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BACnet和Modbus能否帮助面向未来的建筑?

发布日期:2022-06-09  浏览次数:

建筑楼宇物联技术系统集成商 Brian Cline 分享了有关建筑设备管理系统中广泛使用的通信协议的入门知识。

通信协议经常出现在关于面向未来的建筑物或“开放”建筑物的交流中。虽然协议使用的语言很重要,但协议的传输也很关键。一个协议可能会在未来十年左右使用,但如果支持该协议的通信媒体安装有问题或不再使用 - 无论是通过无线还是物理线路,那么没有任何东西可以帮助建筑物未来的主人。本文讨论了协议和协议传输的重要性。

BACnet 和 Modbus 是当今建筑设备管理系统 (BMS) 在能源能耗监控和温度监测、照明控制等应用中经常使用的两种开放式通信协议标准。多家制造商和监管机构开发并实施了这些通信协议,从而实现了“开放标准”。BACnet 于 1987 年开发,并于 1995 年成为 ANSI 标准。Trusty Modbus 自 1979 年以来一直存在。

BACnet,广为人知和使用

BACnet(楼宇自动化通信网络)由 ASHRAE 创建和推动,是业内使用最广泛的通信协议。BACnet 实现的两种主要类型是 BACnet MS/TP 和 BACnet/IP。

BACnet MS/TP(主从/令牌传递)是一种较旧的实施方式,其中系统集成商将双绞线(RS-485 标准)作为单独的网络穿过建筑物。BACnet MS/TP 以低波特率进行通信,无法处理物理网络配置的默认设置或更改。它必须与特定的终端电阻器和偏置电阻器一起安装。尽管与其他通信协议和实现相比速度较慢,并且容错能力有限,但 BACnet MS/TP 可能是当今最常见的应用。

BACnet/IP 是一种基于互联网协议 (IP) 的新兴实现,这意味着它可以通过以太网电缆或 IP 网络进行通信。系统集成商无需运行标准的 MS/TP RS-485 双绞线,而是可以像插入计算机一样插入 BACnet/IP 控制器或设备。这些设备有一个接受以太网电缆的网络插孔。然后系统集成商或 IT/OT 专业人员建立一个网络并且它可以工作。

一般来说,楼宇自动化工程师或系统集成商更喜欢 BACnet,无论是 MS/TP 还是 /IP。集成商可以进入建筑物,插入计算机,进行 BACnet 扫描,查看设备,查看这些设备中有哪些数据点(例如环境温度或占用率),然后将这些点添加到 BMS 或楼宇自动化系统( BAS) 数据库。

当然,集成商必须处理网络的各个部分,例如防火墙规则、子网划分和 BBMD(BACnet/IP 广播管理设备)。但是,由于 IP 网络设计的性质,与串行总线或双绞线安装相比,BACnet/IP 安装更容错。

Modbus,可靠的亚军

Modbus广泛用于工业环境,例如电气开关设备。工厂将 Modbus 用于可编程逻辑控制器 (PLC),数据中心将其用于配电单元 (PDU)。Modbus 在欧洲和亚太地区也很流行。

与 BACnet 一样,Modbus 提供不同的实现。远程终端单元 (RTU) 使用双绞线串行总线,而传输控制协议 (TCP) 使用以太网兼容性实现。

与 BACnet 不同,Modbus 不提供网络可发现性。集成商需要一个 Modbus 寄存器(本质上是建筑物中通信点的蓝图或路线图)以及数据点地址编号。集成商手动输入这些地址编号,然后将每个地址编号配置为读取正确的值。虽然它的设置需要比 BACnet 更多的前期工作,但 Modbus 一旦启动并运行,就可以很好地工作。

BACnet 和 Modbus 是长期存在的协议。然而,对于 BAS,更具体地说,物联网 (IoT),最新的协议之一是消息队列遥测传输 (MQTT)。这种轻量级、开放的消息传递协议具有最低的带宽要求,提供了一种有效的通信方式。随着传感器等边缘设备变得更加智能,MQTT 可能会继续获得市场份额,作为首选的物联网协议。

无线传输与IT融合

对于其实施或交付,BACnet 和 Modbus 各自使用一种媒体传输。除了物理布线(双绞线或 CAT)之外,无线传输也很重要,无线协议也很重要。这些协议支持不同类型的传输,例如网状系统,如Zigbee或Z-Wave;或真正的 Wi-Fi 实施,使用我们的智能手机和平板电脑使用的 802.11 标准。无线就像有线:如果工程师或集成商不了解正确的安装方法,实施就会失败。

从实施的角度来看 - 并且取决于建筑物的现有网络基础设施 - 将 Wi-Fi 用于 BAS 可能会为业主节省资金,因为它不需要额外的布线。但是,如果安装人员或集成商错误地勘察站点,则可能会出现问题。例如,将控制器安装在天花板上方、机械室或金属箱内会阻碍 Wi-Fi 连接和通信所需的无线电频率。另一个错误是在一个实施中连接了太多的 Wi-Fi 设备,从而使通道过饱和。

随着楼宇自动化和 IT 不断融合,知识和培训是降低安全黑客风险的关键。

幸运的是,IT 和 IP 正在融合。楼宇自动化行业开始与 IT/IP 人员合作,IP 网络的增加以及连接到 IT/IP 网络的控制器和系统的数量就证明了这一点。更多的交叉教育也在发生:日常控制或自动化人员正在更多地了解网络以及实施适当 IT 网络的不同方面。

因此,经验丰富的系统集成商可以减轻拥有基于 IP 的楼宇自动化系统的网络安全风险。系统集成商正在学习网络课程,以了解如何安装独立于 IT 网络的 OT 网络有助于限制网络漏洞的影响。

随着楼宇自动化和 IT 不断融合,知识和培训是降低安全黑客风险的关键。

再见,专有系统

即使在创建开放式通信协议之后,领先的控制设备制造商仍保持着不同于 Modbus 或 BACnet 的专有通信协议。这些专有协议基本上会将建筑物所有者锁定在该系统中,要求所有者随着时间的推移继续安装、维修和升级相同品牌的设备。如果一个团队在办公室安装了品牌 X,则该团队不能同时安装品牌 Y,因为这两个品牌不兼容,无法相互沟通。

作为一种解决方法,第三方公司开发了通信网关和协议转换器,以允许来自不同品牌、制造商和协议的设备进行通信。然而,这些解决方案增加了复杂性,此外还增加了硬件,集成商必须对其进行编程才能转换协议。

发现这种低效率和高成本,ASHRAE 于 1987 年介入创建 BACnet。大约十年后,该行业开始看到其广泛采用,主要 BMS 制造商提供与 BACnet 通信的控制器。现在,带有 BACnet 通讯卡的 X 品牌设备可以与带有 BACnet 通讯卡的 Y 品牌设备传输数据。

为了保持市场份额并重新获得与建筑业主签订的独家合同中损失的部分收入,BAS/BMS 制造商创建了软件许可计划,以限制可以集成到 BAS 或 BMS 中的设备或数据点的数量。理想情况下,建筑和咨询工程师以及系统集成商将为他们的客户和项目寻求最佳解决方案,而且价格合理。开放的通信协议极大地平衡了竞争环境。

面向未来的未来

“面向未来”这个词用词不当。技术将发生变化,新的设备模型将继续推出。与维护和维修现有设备相比,购买新设备(例如智能手机或智能电视)可能更容易且成本更低。

建筑设备的情况类似,尽管业主和工程师通常希望延长设备和系统的完全拆除和更换之间的持续时间。因此,系统更新对于保持建筑物安全至关重要。

通过加强和促进开放式通信协议,建筑业主、工程师和系统集成商将增加他们利用智能技术获得成功的机会。将其与共享有关哪些有效和哪些无效的用例相结合,最终结果是一个更高效的构建环境,所有利益相关者都可以在其中受益。

西安金铂腾智能科技公司专注建筑智能控制系统,系统采用Modbus通讯协议;主要应用在智能照明控制、室内空气监测、能源能耗监测、建筑设备管理等方面。

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