Protocole BACnet : Architecture, Fonctionnement, Types, Objets & Ses Applications

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Le protocole BACnet a été développé par un comité nommé ASHRAE ou l'American Society of Heating, Refrigerating & Air-Conditioning Engineers en 1987. La principale devise de ce comité est de créer un protocole qui permettrait aux systèmes de différents fabricants de communiquer ensemble de manière agréable. . Ce protocole est donc une marque déposée de l'ASHRAE. Depuis que le protocole de temps a été développé, il subit des changements continus avec une procédure d'accord ouvert. Ainsi, toutes les parties intéressées sont invitées à participer sans frais. Cet article présente donc un aperçu de Protocole Bacnet bases - travailler avec des applications.


Qu'est-ce que le protocole BACnet ?

Une donnée protocole de communication qui est utilisé pour construire un réseau de contrôle automatisé, est connu sous le nom de BACnet ou Building Automation Control Network. Ce protocole de communication de données est à la fois une norme ISO et ANSI utilisée pour l'interopérabilité entre les dispositifs d'automatisation des bâtiments coopérants. Le protocole Bacnet comprend un ensemble de règles régissant l'échange de données sur un réseau informatique qui couvre simplement tout, à partir du type de câble à utiliser, pour former une commande ou une demande particulière de manière normale.



Pour atteindre l'interopérabilité sur un large éventail d'équipements, la spécification BACnet comprend trois parties principales. Primaire, Secondaire et Tertiaire. Ainsi, la partie principale définit une technique pour représenter tout type d'appareil d'automatisation du bâtiment d'une manière normale.

La partie secondaire décrit les messages qui peuvent être transmis à travers un réseau d'ordinateurs pour contrôler et gérer ces équipements. La dernière partie décrit un ensemble de réseaux locaux appropriés qui sont utilisés pour acheminer les communications BACnet.



Pourquoi le protocole Bacnet est-il requis ?

La L'importance du protocole BACnet est de définir des techniques typiques que les fabricants peuvent exécuter pour construire des composants ainsi que des systèmes qui sont interopérables via d'autres composants et systèmes de BACnet.

Il spécifie également comment les données sont signifiées sur le réseau ainsi que les services qui sont utilisés pour transmettre des données d'un nœud de BACnet à un autre nœud. Il contient également des messages qui reconnaissent les nœuds de réseau et de données.

BACnet est utilisé comme outil par les propriétaires de bâtiments et les prescripteurs de système pour la spécification du système interopérable. Ce protocole ne change pas la nécessité d'indiquer ce dont un consommateur a besoin. Ainsi, il fournit simplement des outils cohérents pour aider à la création et à la spécification de systèmes pouvant interopérer.

Le protocole BACnet est utilisé dans tous les types de systèmes de bâtiments automatisés. Ainsi, il existe des produits interopérables disponibles dans différentes catégories comme la sécurité, le feu, l'éclairage, les ascenseurs, le CVC, etc. Ce protocole répond simplement à l'objectif d'interopérabilité en définissant simplement un modèle de travail général des dispositifs d'automatisation, une technique utilisée pour définir les données qu'ils inclure, et également une technique utilisée pour expliquer les protocoles qu'un seul appareil peut utiliser pour demander à un autre appareil d'exécuter une action préférée.

Architecture du protocole Bacnet

L'architecture du protocole BACnet est principalement limitée aux commandes d'éclairage, au CVC et aux passerelles. Ce protocole met en évidence une communication légère et efficace, optimisée pour les messages courts, les petits réseaux et les inter-réseaux.

  Architecture du protocole Bacnet
Architecture du protocole Bacnet

L'architecture du protocole BACnet est une architecture réduite qui correspond à 4 couches du Modèle OSI . Les quatre couches de l'architecture BACnet comprennent principalement l'application, le réseau, la liaison de données et la physique. Même si, seules la couche réseau et la couche application sont simplement BACnet.

L'architecture ci-dessus est la pile de protocoles BACnet qui comprend différentes couches, comme indiqué dans le diagramme. Ce protocole est une version réduite de la pile OSI. Les couches transport et session ne sont pas utilisées. La couche application reprend les fonctions de ces deux couches.

Couche physique BACnet

Les couches supérieures de BACnet ne dépendent pas de la couche physique. Ainsi, la couche physique de BACnet permet d'exécuter BACnet sur différents réseaux. Les couches physiques de BACnet ont été spécifiées avec ARCNET, Ethernet, tunnels IP, BACnet/IP, RS-232, RS485 et Lonworks/LonTalk. RS232 est pour la communication point à point. RS485 prend en charge jusqu'à 32 nœuds avec une distance de 1200 m à 76 Kbps.

Couche de liaison du protocole BACnet

Le protocole BACnet est implémenté directement avec les couches de liaison LonTalk ou IEEE802.2. Il spécifie donc la couche de liaison de données point à point (PTP) pour les connexions RS232. Il spécifie la couche de liaison de données MS/TP destinée aux connexions RS-485. La norme spécifie simplement BVLL (BACnet Virtual Link Layer) qui énonce tous les services requis via le dispositif BACnet au niveau de cette couche de liaison.

La couche de liaison virtuelle IP BACnet encapsule les données de contrôle requises dans un en-tête d'informations de contrôle de liaison virtuelle BACnet. En raison des protocoles IP, BVLL et BACnet, les appareils peuvent communiquer directement sur les réseaux IP sans avoir besoin d'un routeur.

Le protocole BACnet utilise le concept BBMD (dispositif de gestion de diffusion BACnet) qui exécute la diffusion requise pour la couche de liaison préférée. Ainsi, le message de diffusion BACnet est transformé en messages de diffusion ou de multidiffusion basés sur IP.

Couche réseau BACnet

Cette couche spécifie simplement les adresses requises du réseau pour le routage. Le réseau BACnet comprend au moins un segment ou plus qui sont connectés à des ponts une fois qu'ils utilisent des technologies LAN similaires. S'ils utilisent différents protocoles LAN, ils sont connectés via des routeurs.

Couche d'application

BACnet ne sépare pas les couches de présentation et d'application. Ainsi, il prend en charge la fiabilité et les mécanismes de séquencement ou de segmentation généralement liés à la fois aux couches de session et de transport. BACnet inclut des dispositifs comme des objets pour échanger des primitives de service qui sont décrites avec la syntaxe ASN.1 et sérialisées avec ASN.1 BER.

Couche de sécurité BACnet

Le concept de sécurité BACnet peut être compris facilement avec un exemple, par exemple lorsque l'appareil BACnet-A demande une clé de session au serveur de clés pour établir une communication sécurisée via l'appareil-B, puis cette clé est transmise à la fois à l'appareil-A et à l'appareil-B. via le serveur de clés connu sous le nom de 'SKab'. Le protocole BACnet utilise un cryptage DES 56 bits.

Comment fonctionne le protocole Bacnet ?

BACnet est un protocole de communication électronique typique qui fonctionne en permettant à différents types d'automatisation de bâtiments de fabricants ainsi qu'à des systèmes de surveillance tels que les alarmes incendie, le CVC et la sécurité périmétrique de communiquer entre eux. Ce protocole peut fonctionner avec presque tous les protocoles de données normaux, y compris TCP/IP.

Le protocole BACnet permet le développement complet de BMS (systèmes de gestion de bâtiment) qui permet aux opérateurs de construire, d'observer et de contrôler différents systèmes de bâtiment au sein d'une seule application.
Ce protocole est également utilisé pour étendre la flexibilité et la portée de l'automatisation pouvant être exécutée. Par exemple, un système d'automatisation peut être configuré de telle sorte qu'une fois que le système de protection contre les incendies détecte un incendie, le système envoie des commandes aux éléments suivants.

  • Au système de contrôle de l'ascenseur pour envoyer tous les ascenseurs au rez-de-chaussée immédiatement.
  • Au système de radiomessagerie du bâtiment pour transmettre un signal vocal audible pour informer les occupants du bâtiment où l'incendie a été détecté et comment sortir du bâtiment.
  • Des systèmes audio ou visuels du bâtiment aux messages flash sur les écrans de télévision dans les salles de conférence.
  • Vers une interface de système téléphonique pour l'envoi d'alertes par SMS aux installations et équipes d'ingénierie du bâtiment.

Avec le protocole BACnet, toutes les données sont signifiées en termes d'objet. Ainsi, chaque objet signifie des données concernant un appareil ou un composant. Signifier des informations comme un objet offre simplement l'avantage que les derniers objets peuvent être formés, sinon les objets existants peuvent être modifiés en fonction des besoins de l'utilisateur.

Un objet signifie des informations physiques (entrées physiques, sorties) et des informations non physiques (logiciel/calculs). Il est très important de noter que chaque objet peut signifier une seule portion d'information sinon un groupe d'information qui exécute la même et exacte fonction.

Objet BACnet

L'objet BACnet est un concept qui permet d'exécuter la communication ainsi qu'un ensemble de données liées à i/ps, o/ps, logiciels et calculs. L'objet BACnet peut se voir de différentes manières, comme des points uniques, des groupes logiques, une logique de programme, des horaires et des données historiques.

Les objets BACnet sont à la fois physiques et non physiques. Par exemple, un thermostat est considéré comme un concept physique et le système CVC est considéré comme le périphérique de sortie. Le meilleur exemple d'un concept non physique est le calendrier de maintenance d'un CVC sous forme de logiciel.

Tous les objets BACnet incluent différentes propriétés d'échange d'informations et de commandes. Ces propriétés sont représentées sous forme de tableau à deux colonnes. La première colonne comprend le nom de la propriété et la deuxième colonne fournit la valeur de la propriété. Dans la deuxième colonne, les informations peuvent exister dans un format accessible en écriture/lecture seule.

L'exemple d'objet BACnet pour une entrée binaire d'un capteur dans un bâtiment est illustré ci-dessous.

Nom de l'objet

Température de l'espace

Type d'objet

Entrée binaire

Valeur actuelle

11001

Indicateurs d'état

Normal, en service

Limite haute 11110
Limite basse

11011

Dans le tableau ci-dessus, les quatre premières propriétés sont nécessaires selon la norme BACnet alors que les deux dernières propriétés sont simplement considérées comme optionnelles. Ainsi, ces objets optionnels sont souvent nécessaires à un développeur, cependant, ces objets doivent correspondre au standard de BACnet. L'exemple montrera simplement quelques-unes des propriétés d'un objet. Dans la vraie vie, en particulier dans un environnement d'automatisation de bâtiment, différentes propriétés seraient présentes dans l'objet. La plupart des experts et des sources précisent qu'il existe 23 objets BACnet standard utilisés dans les systèmes d'automatisation des bâtiments. Ainsi, les objets standard fonctionnent dans le standard BACnet.

Les 23 objets BACnet standard sont Binary i/p, Binary o/p, Binary value, Analog i/p, Analog o/p, Analog value, Ahalfing, LifeSafety Zone, LifeSafety Point, Multi-State i/p, Multi-State o/p, valeur multi-états, boucle, calendrier, classe de notification, commande, fichier, programme, calendrier, journal des tendances, groupe, inscription d'événement et périphérique.

Une fois qu'un ensemble d'objets exécute une fonction spécifique, il est alors connu sous le nom de dispositif BACnet. Tous ces objets doivent inclure un identifiant, un type de données et des informations supplémentaires telles que la lecture seule, la modification via d'autres appareils, etc.

Différents types

Le différent types de protocoles BACnet sont discutés ci-dessous.

BACnet/IP

Ceci est normalement utilisé avec les réseaux VLAN et WAN existants. Ainsi, les appareils peuvent se connecter directement aux concentrateurs ou aux commutateurs Ethernet. Ce réseau local est de type haute performance et rapide, mais très coûteux. BACnet/IP utilise UDP/IP pour assurer la compatibilité avec l'infrastructure IP existante. Une fois que BACnet/IP est utilisé avec plusieurs sous-réseaux IP, une fonctionnalité de périphérique supplémentaire connue sous le nom de BBMD (BACnet Broadcast Management Devices) est nécessaire pour gérer les messages de diffusion du BACnet inter-sous-réseaux.

BACnet MS/TP

Ce type de réseau local utilise une paire torsadée EIA-485 pour signaler jusqu'à 4 000 pieds. Il s'agit donc d'un type très célèbre de LAN BACnet qui est utilisé pour les contrôleurs unitaires ainsi que pour les contrôleurs spécifiques à l'application. Ce BACnet MS/TP n'est pas cher.

BACnet ISO 8802-3 (Ethernet)

BACnet est directement utilisé avec Ethernet Réseaux 8802-3 similaires à BACnet/IP en termes de vitesse et de coût, bien que limités à une seule infrastructure physique qui n'utilise pas de routeurs IP.

BACnet sur ARCNET

Ce BACnet est de type MAC qui comprend deux formes comme 2,5 Mbs coaxial et 156 Kbs au-dessus de EIA-485. Ce BACnet est pris en charge par un nombre limité de fournisseurs avec ARCNET.

Point à point BACnet

Ce point à point BACnet est simplement utilisé sur les réseaux de téléphones commutés. Généralement, la connexion EIA-232 directe n'est donc plus utilisée pour une connexion Ethernet directe.

BACnet sur trames étrangères LonTalk

Ce BACnet permet simplement au composant de transport de LonTalk de transporter des messages BACnet. Mais, les deux protocoles ne sont pas interopérables.

BACnet sur ZigBee

Généralement, ce MAC est un réseau maillé sans fil utilisé avec des appareils moins coûteux. Il est donc normalement utilisé comme passerelle vers les appareils ZigBee et non comme un transport BACnet natif.

Convertisseur Bacnet vers Modbus

La passerelle Protocon-P3 est un convertisseur BACnet vers Modbus qui est utilisé dans la conception de systèmes d'automatisation dans différentes applications telles que les systèmes de CVC, de contrôle d'accès, de contrôle d'éclairage et de détection d'incendie, ainsi que leurs équipements associés. La passerelle Protocon-P3 combine ces systèmes et appareils BACnet avec des systèmes de gestion basés sur Modbus via le protocole Modbus RTU et Modbus TCP/IP.

  Convertisseur Bacnet vers Modbus
Convertisseur Bacnet vers Modbus

Les principales caractéristiques du convertisseur Bacnet vers Modbus sont les suivantes.

  • Il comprend un panneau avant doté d'une LED pour l'indication d'un diagnostic rapide
  • Utilitaire de configuration basé sur Windows.
  • Il prend en charge jusqu'à 100 interfaces d'appareils BACnet vers TCP maître/esclave ou Modbus RTU.
  • Il a la capacité d'interfacer jusqu'à 5 000 points de cartographie.
  • Il prend en charge la fonction d'emballage de bits COV.

Protocole Bacnet contre Modbus

La différence entre le protocole Bacnet et Modbus comprend les éléments suivants.

Protocole BACnet

Modbus

Il a été développé par ASHRAE. Il a été développé par Modicon Inc.
Bacnet est utilisé pour la communication entre les appareils. Modbus est utilisé pour la communication entre les appareils.
Ses modes de transmission sont; IP, Ethernet, Zigbee et MS/TP. Ses modes de transmission sont; ASCII, RTU et TCP/IP.
Ses normes sont; Norme ANSI/ASHRAE 185 ; ISO-16484-5 ; ISO-16484-6. Ses normes sont; CEI 61158.
Il est utilisé dans différents marchés tels que l'industrie, la gestion de l'énergie, les transports, l'automatisation des bâtiments, la réglementation, la santé et la sécurité. Il est utilisé sur différents marchés tels que l'éclairage, la sécurité des personnes, les contrôles d'accès, le CVC, le transport et la maintenance.
Interfaces réseau : infrastructure LAN et LAN existante. Interfaces réseau : protocoles série et Ethernet traditionnels.
Exemples : Mesures du niveau du réservoir. Contrôle de la chaudière. Exemples : tâches telles que la programmation du ventilateur, l'envoi d'une alarme d'état et la demande de lecture de la température.

Avantages

La avantages du protocole Bacnet inclure les éléments suivants.

  • Le protocole BACnet est particulièrement conçu pour l'automatisation des bâtiments ainsi que pour les réseaux de contrôle.
  • Cela ne dépend pas des technologies LAN ou WAN actuelles.
  • Il s'agit d'une norme nationale américaine et d'une pré-norme européenne.
  • Il est entièrement évolutif, des petites applications de bâtiment unique aux réseaux universels d'appareils.
  • Les implémenteurs de BACnet peuvent inclure en toute sécurité des extensions non standard ainsi que des améliorations sans influencer l'interopérabilité existante.
  • Il est adopté par les sociétés de protection incendie les plus célèbres aux États-Unis et en Europe.
  • Il est pris en charge par différents fabricants de refroidisseurs comme Dunham-Bush, Carrier, McQuay, York & Trane.
  • Dans les applications de contrôle de bâtiments réels, ce protocole a fait ses preuves.

Désavantages

La inconvénients du protocole Bacnet inclure les éléments suivants.

Le principal inconvénient du protocole BACnet était un problème de conformité. Ainsi, à cause de ce problème, le BTL (BACnet Testing Laboratories) a été introduit en 2000. BTL est une organisation de test de conformité et indépendante. L'intention principale est de tester les produits de BACnet pour vérifier la conformité à la norme. Une fois approuvé ; le produit obtiendra le logo de BTL.

Les problèmes ou les attaques dignes d'intérêt que l'on trouve largement dans ce protocole sont ; Manque d'usurpation d'identité et d'authentification, attaques DoS, connexions réseau immobilisées et manque de cryptage et d'accès en écriture sur les appareils.

Applications

La utilisation du protocole Bacnet comprend ce qui suit.

  • Le BACnet est utilisé dans les applications CVC, le contrôle de l'éclairage de lutte contre l'incendie, la sécurité, l'alarme et l'interfaçage avec les entreprises de services publics.
  • Ce protocole a été particulièrement conçu pour l'automatisation des bâtiments ainsi que pour les applications de contrôle.
  • Ce protocole est utilisé pour fournir des mécanismes, notamment pour les dispositifs d'automatisme, pour échanger des données quel que soit le service spécifique du bâtiment qu'ils effectuent.
  • Ce protocole peut être utilisé par des contrôleurs numériques, des ordinateurs et des contrôleurs unitaires spécifiques à l'application avec un effet équivalent.
  • Le protocole BACnet a été initialement développé pour développer l'interopérabilité entre les dispositifs d'automatisation des bâtiments ; cependant, ses descriptions de données, ainsi que son architecture flexible, le feront fonctionner dans une large gamme d'applications de contrôle.
  • Il s'agit d'un protocole orienté objet, donc utilisé pour désigner un équipement de contrôle accessible par le réseau.

Ainsi, c'est un aperçu du protocole Bacnet – fonctionnement avec des candidatures. C'est le meilleur protocole utilisé pour construire l'automatisation et aussi pour connecter différents systèmes. Ainsi, le protocole Bacnet dans la technologie IoT a un grand avenir et il se développera à pas de géant. Ce protocole fournit également une excellente solution du point de vue de l'évolutivité. Compte tenu de la criticité et de la demande de l'application, la sécurité doit être assurée et le développement doit être effectué dans un souci de sécurité. Compte tenu du manque de normes, les bonnes normes doivent être définies pour que les fournisseurs les suivent et les exécutent. Voici une question pour vous, qu'est-ce que le protocole I2S ?