Дэвид Фишер, представитель американской компании PolarSoft® Inc.
Автор статьи проводит курсы по BACnet в США и является членом комитета ASHRAE BACnet SSPC-135.
Что такое BACnet?
BACnet расшифровывается как Building Automation Control network и представляет из себя коммуникационный протокол для автоматизации зданий, разработанный ассоциацией ASHRAE (ANSI/ASHRAE стандарт 135-2001), а недавно получивший статус еще и стандарта ISO 16484-5.
Главная цель протокола BACnet - стандартизировать взаимодействие между устройствами систем автоматизации зданий от различных производителей, позволяя вести обмен информацией и совместную работу оборудования.
Для чего разрабатывался протокол BACnet?
ASHRAE осознавало, что системам автоматизации зданий необходим общий стандартизированный протокол. Это было связано с тем, что данная область по своей природе склонна к применению закрытых протоколов, не позволяющих существующим системам от разных производителей вести совместную работу и взаимодействовать.
В 1987 году ASHRAE предприняло попытку разработать протокол (набор правил), управляющий взаимодействием между различными устройствами, используемыми в системах автоматизации зданий. В настоящее время стандарт BACnet принят ANSI (Американским Национальным Институтом Стандартов) и ASHRAE, а также получил международное признание и был адаптирован в ряде стран в качестве национального стандарта. Так была заложена основа для будущего развития этой области промышленности.
Что представляет из себя BACnet оборудование?
BACnet-устройства по своей физической сущности напоминают другие стандартные устройства систем автоматизации зданий, с которыми Вы должны быть знакомы, но их физическая форма - это не главное, т.к. BACnet - это всего лишь набор правил по взаимодействию между устройствами в системах автоматизации здания. Микропроцессоры этих устройств программируются, а значит, они смогут "понимать" друг друга и соответствовать требованиям протокола BACnet. Физическая природа самого устройства остается неизменной.
Представляет ли BACnet что-то особенное, чего не могут предоставить DDC системы (DDC-прямое цифровое управление)?
Да, представляет. BACnet дает Вам возможность выбрать оптимальное оборудование от того производителя, которого Вы предпочитаете, для определенного участка работы. Вместо того, чтобы быть привязанным к какому-то одному бренду производителя системы автоматизации здания, который уже установлен в здании. Раз Вы получаете больше возможностей выбора, это дает возможность провести более лучшую установку оборудования для оптимизации его дальнейшей эксплуатации. Как для вновь строящихся зданий, так и для реконструируемых BACnet предоставляет легкую модифицируемость в будущем, а также способность к расширяемости. При грамотном подходе новые устройства легко интегрируются с ранее установленной BACnet системой.
Чем больше BACnet устройств будет разработано, тем легче будут решаться вопросы интеграции сложных систем (например, системы контроля доступа, безопасности или пожарной охраны) и прямое сотрудничество компаний станет легко решаемым повседневным вопросом.
Является ли BACnet система легко расширяемой?
Расширяемость систем - была главной движущей силой при создании протокола BACnet. В результате чего BACnet действительно получился открытым:
1.Протокол позволяет Вам выбрать из большего числа производителей оборудования. Правильный подбор оборудования позволяет не только сделать систему более расширяемой, но и также более эффективной в использовании.
2.Вновь разрабатываемые продукты для систем автоматизации зданий могут свободно интегрироваться в существующие BACnet системы, тем самым, обеспечивая запросы и требования, которые могут возникнуть к этим системам в будущем.
Какие типы зданий и их размер лучше всего подходят для установки BACnet систем?
Как и в случае со стандартными DDC системами, здание любого размера может быть оснащено BACnet системой управления. Эти системы могут быть простыми, состоящими всего лишь из нескольких устройств, или же довольно сложными. BACnet является открытым стандартом, пока соблюдается условие сохранения строгих критериев для совместимости устройств. Таким образом, этот принцип экономически выгоден даже для небольших объектов, чтобы принять системы управления на BACnet. Так как производители оборудования стараются разрабатывать свои продукты, чтобы удовлетворить все потребности BACnet рынка, все больше и больше устройств будет появляться для различного применения в автоматизации зданий. Эти устройства имеют разные размеры: от простых, до очень сложных.
Обеспечивает ли BACnet система более эффективное решение для управления системой отопления, вентиляции, кондиционирования, чем обычные DDC системы?
Совсем не обязательно. BACnet - это в основном набор коммуникационных правил для оборудования систем автоматизации зданий. Нельзя сказать, что это автоматически обеспечивает лучшую систему управления зданием. Однако, то что различает системы автоматизации зданий в производительности - это насколько точно сложная информация обрабатывается и распределяется среди контролируемых устройств. Стандарт BAСnet проектировался таким образом, чтобы быть открытым к будущим изменениям и расширениям системы. Даже к таким, когда устройствам позволяется обладать эксклюзивными (закрытыми) функциями, демонстрируя при этом BACnet совместимость.
Например, производитель А может предоставить полную систему управления зданием на BACnet, способную принимать и интегрировать устройства от производителей B-Z. Однако, система производителя А может включать в себя несколько эксклюзивных преобразований, которые будут доступны только для оборудования самого производителя А. Это ни в коем случает не означает, что оборудование производителей B-Z не будет работать в BACnet системе производителя А. Просто производитель А добавил некоторые дополнительные функции, чтобы продвигать в будущем свою продукцию. И, наверное, Вы захотите тщательно изучить какие дополнительные функции, принадлежащие только одному производителю, включает в себя система, перед тем как принять решение о ее приобретении.
В чем интерес для владельца здания по использованию BACnet системы?
Если владелец здания по каким-то причинам недоволен представленной продукцией, сервисом, стоимостью замены оборудования или другими аспектами, касающимися специфики отдельного вендора, установившего BACnet совместимую систему, он всегда сможет найти подходящую замену от другого производителя. Владелец здания может быть спокоен, зная, что согласованное BACnet оборудование будет работать в системе независимо от производителя. Кроме того, если производитель перестанет выпускать BACnet оборудование, владельцу здания не нужно будет заменять всю систему или ремонтировать устаревшие устройства.
Вот еще несколько преимуществ, которые владельцы зданий могут ожидать:
1.Выбор и добавление в их систему более сложных устройств, когда они будут доступны на рынке.
2.Потенциальное сбережение средств за счет возможности выбора более дешевого оборудования.
3.Простая интеграция с предварительно установленными BACnet контроллерами на различном оборудовании (например, бойлеры или чиллеры).
Может ли девелоперская компания получить какие-либо преимущества от использования BACnet системы в здании, которым она управляет?
Да. BACnet заставляет производителей систем управления зданиями быть более конкурентоспособными, давая конечным потребителям широкую свободу выбора и возможность к будущим расширениям. Это позволяет девелоперской компании не быть связанной только с одним вендором. Как и любая DDC (система прямого цифрового управления) система, протокол BACnet предоставляет возможность удаленного мониторинга. Для небольших проектов этот сервис может сэкономить деньги, т.к. управляющая компания может мониторить сразу несколько объектов с единого пункта управления. Один интерфейс оператора может использоваться для нескольких систем.
Дополнительным преимуществом может служить то, что Вы можете выбрать один операторский интерфейс для управления системой с оборудованием от нескольких вендоров. Ваш выбор может базироваться на графических возможностях, почасовых сборах информации или других особенностях конкретных производителей.
Существуют ли преимущества в сбережении средств, если сравнивать использование BACnet системы и обычной DDC системы управления?
Конечно, существуют. Чем легче происходит интеграция различных сервисов в здании, тем больше снижается стоимость мониторинга и управления зданием. Вот, что Вы можете ожидать в этом случае:
1.Более высокое качество и разнообразие информации, которую можно будет получать от систем при эксплуатации здания.
2.Связанные между собой оценки параметров различных систем и их анализ.
3.Лучшее финансовое планирование и управление эксплуатацией здания.
Чем лучше удастся интеграция с поставщиками энергоресурсов, тем более точные данные о поставке и потреблении энергии будут доступны службе эксплуатации здания. В конечном итоге, управление энергопотреблением здания будет более рентабельным, а также улучшится координация между поставщиками энергоресурсов и потребителями.
Может ли BACnet оборудование использоваться при реконструкции зданий?
Да. Одна из наиболее сильных сторон BACnet - это открытость и способность объединять различные интерфейсы. Чем больше производителей оборудования поддерживает BACnet, тем больше разнообразных устройств появляется на рынке, чтобы использовать эту возможность. Некоторые устройства позволяют существующим не-BACnet системам соединяться с BACnet устройствами. Как только будет выбран необходимый интерфейс, другие BACnet продукты могут быть использованы в соединении с существующими компонентами.
Ранее единственным шансом произвести существенное дополнение или расширение системы управления зданием был полный пересмотр ее модели. С появлением протокола BACnet теперь этого можно избежать.
Как инженеры консалтинговых компаний могут быть задействованы в применении протокола BACnet?
Очень важная роль отводится профессионалам, отвечающим за выбор оборудования для BACnet систем. Инженеры должны постоянно совершенствоваться в отношении протокола BACnet, BACnet оборудования и сетей. При составлении спецификаций для объектов важно следить за развитием протокола BACnet и недостаточно просто сказать "система должна быть BACnet-совместима".
Являясь разработчиком протокола BACnet, ASHRAE служит отличным источником обучающих материалов. Так как система управления зданием интегрируется с контролем доступа/безопасностью, системами транспорта, пожаротушения и другими, инженерам понадобятся знания по BACnet.
Так как требования, предъявляемые протоколом, одинаковы для всех производителей оборудования, цены на BACnet устройства будут конкурентоспособны. Это на руку инженерам, которые стремятся получить в системе управления зданием как можно больше различных функций, затратив как можно меньше средств.
По своему дизайну BACnet системы гибки и легко расширяемы. Чем больше новых идей найдет применение в промышленности, тем меньше закрытых систем (с внутренними протоколами) будет востребовано.
Принимая во внимание свойственную для BACnet природу взаимодействия между устройствами, большое количество оборудования проектировалось с возможностями удаленного доступа. Уже сейчас довольно часто встречается ситуация, когда происходит связь между офисом инженерной компании и системой автоматизации здания. Такой доступ к управлению BACnet системой означает сэкономленное время и деньги для консультационной компании, учитывая, что нет необходимости устанавливать оборудование для мониторинга.
Нужно ли эксплуатационной организации переучиваться для эффективного мониторинга и управления BACnet системой?
Скорее всего, нет. Если эксплуатационная компания знакома с конечным оборудованием фирмы-поставщика, скорее всего, потребуется небольшая переподготовка при переходе на BACnet систему.
Коммуникационная составляющая BACnet системы будет прозрачна для оператора. Система отображается для конечного потребителя также, как это делают все системы от любого производителя. Обычно точки мониторинга и управления с соответствующими значениями будут отображены со своими спецификациями. Также, операционный терминал выбранного производителя оборудования может взаимодействовать с системами управления других производителей. Это означает, что если оператор знаком с системой управления от одного из производителей, то он может продолжать пользоваться ею, не смотря на то, что используются контроллеры от других производителей.
Однако, так как от производителей оборудования на рынок поступают различные новые продукты, оператору могут потребоваться более глубокие знания по установке системы и ее программированию. Конечно же, это правомочно в отношении любой новой системы управления.
Обеспечивает ли BACnet средства для управления больше чем одним зданием?
Да, внутрисетевое взаимодействие (internetworking) изначально запроектировано в BACnet оборудовании. Например, здания университетского городка могут быть соединены с существующими или новыми локальными сетями (LAN). Здания, напрямую не соединенные с локальными сетями, могут управляться удаленно с помощью dial-up (дозвон по телефонной линии).
Существует ли какое-то независимое агентство, занимающееся сертификацией BACnet оборудования?
Да. Организация называется BTL - Лаборатория по тестированию BACnet оборудования, которая занимается тестированием и сертификацией BACnet оборудования.
BTL была образована Ассоциацией производителей BACnet оборудования (BMA), чтобы предоставить независимое тестирование для BACnet. В феврале 2001 года BTL начала тестирование оборудования, основываясь на разработанном стандарте ASHRAE 135.1P.
Более подробно о тестировании BACnet оборудования можно ознакомиться здесь.
Правда ли, что расширения в частных системах производителей оборудования до уровня BACnet делают устройства несовместимыми?
Совсем не обязательно. Реально существуют 3 области где BACnet может быть расширен: свойства объектов (Object Properties), сервисы (Services) и пронумерованные значения (Enumerated Values). Если какое-то устройство расширяет свою функциональность по этим трем направлениям, оно также будет способно к взаимодействию с другими BACnet-устройствами, которые используют стандартные объекты, свойства и сервисы этого устройства.
Если же устройство применяет нестандартные типы объектов или нестандартные свойства стандартных объектов, оно все еще может эффективно взаимодействовать с другими объектами и свойствами. Свойства BACnet объекта являются специфическим типом данных. BACnet определяет 12, так называемых "примитивных" или "приминительных" типов данных, включая реальных числа (плавающая точка), дробные и целые числа, знаковые обозначения, битовые обозначения и т.д. BACnet также допускает "построенные" типы данных, которые представляют из себя коллекции примитивных и других построенных типов данных. Если свойство какого-то объекта использует примитивный тип данных, то тогда возможно взаимодействие с устройством без специального перевода контекста появляющихся значений. Проще говоря, те объекты, которые используют простые (примитивные) типы данных для своих свойств, могут более универсально взаимодействовать, чем остальные. Если придерживаться этого правила, производители оборудования получают огромную свободу действий в применении оборудования без каких-то дополнительных разработок.
Нестандартные сервисы, применяемые в устройстве, в основном требуют наличия специального программного обеспечения. И, обычно, это используется в тех областях, где способность к взаимодействию между различными системами требует дополнительных согласований и разрешений. Если BACnet устройство сильно зависит от нестандартных сервисов, оно будет ограничено по взаимодействию с другими устройствами и системами.
Расширенные нумерации (extended enumerations) могут появится в нескольких участках коммуникации BACnet системы. Общая зона - в отчетах по тревогам и событиям. Устройства могут быть спроектированы так, чтобы давать отчет в расширенном виде о типах событий, которые не определены в стандарте BACnet и используют типы событий конкретного производителя. Это не означает, что способность к взаимодействию между устройствами и системами невозможна. Просто в некоторых случаях это решение может быть не оптимально. Например, рабочая станция оператора может получить отчет о тревоге "Тип события 456", если не установлено "человеческое" значение этого события.
Действительно ли стандартные объекты более предпочтительны, чем объекты в закрытых системах производителей?
В целом - нет. Стандартные объекты имеют преимущество в том, что они ведут себя так, как уже описано в стандарте BACnet. Объекты в закрытых системах производителей (мы предпочитаем называть их "нестандартные объекты") никак не могут быть использованы, если Вы не знаете об их существовании и не обладаете описанием характера их действий. Предполагая, что Вы знаете какие свойства нестандартных объектов есть, и что они могут делать, нет причин, чтобы не воспользоваться этой возможностью.
Механизм нестандартных объектов и/или свойств является одной из самых важных черт стандарта BACnet. В целом нельзя сказать, что читать и прописывать свойства стандартных объектов легче или сложнее, чем нестандартных. Камень преткновения в том, что для нестандартных свойств объекта, чтобы иметь более простое взаимодействие с другими устройствами и системами, необходимо ограничить область своего применения с так называемыми "примитивными" типами данных. В противном случае, свойства объектов, которые не учитывают это ограничение, не смогут быть интерпретированы из общего контекста и потребуют специального программного обеспечения, которое будет "понимать" специфику нестандартных типов данных. Как правило, BACnet устройства не обладают этими нестандартными типами данных, если только какое-то решение не становится популярным и его не начинают копировать многие производители оборудования.
Подытожив сказанное, важно помнить, что если производитель оборудования спроектировал свой нестандартный объект с перспективой его взаимодействия с другими системами и устройствами, во многих случаях он может быть использован более эффективно и легче, чем стандартные объекты. Рассмотрим, например, специальный тип контроллера, который включает в себя 50 параметров. Один путь, чтобы применить BACnet в этом контроллере, может быть через представление значения каждого параметра как свойства Present_Value (Текущее_Значение) от цифрового или аналогового значения объекта BACnet (Binary или Analog Value). Преимущество этого пути в том, что все знают как использовать BV и AV объекты. Однако, даже с минимальным набором требуемых свойств BV и AV объекты имеют целый ряд дополнений, связанных с областью памяти и требуемой функциональностью. Напротив, те 50 параметров могут быть более эффективно представлены, чем 50 свойств нестандартного объекта (или 5 объектов с 10 свойствами, или 2 с 25-ю и т.д.). В этом случае не требуется никаких доработок. И объяснения того, как эти параметры работают могут быть намного проще.
Почему не использовать OPC вместо BACnet?
По своему определению OPC - это централизованное решение для шлюза. OPC определяет интерфейс программного обеспечения так, чтобы рабочие приложения, например рабочая станция оператора, могли использовать общий интерфейс с любым количеством "драйверов", обладающих подробной информацией о специфике коммуникаций и протоколов. Таким образом, все что касается OPC зависит от того, как программное обеспечение "клиента" общается (на том же компьютере) с программным обеспечением "сервера". Здесь есть несколько негативных моментов:
1.Единственное внутреннее взаимодействие между компонентами системы должно произойти в пределах централизованного программного обеспечения рабочей станции. Это медленно, ограничивает масштабируемость и не надежно.
2.Из-за централизации Вы не сможете воспользоваться преимуществами расширения системы, заменой частей или гибкостью в выборе на подсистемном и компонентном уровне.
3.Данная архитектура подразумевает огромную зависимость от надежности компьютера и операционной системы Windows. А эту комбинацию нельзя назвать надежной с точки зрения продолжительного периода работы.
4.Если в проект вовлечено большое количество производителей оборудования, есть большая потенциальная проблема с поддержкой и обслуживанием, т.к. индивидуальные компоненты вендоров меняются и обновляются. И соответствующие OPC сервера должны также отслеживать эти изменения, отсюда появляются дополнительные расходы на обслуживание, что явно не понравится Заказчику.
Интерфейс OPC - это "ориентированный процесс контроля", который тяготеет к "memory array" архитектуре для данных и централизации контроля и мониторинга. Данное условие сильно ограничивает возможности системы в сравнении с BACnet, который имеет высокую степень распределения и объектно-ориентированное проектирование. В данном случае обслуживание получается более дорогостоящее, когда Вы привязываете каждый объект данных к фиксированной архитектуре. Так как эта структура меняется со временем, все моменты с признаками доступа к ней должны быть отслежены и изменены. С BACnet объектами такой проблемы нет.
Можно сказать, что OPC является открытой технологией, в том смысле, что любой может свободно использовать ее. Еще большую открытость Вы сможете найти в международном стандарте BACnet, который в отличие от OPC не находится в постоянной зависимости от Windows.
Стоимость программного обеспечения для рабочей станции одна и та же, независимо от использования OPC или чего-то другого. Гораздо более важным является вопрос какой интерфейс поддерживается более широко в среде устройств, которые предстоит автоматизировать? Почти каждый производитель оборудования для систем автоматизации зданий может обеспечить BACnet интерфейс на многих уровнях. Зачем ограничивать проектирование всей системы на OPC?
Большинство программного обеспечения для рабочих станций от сторонних разработчиков имеет варианты и для OPC, и для BACnet, в зависимости от драйверов программного обеспечения.
Так что, не дайте себя обмануть. BACnet имеет очень широкий диапазон способностей и возможных вариантов для производителей оборудования, который сейчас постоянно растет, т.к. BACnet стал международным стандартом. Если взглянуть на систему с точки зрения ее центральной части, (вместо того, чтобы сделать это с точки зрения рабочей станции) Заказчик сможет получить большую возможность в гибкости выбора компонентов системы на каждом уровне, в создании настоящего взаимодействия по распределенному принципу и более гибкие ценовые возможности. При том, ни одна из функций его рабочей станции не будет никак уменьшена.
Ограничивая всю систему к единственному OPC решению, добится этих преимуществ не представляется возможным, и Заказчик, рано или поздно, столкнется с ценовыми барьерам на расширение системы и ее поддержку.