг и контрол на средствата за сградна автоматизация, чрез които да се реализират ключови цели като намалена консумация на енергия, по-екологосъобразна експлоатация на сградите, по-гъвкаво управление на сградните системи, базирано на моментната заетост на помещенията, както и централизиран контрол и улеснена поддръжка.

В резултат от внедряването на BACnet стандарта в системите за сградна автоматизация се постигат много по-ниски общи разходи по време на целия жизнен цикъл на сградите, подобрена системна гъвкавост и по-нисък риск от непредвидени разходи за потребителите, доставчиците и системните интегратори.

В допълнение към финансовите ползи, отвореният стандарт BACnet позволява и значителни икономии на време и усилия. При него информацията за сградните системи е достъпна до повече потребители, което може в пъти да увеличи производителността им и да ускори и улесни обслужването им.

Нива на оперативна съвместимост
Оперативната съвместимост при отворения стандарт BACnet функционира на няколко различни нива. Най-ниското ниво е интеграцията на OEM BACnet контролери в сградно оборудване като котли, чилъри, честотни задвижвания и др.

Следващата степен на интеграция е осигуряването на оперативна съвместимост между различни сградни системи като ОВК контролери, осветление, системи за сигурност и т. н. Най-висшето ниво на интеграция чрез протокола BACnet е комуникацията между комплексни платформи за сградна автоматизация от различни, конкурентни производители.

Обикновено при оборудването на съвременните сгради се закупуват технологии от един и същи производител, включително софтуер и полеви устройства. Това е най-лесният, икономичен и “безопасен” по отношение на риска от непредвидени бъдещи разходи вариант.

Този сценарий обаче невинаги е възможен, тъй като много от големите производствени компании се фокусират само върху отделни продуктови сегменти и не предлагат всички градивни елементи, необходими за изграждането на цялостна и функционална платформа за сградна автоматизация.

В други случаи тези платформи се конструират на различни етапи, по силата на различни договори за изпълнение, при различни собственици и т. н. Така единственият целесъобразен вариант по отношение на време, усилия и разходи се оказва комуникацията чрез отворен протокол като BACnet.

Същински BACnet системи
Когато става дума за технологии, базирани на протокола BACnet, често се говори за “същински” (“true” или “native”) системи. Такива са системите, които използват BACnet като свой стандартен комуникационен език, език по подразбиране. Тези устройства типично не използват други протоколи, но все пак могат да осъществят комуникация с технологии, базирани на различен стандарт.

Тази гъвкавост при свързването става все по-важна с нарастването на мащаба на системата или изкачването в йерархията й. За повечето сградни инсталации е важно да могат да се свързват чрез Ethernet или BACnet I/P, така че да е възможна безпроблемна междусистемна комуникация.

“Същинските” BACnet системи осигуряват важна практическа полза. В тях е заложена опцията системният интегратор или техникът по поддръжка автоматично да “намира” отделните същински устройства в мрежата и безпроблемно да борави с тях посредством фабрично инсталираните им контролери, без да е необходимо да търси помощта на доставчика на оборудването или да прибягва до средства, които да “превеждат” комуникацията между различните технологии.

Ролята на гейтуеите
Гейтуеите (gateways) са важни средства в процеса на интеграция между различните устройства, базирани на затворени (фирмени) стандарти, и отворения протокол на BACnet платформите. Гейтуеите типично не разполагат с широките възможности за оперативна съвместимост на същинските BACnet системи.

Те вземат данни от един тип мрежа и ги маршрутизират към друга мрежа. В контекста на сградната автоматизация такива технологии най-често се използват за пренос на данни между устройства със затворен код към отворени BACnet топологии.

Гейтуеите имат две сериозни ограничения - скоростта и сложността им на конфигуриране. Тези средства за интеграция не могат да постигнат особено високи скорости при пренос на данни, като, в допълнение, са необходими и доста време и усилия по посока инженеринг или програмиране, за да бъдат настроени така, че да работят безпроблемно. Необходими са относително сложни функции, за да бъде “преведен” един комуникационен протокол в друг.

Дори използването на гейтуеи понякога да е задължително, постепенното внедряване на все повече BACnet технологии в дадена мрежа позволява свеждането до минимум на ефектите от горните две ограничения. Същинските BACnet системи не изискват наличието на гейтуей за “превод” на протоколите. Самите същински BACnet устройства могат да бъдат директно свързани към отворената BACnet платформа.

BACnet при интегрираните решения за стаен контрол
Все повече производители на технологии за сградна автоматизация залагат на комплексните интегрирани системи за стаен контрол. Чрез тях може да бъде постигнато много по-високо ниво на комфорт за обитателите, както и да бъдат реализирани значителни икономии на експлоатационни разходи, време за инсталация, материали и средства за изграждане на платформата, а не на последно място - и намаляване на енергийното потребление.

Повечето съвременни интегрирани решения за стаен контрол са модулни и се проектират така, че чрез тях да бъдат изграждани персонализирани системи, отговарящи в най-голяма степен на потребностите на съответния обект, например офис, хотелска стая, болнична стая и др.

Модулната концепция улеснява проектирането, инсталирането и интегрирането на мултифункционални системи за стаен контрол, включващи възможности за централизирано и комбинирано управление чрез обща платформа на ОВК оборудване, осветление, щори, системи за контрол на достъпа и сигурност, пожарна безопасност и др.

Всички тези функции могат да бъдат конфигурирани посредством общия интерфейс на BACnet-базирана система, без да са необходими допълнителни помощни средства за осъществяване на комуникация между отделните контролни технологии на различните услуги. Тази синергия позволява реализиране на

оптимални ползи в сферата на енергийната ефективност
Те се постигат благодарение на комплексни контролни стратегии, базирани на моментната заетост на помещенията и нуждата от услуги като осветление, отопление, климатизация и вентилация в стаи, в които има един и повече обитатели и незаети такива.

Тези стратегии се осъществяват посредством сензори за присъствие, движение, температура, измерване концентрацията на въглероден диоксид, както и чрез за energy harvesting технологии (самозахранващи се безжични сензорни мрежи).

Друго основно предимство на интегрираните BACnet-базирани решения за стаен контрол са ниските инсталационни разходи. Модулите за контрол на осветлението и щорите, например, могат да бъдат свързани към модул за ОВК контрол на ниво подмрежа и лесно да бъдат инсталирани в близост до оборудването, което управляват.

Така се намаляват необходимите средства, време и усилия за инсталация и окабеляване. В допълнение, разширителните модули не изискват допълнителни възли в BACnet мрежите. Информацията от сензорите се доставя до контролерите на всички модули, като така се осигурява оптимално комбинирано управление на отделните системи за максимален комфорт.

На базата на BACnet протокола могат да бъдат изградени гъвкави и ефективни решения за интегриран стаен контрол, при които са налице и разширени възможности за цялостен и отдалечен мониторинг, детайлна визуализация, бързо и лесно дистанционно откриване и отстраняване на проблеми в системата.

Контролът и наблюдението на отделните модули, компоненти или устройства в интегрираната BACnet платформа за сградна автоматизация и стаен контрол се осъществява посредством софтуер, позволяващ фино конфигуриране и персонализиране на услугите чрез мобилно приложение или базиран на браузър клиент.

Възможности и предизвикателства пред BACnet
Стандартът BACnet притежава потенциала да се превърне в двигател на истинска революция на пазара на технологии в областта на сградната автоматизация. Той осигурява на потребителите свободата да използват и комбинират свободно устройства и системи от различни доставчици, дава им възможността да интегрират в обща платформа множество отделни сградни услуги или инсталации и налага концепцията за оперативна съвместимост между различните продукти на пазара.

Реализирането на тези ползи обаче може да бъде възпрепятствано от редица пречки, свързани с процеса по внедряване на BACnet технологиите в системите за сградна автоматизация и контролните мрежи. На първо място, това са проблемите при имплементирането на стандарта на ниво производство. Не всички производители на сградно оборудване успяват напълно или коректно да покрият изискванията на BACnet.

Сериозни проблеми при инсталацията на BACnet контролери може да причини и липсата на достатъчно добре обучени техници. Сред потенциалните проблеми в тази посока са и отказът на дадени производители да осигурят BACnet съвместимост на продуктите си поради желанието им да интегрират специфични фирмени функции, защитени с патент.

Пречки пред реализирането на оперативна съвместимост в дадена мрежа може да създаде и неефективното мрежово управление, както и остарялото оборудване и несъвместимостта на дадени компоненти на топологията с най-новите BACnet технологии.

За да подсигурят успешното реализиране на оперативна съвместимост в мрежата за сградна автоматизация, сградните мениджъри е препоръчително да закупуват устройства и системи, сертифицирани от тестовите лаборатории BACnet Testing Laboratories (BTL) и включени в официалния им списък. Тези продукти покриват всички необходими изисквания, заложени в съответния стандарт на ASHRAE.

Сигурност на сградната автоматизация с BACnet
Колко сигурна, безопасна и достъпна е сградната автоматизация до голяма степен зависи от наличието на оперативна съвместимост между отделните системи в платформата, както и от възможностите за бърза и адекватна реакция на потребителските команди.

Независимо дали става въпрос за офис сграда, хотел, болница, производствено съоръжение, център за данни или друг обект, достъпът до услуги като осветление, отопление, вентилация, климатизация, сигурност и т. н. може да се окаже жизненоважен за сигурността и безопасността на обитателите и материалните активи.

С евентуален срив в работата на системата за автоматизация са свързани не само преките разходи за подмяна на дефектирало оборудване например, но и косвените такива, свързани с пропуснати ползи, прекъсвания на производството, накърняване на фирмения имидж и др.
Ето защо основен приоритет за фасилити мениджърите при изграждане на платформа за сградна автоматизация е нейната сигурност и надеждност.

Своеобразната прозрачност в работата на сградните системи, която се постига чрез отворени комуникационни стандарти като BACnet, е добър подход към осигуряването на сигурна сградна автоматизация. В този смисъл, бързото и ефикасно локализиране и отстраняване на проблеми в сградните инсталации е задължително условие за ефективността на платформата за контрол и мониторинг.

Протоколът BACnet, дефиниран в стандарта ISO 16484, гарантира успешна и безпроблемна комуникация между отделните устройства в системите за управление, както и между отделните системи в сградната платформа.

Пълното съответствие на такива платформи със спецификациите на BACnet спомага за оптимална достъпност на услугите, по-ниски инсталационни и експлоатационни разходи и, не на последно място - позволява гъвкавост и мащабируемост чрез възможности за лесно и бързо модулно разширяване на хардуерната архитектура.