BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ ĐỀ TÀI TÌM HIỂU HỆ THỐNG BACnet

Giao thức truyền thông dữ liệu BACnet xác định các phương pháp tiêu chuẩn mà nhà sản xuất có thể thực hiện để tạo ra các thành phần và hệ thống có thể tương tác với các thành phần và hệ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ

ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU HỆ THỐNG BACnet

Giáo viên hướng dẫn : Đàm Khắc Nhân Môn học: Hệ thống BMS

Nhóm 9 : Vũ Hùng Thắng 18810410006

Nguyễn Duy Hùng Nguyễn Thanh Phong

Lớp: D13CNKTDK

LỜI MỞ ĐẦU

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BACNET 1

1.1 Giao thức BACnet 1

1.2 Mục đích của BACnet (Purpose of BACnet) 2

1.3 Các đối tượng BACnet (Objects) 3

1.4 Tính chất của BACnet (Properties) 4

CHƯƠNG 2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA BACNET 5

2.1 Cấu tạo của BACnet (Devices) 5

2.2 Khả năng tương tác của thiết bị (Device Interoperability): 5

2.3 Nguyên lý hoạt động của BACnet 6

2.3.1 Cách thức hoạt động 6

2.3.2 Quyền truy cập thông tin theo hướng đối tượng (Object Oriented Access to Information) 7

CHƯƠNG 3 ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG BACNET 9

3.1 Ưu điểm của hệ thống BACnet 9

3.2 Nhược điểm của hệ thống BACnet 10

CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BACNET 11

4.1 Sử dụng BACnet/IP để kết nối hệ thống tự động hóa tòa nhà và hệ thống điều khiển quá trình 11

KẾT LUẬN

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 2 BACnet giải quyết khả năng tương tác ở tất cả các cấp độ của kiến trúc

giao tiếp thiết bị 5

Hình 1 3 Đối tượng BACnet bao gồm các thuộc tính xác định 7

Hình 2 1 Sơ đồ cấu tao của hệ thống BAC net 5

Hình 2 2 Cách thức hoạt động 6

Hình 2 3 Quyền truy cập hướng đối trượng 7

Hình 2 4 Đối tượng BACnet bao gôm (dữ liệu và hoạt động) 8

Hình 4 1 Sơ đồ sử dụng BAC net/IP để kết nối 11

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BACNET 1.1 Giao thức BACnet

BACnet ( viết tắt của Building Automation and Control (BAC) networks) là một giao thức truyền thông cho các mạng Điều khiển và Tự động

hóa tòa nhà (BAC) tận dụng giao thức ASHRAE, ANSI và ISO 16484-5 tiêu chuẩn [1].Trong đó: BACnet là cả tiêu chuẩn quốc tế (ISO) và ANSI cho khả năng tương tác giữa các tòa nhà hợp tác các thiết bị tự động hóa

BACnet được thiết kế để cho phép giao tiếp hệ thống điều khiển và tự động hóa tòa nhà cho các ứng dụng như sưởi ấm, thông gió và điều khiển điều hòa không khí (HVAC), điều khiển ánh sáng, kiểm soát truy cập và hệ thống phát hiện cháy và các thiết bị liên quan Giao thức BACnet cung cấp các cơ chế cho các thiết bị tự động hóa tòa nhà được vi tính hóa để trao đổi thông tin, bất kể dịch vụ tòa nhà cụ thể mà chúng thực hiện

Giao thức BACnet xác định một số dịch vụ được sử dụng để liên lạc giữa các thiết bị xây dựng Các dịch vụ giao thức bao gồm Who-Is, I-Am, Who-Has, I-Have, được sử dụng để khám phá Thiết bị và Đối tượng Các dịch vụ như Tài sản Đọc và Thuộc tính Viết được sử dụng để chia sẻ dữ liệu Kể từ ANSI / ASHRAE 135-2016, giao thức BACnet xác định 60 loại đối tượng được thực hiện bởi các dịch vụ

Giao thức BACnet xác định một số lớp liên kết / lớp vật lý dữ liệu, bao gồm ARCNET, Ethernet, BACnet / IP, BACnet / IPv6, BACnet / MSTP, Point-To-Point trên RS-232, Master-Slave / Token-Passing trên RS- 485, ZigBee và LonTalk

Giao thức truyền thông dữ liệu BACnet xác định các phương pháp tiêu chuẩn mà nhà sản xuất có thể thực hiện để tạo ra các thành phần và hệ thống có thể tương tác với các thành phần và hệ thống BACnet khác

Chủ sở hữu tòa nhà và người chỉ định hệ thống cũng có thể sử dụng BACnet như một công cụ để đặc tả các hệ thống có thể tương tác BACnet không thay thế nhu cầu xác định những gì người dùng muốn hoặc cần Nó chỉ đơn giản

là cung cấp một số công cụ được tiêu chuẩn hóa để giúp tạo ra và đặc tả các hệ thống có thể tương tác với nhau

BACnet bao gồm nhưng không giới hạn ở các ứng dụng HVAC Nó được thiết kế để áp dụng cho tất cả các loại hệ thống xây dựng tự động Có các sản phẩm tương thích có sẵn trong mỗi danh mục sau: lửa, an ninh, ánh sáng, HVAC, thang máy, v.v

BACnet giải quyết mục tiêu về khả năng tương tác bằng cách xác định một mô hình tổng quát về cách các thiết bị tự động hóa hoạt động, một phương pháp để mô tả thông tin mà chúng chứa và một phương pháp để mô tả các giao thức mà một thiết bị có thể sử dụng để yêu cầu một thiết bị khác thực hiện một

số hành động mong muốn

Hình 1 1 BACnet giải quyết khả năng tương tác ở tất cả các cấp độ của kiến

trúc giao tiếp thiết bị.

1.2 Mục đích của BACnet (Purpose of BACnet)

BACnet là một giao thức truyền thông dữ liệu tiêu chuẩn cho phép khả năng tương tác giữa các hệ thống và thiết bị tòa nhà khác nhau trong các ứng dụng điều khiển và tự động hóa tòa nhà Thuật ngữ “khả năng tương tác” có nhiều nghĩa từ thông tin đơn giản trao đổi, để tích hợp sâu hơn, để hoàn thiện và tương tác phức tạp giữa các thiết bị thành phần và hệ thống Mặc dù BACnet không cho phép hoán đổi thiết bị "cắm và chạy", BACnet cung cấp phương tiện cho nhiều loại cơ bản và phức tạp sự tương tác sẽ diễn ra bằng cách sử dụng các

kỹ thuật tiêu chuẩn đã được chứng minh là linh hoạt và mạnh mẽ trong hơn 15 năm thực hành trên hàng chục triệu thiết bị BACnet không thay thế nhu cầu về DDC hoặc logic điều khiển và không cố gắng tiêu chuẩn hóa cách các thiết bị được lập trình BACnet cung cấp một loạt các tùy chọn mạng linh hoạt bao gồm việc sử dụng cơ sở hạ tầng tập trung vào Ethernet hoặc IP và truyền thông xoắn đôi đơn giản, chi phí thấp được gọi là MS / TP dựa trên EIA485 Khả năng định tuyến phức tạp cho phép mở rộng mạng lưới BACnet thành các hệ thống lớn và hiệu quả, tất cả đều nằm trong cùng một tiêu chuẩn thống nhất BACnet sử dụng

mô hình hướng đối tượng để trừu tượng hóa và biểu diễn thông tin BACnet bao gồm 54 đối tượng tiêu chuẩn bao gồm nhiều ứng dụng phổ biến và thường hữu ích Ngoài ra, có một cơ chế để người triển khai tạo và sử dụng các đối tượng phi tiêu chuẩn của riêng họ có thể dễ dàng tương tác với các thiết bị khác chọn sử dụng chúng Khả năng mở rộng này là miễn phí và được đảm bảo an toàn trước

2

sự can thiệp ngoài ý muốn từ các tiện ích mở rộng độc quyền của các thiết bị khác Mô hình dựa trên đối tượng đã được chứng minh là vừa mạnh mẽ vừa đáng tin cậy đồng thời cung cấp khả năng tương thích ngược và chuyển tiếp ở mức độ cao

BACnet cũng có một mô hình dịch vụ ứng dụng mở rộng cung cấp nhiều loại dịch vụ hữu ích mà người triển khai có thể chọn hỗ trợ trong thiết bị của họ Các dịch vụ này được nhóm thành các lĩnh vực logic sau: truy cập đối tượng, cảnh báo và quản lý sự kiện, lập lịch, xu hướng, tệp, thiết bị và mạng

sự quản lý Trong lĩnh vực tích hợp doanh nghiệp ngày càng quan trọng, BACnet đã thực hiện một nỗ lực cụ thể để xác định và tiêu chuẩn hóa một bộ Dịch vụ Web cung cấp cho các ứng dụng doanh nghiệp quyền truy cập rõ vào thông tin tự động hóa tòa nhà Ngoài ra, các sáng kiến đã được thực ràng hiện để xác định lược đồ XML cho thông tin hướng BACnet An ninh mạng mạnh mẽ là mối quan tâm đặc biệt đối với các ứng dụng trong bảo mật và kiểm soát truy cập, một số loại địa điểm vật lý cụ thể và các ứng dụng sử dụng Internet công cộng BACnet bao gồm các điều khoản cho một lớp an ninh mạng rất mạnh để giải quyết nhu cầu của các loại ứng dụng này

BACnet hiện đang sử dụng một phương pháp phân loại nghiêm ngặt để xác định các khả năng của thiết bị Điều này cho phép các nhà cung cấp công bố các khả năng cụ thể của thiết bị BACnet của họ bằng cách sử dụng các điều khoản và định dạng tiêu chuẩn, đồng thời để chủ sở hữu tòa nhà và người chỉ định dự án xác định các yêu cầu của họ đối với thiết bị BACnet Một chương trình kiểm tra và niêm yết của bên thứ ba độc lập, toàn cầu cho các thiết bị BACnet đã được thành lập Phòng thử nghiệm BACnet (BTL) được quản lý dưới

sự bảo trợ của BACnet International BTL trao “Dấu BTL” cho các thiết bị được kiểm tra theo Tiêu chuẩn ASHRAE 135.1, tiêu chuẩn thử nghiệm đồng hành với BACnet

1.3 Các đối tượng BACnet (Objects)

Tất cả thông tin trong thiết bị BACnet có thể tương tác được mô hình hóa dưới dạng một hoặc nhiều thông tin các đối tượng Mỗi đối tượng đại diện cho một số thành phần của thiết bị hoặc một số bộ sưu tập thông tin có thể được BACnet khác quan tâm các thiết bị Các đối tượng có thể đại diện cho các phần đơn lẻ của thông tin, hoặc tập hợp nhiều phần thông tin chẳng hạn như một nhóm hợp lý Các đối tượng đại diện cho thông tin vật lý hoặc ảo, chẳng hạn như như đầu vào và đầu ra tương tự và nhị phân, điều khiển thuật toán, ứng dụng cụ thể

và tính toán

Tiêu chuẩn BACnet xác định 54 tiêu chuẩn khác nhau các loại đối tượng Việc triển khai một thiết bị nhất định có thể sử dụng kết hợp tùy ý của những các loại đối tượng tiêu chuẩn để đại diện cho thông tin và logic điều khiển có liên quan đến thiết bị cụ thể ứng dụng Các loại đối tượng tiêu chuẩn rất hữu ích vì ý

nghĩa và ứng dụng của chúng được xác định rõ ràng và các thành phần của chúng được triển khai nhất quán từ một thiết bị khác Tiêu chuẩn BACnet cũng cho phép việc tạo ra các đối tượng phi tiêu chuẩn hoặc độc quyền cho khả năng tương tác với các nhà cung cấp khác có thể không như nhất quán

Mỗi đối tượng được xác định bằng một mã định danh đối tượng Một định danh đối tượng là một số nhị phân 32 bit chứa mã cho loại đối tượng và phiên bản đối tượng con số Ngoài ra, mọi đối tượng, bất kể mục đích hoặc chức năng,

có một tập hợp các thuộc tính xác định đối tượng Mỗi thuộc tính bao gồm ít nhất một tên và một giá trị

1.4 Tính chất của BACnet (Properties)

Thuộc tính BACnet truyền tải thông tin về một đối tượng BACnet Đối tượng có một tập hợp các thuộc tính, dựa trên chức năng và mục đích của đối tượng Mỗi thuộc tính chứa hai phần thông tin: số nhận dạng thuộc tính và giá trị của thuộc tính Bất động sản

Số nhận dạng là các số xác định duy nhất một thuộc tính nhất định trong ngữ cảnh của loại Đối tượng Các thuộc tính có thể được định nghĩa là chỉ đọc hoặc đọc / ghi Mục đích của thuộc tính là cho phép các thiết bị BACnet khác đọc thông tin về đối tượng chứa thuộc tính và có khả năng ghi (thay đổi) một giá trị khác cho thuộc tính Tùy thuộc vào loại đối tượng mà thuộc tính đó thuộc về, các thuộc tính đối tượng cụ thể có thể là tùy chọn hoặc bắt buộc để triển khai theo tiêu chuẩn BACnet

Đối với mỗi loại đối tượng BACnet tiêu chuẩn, tiêu chuẩn BACnet xác định thuộc tính nào là bắt buộc và thuộc tính nào là tùy chọn Các đối tượng cũng có thể chứa các thuộc tính không phải là tiêu chuẩn hoặc độc quyền

Hình 1 2 Đối tượng BACnet bao gồm các thuộc tính xác định

khả năng, hoạt động và dữ liệu liên quan

4

CHƯƠNG 2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA BACNET 2.1 Cấu tạo của BACnet (Devices)

Thiết bị BACnet thường bao gồm bộ điều khiển dựa trên bộ vi xử lý và sự kết hợp phần mềm được thiết kế để hiểu và sử dụng giao thức BACnet Thiết bị BACnet thường là một bộ điều khiển, cổng vào hoặc giao diện người dùng Mọi thiết bị BACnet đều chứa một đối tượng thiết bị xác định thông tin thiết bị nhất định, bao gồm số nhận dạng đối tượng thiết bị hoặc số phiên bản Số phiên bản của đối tượng thiết bị BACnet phải có thể cấu hình trường là duy nhất trên toàn

bộ mạng BACnet nơi thiết bị được cài đặt Để ngắn gọn, con số này thường được gọi là phiên bản thiết bị Ngoài phiên bản thiết bị, mỗi thiết bị BACnet chứa một

bộ sưu tập thông tin về thiết bị và bất kỳ điểm đầu vào và đầu ra nào mà nó giám sát và điều khiển Việc thu thập thông tin thường xuyên bao gồm các chương trình điều khiển và logic cũng như các giá trị dữ liệu

Hình 2 1 Sơ đồ cấu tao của hệ thống BAC net

2.2 Khả năng tương tác của thiết bị (Device Interoperability):

BACnet chia nhiệm vụ về khả năng tương tác của thiết bị thành ba lĩnh vực riêng biệt: Đối tượng (thông tin), Dịch vụ (yêu cầu hành động) và Hệ thống vận tải (kết nối internet, tin nhắn điện tử) BACnet xác định các phương pháp và yêu cầu để thực hiện từng lĩnh vực này

2.3 Nguyên lý hoạt động của BACnet

2.3.1 Cách thức hoạt động

BACnet hoạt động bằng cách chia vấn đề về khả năng tương tác thành ba lĩnh vực riêng biệt và bằng cách xác định các phương pháp và tiêu chuẩn để thực hiện từng lĩnh vực

Tất cả thông tin trong thiết bị BACnet có thể tương tác được mô hình hóa dưới dạng một hoặc nhiều đối tượng thông tin Mỗi đối tượng đại diện cho một số thành phần quan trọng của thiết bị hoặc một số tập hợp thông tin mà các thiết bị BACnet khác có thể quan tâm

Các thiết bị BACnet yêu cầu nhau thực hiện các dịch vụ Ví dụ, một thiết bị

có gắn cảm biến nhiệt độ, có thể thực hiện dịch vụ đọc nhiệt độ và cung cấp thông tin này cho một thiết bị khác cần nó Mô hình của các đối tượng và dịch vụ được hiện thực hóa bằng cách mã hóa các thông điệp thành một dòng mã số đại diện cho các chức năng hoặc dịch vụ mong muốn được thực hiện "Ngôn ngữ" của mã hóa này là chung cho tất cả các thiết bị BACnet Các thiết bị BACnet thực sự trao đổi thông tin và thực hiện mọi việc bằng cách gửi và nhận các tin nhắn điện tử có chứa ngôn ngữ ứng dụng được mã hóa này

Hình 2 2 Cách thức hoạt động

BACnet cung cấp tính linh hoạt bằng cách cho phép nhiều loại hệ thống truyền tải được sử dụng để truyền tải các thông điệp được mã hóa này giữa các thiết

bị Hệ thống giao thông sử dụng các loại tiêu chuẩn và phương pháp nhắn tin điện

tử khác nhau để truyền tải các thông điệp được mã hóa Mặc dù các phương thức vận chuyển khác nhau được sử dụng, nội dung thông điệp được mã hóa vẫn giống nhau

6

Triết lý này cho phép người thiết kế hoặc người chỉ định lựa chọn phương thức vận chuyển hiệu quả nhất về chi phí cho một ứng dụng nhất định

Một tính năng độc đáo của BACnet là cơ sở kết nối internet có thể mở rộng của nó Khi cần hai hoặc nhiều mạng LAN, phần tử này của BACnet cho phép mở rộng mạng BACnet tùy ý bằng cách nối các phân đoạn khác nhau lại với nhau Bộ định tuyến là một thiết bị BACnet ghép nối hai hoặc nhiều phân đoạn mạng với nhau và chuyển các thông báo qua lại, chỉ khi cần thiết Bộ định tuyến có thể kết nối hai trong số các phân đoạn mạng LAN giống nhau, chẳng hạn như Ethernet với Ethernet, nhưng các bộ định tuyến thông thường hơn cũng phục vụ chức năng ghép nối các loại mạng LAN khác nhau với nhau, ví dụ Ethernet với MS / TP

2.3.2 Quyền truy cập thông tin theo hướng đối tượng (Object Oriented

Access to Information)

Tất cả thông tin trong hệ thống BACnet được thể hiện dưới dạng của các đối tượng Đối tượng là một khái niệm trừu tượng cho phép chúng ta nói về và tổ chức thông tin liên quan đến đầu vào và đầu ra vật lý, cũng như các khái niệm phi vật lý như phần mềm hoặc tính toán

Hình 2 3 Quyền truy cập hướng đối trượng

Các đối tượng có thể đại diện cho các “điểm” vật lý đơn lẻ, hoặc các nhóm logic hoặc tập hợp các điểm thực hiện một chức năng cụ thể Ví dụ: một đối tượng

có thể đại diện cho thiết bị đầu vào vật lý như cảm biến nhiệt độ hoặc bộ điều nhiệt hoặc thiết bị đầu ra như quạt hoặc máy bơm hoặc vị trí van Các đối tượng cũng có thể đại diện cho phi vật lý các khái niệm như logic chương trình, lịch trình và dữ liệu lịch sử

Tất cả các đối tượng trong BACnet cung cấp một tập hợp các thuộc tính được sử dụng để lấy thông tin từ đối tượng hoặc cung cấp thông tin và lệnh cho một đối tượng Bạn có thể coi thuộc tính của một đối tượng như một bảng có hai cột Ở bên trái là tên hoặc mã định danh cho thuộc tính và bên phải là giá trị của thuộc