Web-сервисы – новое дополнение к стандарту BACnet

Web-сервисы – новое дополнение к стандарту BACnet

Один из уроков, которые я усвоил из своего курса по проектированию механизмов, это концепция «степеней свободы». Если создать механизм со слишком большим количеством степеней свободы, он замкнется на своей недееспособности, как кусок веревки из клубка, в котором не видно ее конца. Если создать механизм со слишком малым количеством степеней свободы, он превратится в закостенелую структуру, не способную к движению. Если создать механизм с правильным количеством степеней свободы, он будет работать гладко с точными и предсказуемыми результатами.

Стив Том директор по технической информации компании Automated Logic Corporation

Стив Том, директор по технической информации компании Automated Logic Corporation, работает с климатическими системами (HVAC) более 30 лет. В ALC Стив выступал координатором программ по обучению, подготовке документации и технической поддержке, а также работал с инженерами из исследовательского отдела по требованиям к продукции и удобству ее использования. В настоящее время Стив возглавляет разработку www.CtrlSpecBuilder.com – бесплатного webинструмента для подготовки спецификаций систем ОВК (HVAC).  В своем роде Web-сервисы сегодня имеют слишком много степеней свободы. В целом они могут быть очень мощным инструментом для интеграции всех систем, автоматизируемых в здании, в единый слаженно работающий механизм. Также они могут быть использованы для коммуникации и координации действий с другими компьютерными системами высшего уровня, например такими, как системы учета, системы энергоснабжения и системы погодного прогнозирования. В настоящее время не существует единых правил на то, как применять Web-сервисы для систем автоматизации зданий. Виртуально это дает программистам неограниченную свободу действий по применению Web-сервисов так, как им заблагорассудится, но в то же время данное условие делает Web-сервисы очень дорогим инструментом для использования. Каждый новый процесс интеграции требует многих часов специального программирования.

К счастью, ASHRAE подготовило Web-сервисы в качестве дополнения в структуру стандарта BACnet, добавляющее их к комплекту инструментов для автоматизации зданий. Данный стандарт (BACnet) достаточно гибок, чтобы использовать в полной мере сильную сторону Web-сервисов, но в то же время, обладая четкой структурой, он позволяет значительно упростить использование Web-сервисов для интеграции систем в здании. Проще говоря, BACnet обладает правильным количеством степеней свободы. 

Что представляют собой Web-сервисы?

Web-сервисы – это стандартизированный способ обмена данными для двух компьютеров в одной сети. Они могут использоваться для чтения и записи данных с приложений между компьютерами. Web5сервисы могут также использоваться, чтобы заставить другой компьютер управлять программой или подпрограммой, производящей данные, необходимые для запрашивающего компьютера.
Вот простой пример: многие люди пользуются показаниями прогнозов погоды на своих компьютерах. Благодаря имеющимся возможностям данный прогноз погоды предоставляется с помощью Web-сервисов, установленных на компьютере, собирающем погодные данные. Ваш компьютер посылает запрос на компьютер с погодными данными, например, запрашивая сгенерировать трехдневный прогноз погоды для района с почтовым индексом 12345, с детализацией по погодным условиям для спортивных мероприятий на открытом воздухе и погодным условиям для аэропортов (или какие-то другие условия запроса). Web-сервисы базируются на стандартах информационных технологий, таких как XML и SOAP, но вам не нужно в них разбираться, чтобы использовать Web-сервисы. Главное – то, что IT-сообщество понимает их, а также то, что Web-сервисы широко поддерживаются компьютерной индустрией.

Насколько широко распространены?

Для начала необходимо отметить, что Web-сервисы были приняты в качестве стандарта такими компаниями, как Microsoft, Apple, Sun, Linux, IBM и многими другими. Для этой группы компаний, являющихся конкурентами друг другу, не всегда просто прийти к соглашению. Так что если они все-таки соглашаются насчет каких-то технических моментов, например, как Web-сервисов, последние мгновенно становятся промышленным стандартом. Каждая из компаний добавила немного от себя в решения: Microsoft называет свои разработки .NET, в то время как IBM называет свои – WebSphere, но внутри все они базируются на Web-сервисах.

Web-сервисы использовались несколько лет в средствах коммуникации «бизнес-для-бизнеса» (B2B) и быстро стали общепризнанным стандартом. Наиболее значимые их применения: Amazon.com, Google и Microsoft Passport. Штат Нью-Мехико в США использует Web-сервисы для создания единого портала (сайта в Интернете), где пользователи из разных правительственных организаций могут получать доступ к информации и услугам.

Что касается индустрии автоматизации зданий, то Web-сервисы уже применяются для импорта данных по использованию HVAC оборудования и потребленной зданием энергии в систему автоматической подготовки счетов на оплату для жильцов.
Еще они нашли применение при проведении тестирования для подсчетов, когда необходимо сравнить потребление энергии схожими системами и создать «виртуальные термостаты», которые могли бы дать пользователям контроль над параметрами своих офисных помещений. Эти программы по тестированию интегрируют системы автоматизации зданий с системами энергоснабжения, применяя варианты управления, базирующиеся на ценовых характеристиках в реальном времени и расчетах по сокращению энергопотребления во время экстренных ситуаций.
Университеты и другие большие комплексы зданий экспериментируют с использованием Web-сервисов для создания интерактивных страниц в Интернете, где бы интегрировались значения потребляемой энергии, управление поддержкой здания, выставление счетов, учетные записи и другие системы, связанные с эксплуатацией. Все системы соединяются в единый «портал эксплуатации» с общим пользовательским интерфейсом, который дает доступ ко всем системам.
Некоторые проекты, находящиеся в стадии рассмотрения, используют прогнозы погоды для оптимизации работы систем подготовки льда, бойлерных и систем ночного охлаждения помещений. Университеты пробуют возможности использования центрального компьютера с расписанием занятий для автоматического применения расписания для систем ОВК, освещения и других систем.

Если основные производители систем автоматизации зданий уже поддерживают Web-сервисы, какова позиция ASHRAE?

ASHRAE подготавливает стандартный способ использования Web-сервисов для интеграции данных по эксплуатации здания от разных источников. В мире информационных технологий изобретены стандарты для осуществления механизма Web-сервисов, но в этих стандартах ничего не сказано про ту информацию, которой необходимо обмениваться. Можно провести аналогию с телекоммуникационной областью, где существуют стандарты на телефонные системы, но эти стандарты не предписывают, на каком языке по телефону можно общаться, или какие-то конкретные темы для разговоров.

Производители оборудования могут предоставить поддержку Web-сервисов в своих системах в том количестве и качестве, насколько они посчитают это необходимым. Также они могут использовать любую структуру данных по своему желанию: могут сделать размещение данных в своих системах очень простым или очень сложным. Даже если предположить, что все производители оборудования для автоматизации здания пробовали создать интерфейсы Web-сервисов для своих систем, практически нет шансов, что какие-нибудь два интерфейса будут похожи, а соединение двух различных систем вместе потребует громадного количества часов по специальному программированию.

Некоторые предусмотрительные игроки рынка увидели заранее эти проблемы, и три года назад они предложили создать стандартную информационную модель. ASHRAE приняло это предложение, и началась работа по привлечению инженеров служб эксплуатации, производителей оборудования, правительственных организаций и университетов. Они разработали стандарт по применению Web-сервисов в системах автоматизации зданий. Данный стандарт охватывает типы данных, которыми необходимо обмениваться, пути размещения данных и атрибуты для данных с общих объектов, таких как аналоговые входы или двоичные выходы.
Сервисы должны выполнять функции чтения или записи найденных значений, а также получать информацию об имеющихся данных или доставлять сообщения об ошибках, если сервис недоступен. Стандарт охватывает большие объемы данных, в частности, позволяя вести регистрацию трендов.

Так как данный стандарт предназначался для использования в системах автоматизации зданий, его разработкой занимался технический комитет BACnet. После того как он получит общественное одобрение, он станет дополнением к стандарту BACnet и автоматически станет стандартом ANSI (Американский Национальный Институт Стандартов) и ISO (Международная организация по стандартизации). Естественно, этот стандарт совместим с протоколом BACnet, но не ограничен его рамками.

Действительно, одно из наиболее вероятных применений Web-сервисов – в качестве стандарта для обмена данными между системами автоматизации, использующими разные протоколы. Web-сервисы могут служить идеальным способом для соединения на верхнем уровне автоматизации между системами, работающими на BACnet, LonWorks, MODBUS или другими закрытыми протоколами. Инженерам не надо будет изучать в деталях каждый конкретный протокол, чтобы создать соединения. Им будет достаточно просто разбираться в Web-сервисах.

Соединения систем с помощью Web-сервисов помогают избежать проблем с несовместимыми скоростями передачи данных, типами сетевых соединений, частными чипами коммуникации и другими проблемами, которые могут возникнуть, когда используются шлюзы, чтобы соединить различные протоколы. Раз Web-сервисы быстро адаптировались как стандарт для B2B-коммуникаций, естественно, можно предположить, что они могли бы заменить BACnet, LonWorks и другие протоколы для автоматизации зданий, но это не так по нескольким причинам. Для начала, никто еще не разработал набор Web5сервисов, которые бы обеспечивали все функции, необходимые для системы управления зданием. Передачи сообщений, тревог, синхронизация времени, резервные сохранения и восстановления – вот набор функций для автоматизации зданий, который не обеспечивается в предлагаемом варианте стандарта по Web-сервисам

.
Конечно, такой стандарт можно разработать в будущем, но в сущности он станет еще одним протоколом по автоматизации зданий, которому придется доказать свое право на существование на рынке. И он не станет идеальным решением, так как Web-сервисы требуют больших ресурсов, чем большинство существующих контроллеров по автоматизации могут предоставить. По определению Web-сервисы используют язык XML для общения по IP-сетям, которые хорошо подходят для соединения компьютеров и серверов, но создавать IP-сеть для каждого устройства (например, для котла, VAV-установки, вытяжного вентилятора) будет чрезвычайно дорого.

Язык XML является многоуровневым способом передачи данных. Он создавался для облегченного понимания пользователями, оставаясь при этом гибким. Эти характеристики говорят о том, что он должен быть использован мощным компьютером и передаваться через высокоскоростные сети. А это уже выходит за рамки возможностей контроллеров, применяемых в небольших системах ОВК (например, VAV-установках), где они особенно чувствительны к возрастанию цен. Может быть, данное ограничение является временным, так как недорогие контроллеры каждый год увеличивают свою мощность и скорости передачи данных, но раз такой протокол как BACnet уже разработан, который является более эффективным для интеграции контроллеров и в тоже время открытым для всех производителей оборудования, стимул для соединения оборудования посредством Web-сервисов невелик.

Когда вам необходимо интегрироваться с системами вне здания, например с системой местного энергоснабжения, ситуация меняется в корне. Прежде всего системы, с которыми вы пытаетесь интегрироваться, не используют BACnet, LonWorks или какой-то другой протокол для автоматизации зданий. Люди, управляющие этими системами, не заинтересованы в обеспечении специальных возможностей для связи с системами управления зданиями. Их цель – обеспечить основной интерфейс, который бы мог использоваться любой внешней компьютерной системой. Их система уже работает на высокотехнологичном компьютере, подключенном к высокоскоростной IP-сети. Именно эта ситуация наилучшим образом подходит для применения Web-сервисов.

Компьютеры и сети обладают необходимым количеством «лошадиных сил», чтобы обрабатывать Web-сервисы. Возможно, для создания соединений с помощью Web5сервисов потребуется серьезная работа по программированию, но характеристики языка XML значительно упрощают задачу для программистов. Вероятно, что специалист по программированию уже будет знаком с Web-сервисами благодаря предыдущим B2B интеграциям, что также может упростить работу. Например, один заказчик из Техаса, заключавший контракт на разработку специального интерфейса между его системой автоматизации здания и биллинговой системой, узнал, что подрядчик сократил цену вдвое, когда выяснил, что существующая система автоматизации поддерживает Web-сервисы. Дополнение Web-сервисов в стандарт ASHRAE дает надежду на еще большее упрощение системной интеграции за счет использования передовых IT-технологий и переводит автоматизацию зданий на качественно новый уровень.