BACnet プロトコル : アーキテクチャ、動作、タイプ、オブジェクト、およびそのアプリケーション

BACnet プロトコルは、1987 年に ASHRAE という名前の委員会または米国暖房冷凍空調技術者協会によって開発されました。この委員会の主なモットーは、さまざまなメーカーのシステムを快適な方法で通信するためのプロトコルを作成することです。 .したがって、このプロトコルは ASHRAE の登録ブランドです。プロトコルが開発されて以来、オープンな合意手順で継続的な変更が行われています。そのため、興味のある方は参加費無料でご参加いただけます。したがって、この記事では概要について説明します Bacnet プロトコル 基本 – アプリケーションの操作。

BACnet プロトコルとは何ですか?

A データ 通信プロトコル 自動化された制御ネットワークを構築するために使用されるもので、BACnet またはビルディング オートメーション制御ネットワークとして知られています。このデータ通信プロトコルは、協力するビルディング オートメーション デバイス間の相互運用性のために使用される ISO および ANSI 規格です。 Bacnet プロトコルには、通常の方法で特定のコマンドまたは要求を形成するために、使用するケーブルの種類からすべてを単純にカバーする、コンピューター ネットワーク上のデータ交換を管理するための一連のルールが含まれています。

幅広い機器間で相互運用性を実現するために、BACnet 仕様には 3 つの主要部分が含まれています。一次、二次、三次。したがって、基本部分では、あらゆる種類のビルディング オートメーション装置を通常の方法で表現するための手法を定義します。

2 番目の部分では、そのような機器をチェックおよび管理するために、コンピューターのネットワークを介して送信できるメッセージについて説明します。最後の部分では、BACnet 通信の伝達に使用される一連の適切な LAN について説明します。

Bacnet プロトコルが必要な理由

の BACnet プロトコルの重要性 BACnet の他のコンポーネントやシステムと相互運用可能なコンポーネントやシステムを構築するためにメーカーが実行できる典型的な手法を定義することです。

また、ネットワーク上でデータがどのように示されるか、および BACnet のあるノードから別のノードにデータを送信するために利用されるサービスも指定します。また、ネットワークとデータ ノードを認識するメッセージもあります。

BACnet は、相互運用可能なシステムを仕様化するために、建物の所有者やシステム指定子によってツールとして使用されます。このプロトコルは、消費者が何を必要としているのかを示す必要性を変えるものではありません。したがって、相互運用可能なシステムの作成と仕様を支援するための一貫したツールを提供するだけです。

BACnet プロトコルは、あらゆる種類の自動化されたビル システムで使用されています。したがって、セキュリティ、火災、照明、エレベーター、HVAC などのさまざまなカテゴリ内で利用可能な相互運用可能な製品があります。このプロトコルは、単純に自動化デバイスの一般的な動作モデルを定義することによって相互運用性の目標に対処しています。また、単一のデバイスが別のデバイスに問い合わせて優先アクションを実行するために使用できるプロトコルを説明するために使用される手法も含まれます。

Bacnet プロトコル アーキテクチャ

BACnet プロトコル アーキテクチャは、主に照明制御、HVAC、ゲートウェイに限定されています。このプロトコルは、短いメッセージ、小規模なネットワーク、およびネットワーク間で最適化された軽量で効率的な通信を強調しています。

BACnet プロトコル アーキテクチャは、4 層に一致する折りたたみアーキテクチャです。 OSI モデル . BACnet アーキテクチャの 4 つの層には、主にアプリケーション、ネットワーク、データ リンク、および物理が含まれます。とはいえ、ネットワーク層とアプリケーション層だけは単純に BACnet です。

上記のアーキテクチャは、図に示すようにさまざまなレイヤーを含む BACnet プロトコル スタックです。このプロトコルは、OSI スタックの折りたたまれたバージョンです。トランスポート層とセッション層は使用されません。アプリケーション層は、これら 2 つの層の機能を担います。

BACnet 物理層

BACnet の上位層は物理層に依存しません。そのため、BACnet の物理層により、BACnet をさまざまなネットワークで実行できるようになります。 BACnet の物理層は、ARCNET、イーサネット、IP トンネル、BACnet/IP、RS-232、RS485、および Lonworks/LonTalk で指定されています。 RS232 はポイントツーポイント通信用です。 RS485 は、76Kbps で 1200 m の距離で最大 32 ノードをサポートします。

BACnet プロトコル リンク層

BACnet プロトコルは、LonTalk または IEEE802.2 リンク層で直接実装されます。したがって、RS232 接続のポイント ツー ポイント (PTP) データ リンク層を指定します。 RS-485 接続用の MS/TP データ リンク層を指定します。標準は、このリンク層で BACnet デバイスを介して必要なすべてのサービスを示す BVLL (BACnet Virtual Link Layer) を指定するだけです。

IP BACnet Virtual Link Layer は、必要な制御データを BACnet 仮想リンク制御情報のヘッダーにカプセル化します。 IP、BVLL、および BACnet プロトコル デバイスは、ルーター デバイスを必要とせずに、IP ネットワークを介して直接通信できます。

BACnet プロトコルは、優先リンク層に必要なブロードキャストを実行する BBMD (BACnet ブロードキャスト管理デバイス) の概念を利用します。したがって、BACnet ブロードキャスト メッセージは、IP ベースのブロードキャストまたはマルチキャスト メッセージに変更されます。

BACnet ネットワーク層

このレイヤーは、ルーティングに必要なネットワークのアドレスを指定するだけです。 BACnet ネットワークには、同様の LAN テクノロジーを使用すると、ブリッジで接続される少なくとも 1 つ以上のセグメントが含まれます。さまざまな LAN プロトコルを使用する場合、ルーターを介して接続されます。

アプリケーション層

BACnet は、プレゼンテーション層とアプリケーション層を分離しません。そのため、一般的にセッション層とトランスポート層の両方に関連する信頼性とシーケンスまたはセグメンテーション メカニズムを処理します。 BACnet には、ASN.1 構文で記述され、ASN.1 BER でシリアル化されたサービス プリミティブを交換するオブジェクトのようなデバイスが含まれています。

BACnet セキュリティ層

BACnet のセキュリティの概念は、たとえば、BACnet デバイス A がデバイス B を介した安全な通信を確立するためにキー サーバーにセッション キーを要求すると、このキーがデバイス A とデバイス B の両方に送信されると簡単に理解できます。 「SKab」として知られているキーサーバーを介して。 BACnet プロトコルは 56 ビット DES 暗号化を使用します。

Bacnet プロトコルはどのように機能しますか?

BACnet は典型的な電子通信プロトコルであり、さまざまな種類のメーカーのビルディング オートメーションや、火災警報器、HVAC、周辺セキュリティなどの監視システムが相互に通信できるようにすることで機能します。このプロトコルは、TCP/IP を含むほぼすべての通常のデータ プロトコルで動作します。

BACnet プロトコルは、オペレーターが単一のアプリケーション内でさまざまなビル システムを構築、監視、および制御できるようにする包括的な BMS (ビル管理システム) 開発を可能にします。
このプロトコルは、実行可能な自動化の柔軟性と範囲を拡大するためにも使用されます。たとえば、防火システムが火災を検知すると、システムが次のシステムにコマンドを送信するように自動化システムをセットアップできます。

• エレベーターの制御システムに、すべてのエレベーターをすぐに 1 階に送ります。
• 建物のページング システムに可聴音声信号を送信して、火災が検出された場所と建物から出る方法を建物の居住者に知らせます。
• 建物のオーディオまたはビジュアル システムから、会議室内の TV ディスプレイのフラッシュ メッセージまで。
• 建物の設備およびエンジニアリング チームにテキスト メッセージでアラートを送信するための電話システムのインターフェース。

BACnet プロトコルでは、すべてのデータがオブジェクトの観点から示されます。したがって、各オブジェクトは、デバイスまたはコンポーネントに関するデータを意味します。オブジェクトのような情報を示すことは、最新のオブジェクトを形成できるという利点を提供するだけです。それ以外の場合は、ユーザーの要件に基づいて既存のオブジェクトを変更できます。

オブジェクトは、物理情報 (物理的な入力、出力) と非物理的な情報 (ソフトウェア/計算) を意味します。すべてのオブジェクトが情報の単一の部分を意味する場合もあれば、まったく同じ機能を実行する情報のグループを意味する場合もあることに注意することは非常に重要です。

BACnet オブジェクト

BACnet オブジェクトは、i/ps、o/ps、ソフトウェア、および計算に関連する通信およびデータ群を実行できるようにするための概念です。 BACnet オブジェクトは、シングル ポイント、論理グループ、プログラム ロジック、スケジュール、履歴データなど、さまざまな方法で表示できます。

BACnet オブジェクトは、物理的および非物理的の両方です。たとえば、サーモスタットは物理的な概念と見なされ、HVAC システムは出力デバイスと見なされます。非物理的な概念の最も良い例は、ソフトウェア形式の HVAC のメンテナンス スケジュールです。

すべての BACnet オブジェクトには、情報交換とコマンドのさまざまなプロパティが含まれています。これらのプロパティは、2 列の表形式で表されます。最初の列にはプロパティの名前が含まれ、2 番目の列にはプロパティの値が表示されます。 2 番目の列では、情報は書き込み可能/読み取り専用の形式で存在できます。

建物内のセンサーのバイナリ入力の BACnet オブジェクトの例を以下に示します。

上の表では、最初の 4 つのプロパティは BACnet 標準で必要ですが、最後の 2 つのプロパティは単にオプションと見なされます。したがって、これらのオプション オブジェクトは開発者によって頻繁に必要とされますが、これらのオブジェクトは BACnet の標準に一致する必要があります。この例では、オブジェクトのプロパティのいくつかを簡単に示します。実際、特にビルディング オートメーションの設定では、オブジェクト内にさまざまなプロパティが存在します。ほとんどの専門家と情報筋は、ビルディング オートメーション システムで使用される 23 の標準 BACnet オブジェクトがあると指定しています。したがって、標準オブジェクトは BACnet 標準で動作します。

23 の標準 BACnet オブジェクトは、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 です。 o/p、マルチステート値、ループ、カレンダー、通知クラス、コマンド、ファイル、プログラム、スケジュール、トレンド ログ、グループ、イベント登録およびデバイス。

オブジェクトのセットが特定の機能を実行すると、BACnet デバイスと呼ばれます。これらすべてのオブジェクトには、識別子、データ型、および読み取り専用、他のデバイスによる変更などの追加情報が含まれている必要があります。

他の種類

異なる BACnet プロトコルの種類 以下で説明します。

BACnet/IP

これは通常、既存の VLAN および WAN ネットワークで使用されます。そのため、デバイスはハブまたはイーサネット スイッチに直接接続できます。このLANは高性能＆高速タイプですが、非常にコストがかかります。 BACnet/IP は、既存の IP インフラストラクチャとの互換性のために UDP/IP を利用します。 BACnet/IP が複数の IP サブネットで使用されると、サブネット間の BACnet のブロードキャスト メッセージを処理するために、BBMD (BACnet ブロードキャスト管理デバイス) と呼ばれる追加のデバイス機能が必要になります。

BACnet MS/TP

この種の LAN では、最大 4,000 フィートの信号を送信するために EIA-485 ツイスト ペアが使用されます。そのため、ユニタリおよびアプリケーション固有のコントローラに使用される非常に有名なタイプの BACnet LAN です。この BACnet MS/TP は高価ではありません。

BACnet ISO 8802-3 (イーサネット)

BACnet は、 イーサネット 8802-3 ネットワークは、速度とコストの点で BACnet/IP に似ていますが、IP ルーターを使用しない単一の物理インフラストラクチャに制限されています。

ARCNET 上の BACnet

この BACnet は、2.5Mbs 同軸と 156Kbs 以上の EIA-485 のような 2 つの形式を含む MAC タイプです。この BACnet は、限られた数のベンダーによって ARCNET とともにサポートされています。

BACnet ポイントツーポイント

この BACnet ポイントツーポイントは、ダイヤルアップ電話のネットワーク上で簡単に使用できます。一般に、EIA-232 の直接接続は、イーサネットの直接接続には使用されなくなりました。

BACnet over LonTalk 外部フレーム

この BACnet は、LonTalk のトランスポート コンポーネントが BACnet メッセージを伝送できるようにするだけです。ただし、2 つのプロトコルは相互運用できません。

ZigBee 上の BACnet

一般に、この MAC は、安価なデバイスで使用されるワイヤレス メッシュ ネットワークです。そのため、通常は ZigBee デバイスへのゲートウェイとして使用され、ネイティブの BACnet トランスポートとは異なります。

Bacnet から Modbus へのコンバーター

Protocon-P3 ゲートウェイは BACnet から Modbus へのコンバーターで、HVAC、アクセス制御、照明制御および火災検知システム、およびそれらの関連機器など、さまざまなアプリケーションの自動化システムの設計に使用されます。 Protocon-P3 ゲートウェイは、このような BACnet システムとデバイスを、Modbus RTU プロトコルと Modbus TCP/IP を介して Modbus ベースの管理システムと組み合わせます。

Bacnet to Modbus Converter の主な機能は次のとおりです。

• 迅速な診断を示す LED を備えたフロント パネルが含まれています。
• Windows ベースの構成ユーティリティ。
• TCP マスター/スレーブまたは Modbus RTU への最大 100 個の BACnet デバイス インターフェイスをサポートします。
• 最大 5,000 のマッピング ポイントを接続する容量があります。
• COV ビット パッキング機能をサポートします。

Bacnet プロトコルと Modbus

Bacnet プロトコルと Modbus の違いは次のとおりです。

利点

の Bacnet プロトコルの利点 以下のものが含まれます。

• BACnet プロトコルは、ビルディング オートメーションおよび制御ネットワーク用に特に設計されています。
• 現在の LAN や WAN テクノロジーに依存しません。
• これは、アメリカの国家規格およびヨーロッパの先行規格です。
• 小規模な単一ビルのアプリケーションからデバイスのユニバーサル ネットワークまで、完全に拡張可能です。
• BACnet の実装者は、既存の相互運用性に影響を与えることなく、非標準の拡張機能や拡張機能を安全に組み込むことができます。
• アメリカとヨーロッパの両方で最も有名な防火会社に採用されています。
• Dunham-Bush、Carrier、McQuay、York、Trane などのさまざまなチラー メーカーによってサポートされています。
• 実際のビル制御アプリケーションでは、このプロトコルには実績があります。

短所

の Bacnet プロトコルの欠点 以下のものが含まれます。

BACnet プロトコルの主な欠点は、準拠の問題でした。この問題のため、BTL (BACnet Testing Laboratories) が 2000 年に導入されました。BTL はコンプライアンスと独立したテスト組織です。これの主な目的は、BACnet の製品をテストして、規格への準拠を検証することです。承認されたら;製品にはBTLのロゴが入ります。

このプロトコルで広く見られる問題または正当な攻撃は次のとおりです。なりすましと認証の欠如、DoS 攻撃、固定化されたネットワーク接続、およびデバイス上の暗号化と書き込みアクセスの欠如。

アプリケーション

の Bacnet プロトコルの使用 以下が含まれます。

• BACnet は、HVAC アプリケーション、防火照明制御、セキュリティ、アラーム、および公益事業会社へのインターフェースで使用されます。
• このプロトコルは、自動化および制御アプリケーションの構築用に特に設計されています。
• このプロトコルは、特に自動化デバイスが実行する特定の建物サービスに関係なくデータを交換するためのメカニズムを提供するために使用されます。
• このプロトコルは、デジタル コントローラ、コンピュータ、アプリケーション固有のユニタリ コントローラで使用でき、同等の効果があります。
• BACnet プロトコルは当初、ビルディング オートメーション デバイス間の相互運用性を開発するために開発されました。ただし、そのデータ記述と柔軟なアーキテクチャにより、幅広い制御アプリケーションで機能します。
• これはオブジェクト指向のプロトコルであるため、ネットワーク アクセス可能な制御機器を表すために使用されます。

したがって、これは Bacnet プロトコルの概要 – 動作中 アプリケーションで。これは、自動化を構築し、さまざまなシステムを接続するために使用される最適なプロトコルです。したがって、IoT テクノロジーにおける Bacnet プロトコルには大きな未来があり、飛躍的に発展するでしょう。このプロトコルは、スケーラビリティの観点からも優れたソリューションを提供します。アプリケーションの重要性と需要を考慮して、安全性を確保し、セキュリティを考慮して開発を行う必要があります。標準の欠如を考慮して、ベンダーが従い実行するための適切な標準を定義する必要があります。 I2S プロトコルとは何ですか?