پروتکل BACnet چیست و چه کاربردی در هوشمند سازی دارد؟

هوشمندسازی ساختمان‌ها یکی از راه‌های افزایش بهره‌وری، کاهش هزینه‌ها و ارتقای کیفیت زندگی در محیط‌های مسکونی و تجاری است. هوشمند سازی ساختمان‌ها شامل کنترل و مدیریت سیستم‌های مختلفی مانند تهویه مطبوع، روشنایی، امنیت، حفاظت از محیط زیست و… است. برای انجام این کار، به یک پروتکل ارتباطی نیاز داریم که بتواند سیستم‌های مختلف را به یکدیگر متصل و اطلاعات را بین آن‌ها جابه‌جا کند. یکی از پروتکل‌های ارتباطی که برای این منظور طراحی شده، استاندارد ارتباطی BACnet است. در این مقاله، می‌خواهیم به تعریف، تاریخچه، اصول، معماری، کاربردها، مزایا و معایب پروتکل BACnet بپردازیم.

در دهه‌های اخیر، پیشرفت فناوری و نیاز مداوم به بهره‌وری انرژی، مفهوم هوشمندی و کنترل هوشمند ساختمان‌ها را به یکی از مؤثرترین راهکارها در مدیریت و بهره‌وری ساختمان‌ها تبدیل کرده است. ساختمان‌ها به عنوان یکی از مصرف‌کننده‌های اصلی انرژی، به چالشی اساسی در دنیای مدرن تبدیل شده‌اند. به‌همین جهت، امروزه، بهره‌وری، کاهش مصرف و مدیریت انرژی ساختمان اهمیتی دوچندان یافته است. یکی از راه‌حل‌های ارائه‌شده برای این مسئله، پروتکل BACnet است که می‌تواند در مدیریت و صرفه‌جویی در مصرف انرژی نقشی اساسی ایفا کند.

این مقاله به منظور معرفی و بررسی پروتکل BACnet و کاربردهای آن در هوشمند سازی ساختمان‌ها تدوین شده است. در این مقاله به معرفی پروتکل هوشمند سازی BACnet و اصول اساسی آن، تاریخچه توسعه این استاندارد، معماری و ساختار آن، کاربردهای مختلف این پروتکل و نیز مزایا و معایب مرتبط با استفاده از پروتکل BACnet خواهیم پرداخت.

هوشمند سازی ساختمان؛ اجرای هوشمند سازی خانه و منازل مسکونی

پروتکل BACnet چیست؟

پروتکل bacnet چیست؟ پروتکل BACnet مخفف Building Automation and Control Network است و یک استاندارد بین‌المللی برای شبکه‌های اتوماسیون ساختمانی محسوب می‌شود. پروتکل هوشمند سازی BACnet توسط انجمن مهندسین گرمایش، سرمایش و تهویه مطبوع آمریکا (ASHRAE) توسعه یافته و توسط موسسه استاندارد ملی آمریکا (ANSI) و سازمان بین‌المللی استانداردسازی (ISO) نیز پذیرفته شده است.

پروتکل BACnet برای تبادل اطلاعات بین دستگاه‌های مختلف اتوماسیون ساختمان مانند ترموستات‌ها، سنسورها، کنترل‌کننده‌ها و سیستم‌های مدیریت ساختمان استفاده می‌شود. این پروتکل می‌تواند برای کنترل و نظارت بر طیف گسترده‌ای از سیستم‌های کنترل ساختمان از جمله سیستم‌های گرمایش، سرمایش، تهویه، روشنایی، امنیتی و انرژی استفاده شود.

پروتکل هوشمند سازی BACnet را می‌توان یکی از معروفت‌ترین و پراستفاده‌ترین پروتکل‌های پایش و کنترل سیستم‌های ساختمانی دانست، چراکه BACnet کاملاً متن‌باز بوده و امکان اتصال تمام تجهیزات را صرف نظر از برند و سازنده‌ آن‌ها به یکدیگر فراهم می‌کند. به‌همین دلیل، بیشتر لوازم و تجهیزات سیستم‌های اتوماسیون صنعتی و غیر صنعتی با پروتکل BACnet سازگاری داشته و به‌راحتی و بدون نیاز به پرداخت حق استفاده یا اشتراک می‌توان از آن برای انتقال داده بین تجهیزات بهره گرفت.

افزون‌براین، پروتکل هوشمند سازی BACnet از مدل ارتباطی Client-Server استفاده کرده و اطلاعات را به صورت اشیاء نمایش می‌دهد. BACnet از فناوری‌های شبکه مختلفی مانند Ethernet، IP، Zigbee و… نیز پشتیبانی می‌کند.

تاریخچه پروتکل BACnet

تاریخچه پروتکل هوشمند سازی BACnet به دهه 1980 بازمی‌گردد، زمانی که نیاز به استانداردی مشترک برای ارتباط و کنترل تجهیزات الکتریکی در ساختمان‌ها به ویژه سیستم‌های گرمایش، تهویه مطبوع (HVAC) و سیستم‌های کنترلی دیگر احساس شد. در این دوره، تعداد زیادی از تولیدکنندگان تجهیزات مختلف از استانداردهای انحصاری خود استفاده می‌کردند که باعث بروز مشکلات زیادی در اتصال دستگاه‌های مختلف ، تبادل اطلاعات و توسعه نرم‌افزارهای مختلف می‌شد.

با توجه به این چالش‌ها، در سال 1987، انجمن مهندسین گرمایش، سرمایش و تهویه مطبوع آمریکا (ASHRAE) به همراه موسسه استاندارد ملی آمریکا (ANSI)، پروژه‌ای را آغاز کرد که به توسعه پروتکل BACnet منجر شد. در سال 1995، نسخه اولیه پروتکل هوشمند سازی BACnet منتشر شد و از آن زمان شاهد بهبود و انتشار نسخه‌های جدید بوده است.

بیشتر بخوانید: پروتکل کی ان ایکس چیست؛ کاربردها و مزایای استاندارد KNX

در اواخر دهه 1990، پروتکل BACnet استاندارد ISO را دریافت کرد تا بتواند به استانداردی گسترده و بین‌المللی برای ارتباط و کنترل تجهیزات اتوماسیون ساختمانی تبدیل شود. این گام بلند باعث افزایش استفاده از پروتکل هوشمند سازی BACnet  در سطح جهانی و در صنایع مختلف مثل مسکونی، تجاری و صنعتی شد.

از آن زمان تا کنون، استفاده از پروتکل BACnet به عنوان یک استاندارد متن‌باز و انعطاف‌پذیر در حوزه کنترل و مدیریت ساختمان هوشمند ادامه داشته و به یکی از ابزارهای اصلی در بهره‌وری انرژی و هوشمند سازی خانه و ساختمان تبدیل شده است.

اصول پروتکل BACnet

اصول پروتکل BACnet را می‌توان در چهار بخش اصلی خلاصه کرد:

نمایش اطلاعات به عنوان شی: در پروتکل BACnet، هر داده یا اطلاعات مربوط به یک جزء یا دستگاه به عنوان یک شی نمایش داده شده و هر شی نیز دارای شناسه، نوع داده و اطلاعات اضافی است. این روش امکان ایجاد، تغییر و دسترسی به اشیا را فراهم می‌کند.

ارتباط بین دستگاه های BACnet: در مدل ارتباطی پروتکل BACnet، ارتباط بین دستگاه‌ها از طریق ارسال پیام‌های درخواست و دریافت پاسخ صورت می‌گیرد. در  مدل مذکور، درخواست‌کننده نقش کلاینت و پاسخ‌دهنده نقش سرور را بازی می‌کند. پروتکل هوشمند سازی BACnet از این طریق انواع مختلفی از خدمات را برای ارتباط بین دستگاه‌ها ارائه می‌دهد که از جمله می‌توان به خدمات کنترل، خدمات پایانه مجازی، خدمات دسترسی به اشیا، خدمات دسترسی به فایل و خدمات آلارم و ایونت اشاره کرد.

انتخاب فناوری‌های شبکه: برای انتقال پیام‌ها بین دستگاه‌های BACnet، باید از یک اتصال شبکه استفاده کرد. پروتکل BACnet از چندین فناوری شبکه مانند Ethernet، IP، Zigbee، ARCnet و Lon Talk پشتیبانی می‌کند. گفتنی است هر فناوری شبکه دارای مزایا و معایب خود خاصی است و باید بر اساس نیازهای پروژه آن را انتخاب کرد.

پذیرش و استانداردسازی: BACnet یک استاندارد باز و قابل دسترس است که توسط ASHRAE توسعه و به‌روزرسانی می‌شود. همچنین، پروتکل BACnet توسط ANSI و ISO به عنوان یک استاندارد بین‌المللی تایید شده است. BACnet دارای پذیرش جهانی بوده و توسط بیش از 800 تولیدکننده و بیش از 12 میلیون دستگاه پشتیبانی می‌شود.

معماری و ساختار پروتکل BACnet

پروتکل BACnet با توجه به اهداف ویژه خود در کنترل و مدیریت تجهیزات هوشمند در ساختمان‌ها، معماری منحصربه فرد و ساختار خاصی دارد که امکان ارتباط و تبادل داده‌ها را بین تجهیزات مختلف فراهم می‌کند. پروتکل هوشمند سازی BACnet یک پروتکل لایه‌ای متشکل از هفت لایه است.

• لایه فیزیکی: در این لایه، اتصالات فیزیکی بین تجهیزات برقرار می‌شود که شامل اتصالات سیمی مانند کابل‌های Ethernet یا اتصالات بی‌سیم مانند Wi-Fi می‌شود. وجود این لایه برای ارتباط فیزیکی تجهیزات از طریق پروتکل BACnet با یکدیگر حیاتی است.
• لایه لینک: در این لایه، فرآیند ارتباط بین تجهیزات از نظر ارتباطات داده‌ای انجام می‌شود. این لایه با استفاده از پروتکل‌هایی مانند Ethernet یا ARCNET برای مدیریت انتقال داده‌ها و اطلاعات بین تجهیزات استفاده می‌شود. لایه لینک مسئول کنترل جریان داده‌ها و تشخیص خطا در سطح پیوند داده‌ها است.
• لایه شبکه: این لایه، مسئولیت مدیریت شبکه و ارتباط بین اشیا و تجهیزات واقع در یک شبکه BACnet را بر عهده دارد. این لایه از طریق گره‌های مختلف شبکه، اطلاعات را به‌صورت مناسب برای انتقال به تجهیزات مربوطه تنظیم می‌کند.
• لایه انتقال: لایه انتقال مسئولیت‌های کنترل ارتباطات و تضمین تحویل داده‌ها را برعهده دارد. این لایه با استفاده از پروتکل‌هایی مانند UDP یا TCP، اطمینان از ارسال صحیح و درست داده‌ها را فراهم می‌کند.
• لایه جلسه: این لایه مسئول مدیریت ارتباطات بین دستگاه‌ها است.
• لایه کاربردی: این لایه اصلی‌ترین قسمت پروتکل هوشمند سازی BACnet بوده و وظیفه اصلی آن تعریف سرویس‌ها و دستوراتی است که تجهیزات مختلف برای ارتباط با یکدیگر نیاز دارند. این لایه شامل تعریف اشیا، سرویس‌های خواندن و نوشتن داده‌ها و دستورات کنترلی می‌شود.
• لایه نمایشی: این لایه مسئولیت مدیریت و کنترل تجهیزات خانه هوشمند مانند سنسورها، کنترلرها، و انواع دیگر تجهیزات را در پروتکل BACnet برعهده دارد. تجهیزات در این لایه به عنوان اشیاء تعریف شده و اطلاعات مربوط به آن‌ها تبادل می‌شود.

به این ترتیب، معماری BACnet با لایه‌های مختلف و وظایف مشخص در هر لایه، امکان ارتباط و کنترل هوشمند بین تجهیزات مختلف را فراهم می‌کند. این معماری تدابیر امنیتی، انعطاف‌پذیری، و کارایی را برای هوشمند سازی ساختمان‌ها و اتوماسیون اداری فراهم می‌کند

کاربردهای پروتکل BACnet

پروتکل BACnet طیف گسترده‌ای از کاربردهای تجاری و صنعتی را پوشش می‌دهد. از جمله کاربردهای رایج پروتکل هوشمند سازی BACnet می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• کنترل تجهیزات HVAC یا سیستم‌های گرمایش، سرمایش و تهویه مطبوع: پروتکل BACnet می‌تواند برای کنترل دما، رطوبت و سایر پارامترهای سیستم‌های HVAC استفاده شود.
• کنترل سیستم‌های روشنایی: پروتکل هوشمند سازی BACnet را می‌توان برای کنترل روشنایی داخلی و خارجی ساختمان‌ها استفاده کرد.
• کنترل سیستم‌های امنیتی: پروتکل BACnet می‌تواند برای کنترل سیستم‌های امنیتی ساختمان‌ها مانند سیستم‌های اعلام حریق، سیستم‌های نظارت تصویری و سیستم‌های کنترل دسترسی استفاده شود.
• کنترل سیستم‌های انرژی: امکان استفاده از پروتکل هوشمند سازی BACnet برای کنترل سیستم‌های انرژی ساختمان‌ها مانند سیستم‌های تولید انرژی، سیستم‌های ذخیره انرژی و سیستم‌های مدیریت انرژی وجود دارد.

تجهیزات برند خانه هوشمند لوکسون LOXONE

افزون‌براین، پروتکل BACnet می‌تواند برای کاربردهای زیر نیز استفاده شود:

• کنترل سیستم‌های آب و فاضلاب
• کنترل سیستم‌های تهویه مطبوع صنعتی
• کنترل سیستم‌های مخابراتی
• کنترل سیستم‌های حمل‌و‌نقل
• کنترل سیستم‌های اتوماسیون هوشمند خانگی

به‌طورکلی، پروتکل هوشمند سازی BACnet برای کنترل شبکه‌های اتوماسیون ساختمان و مدیریت مصرف انرژی انتخابی عالی است که در ادامه با این کاربردها بیشتر آشنا می‌شویم.

کنترل ساختمانی با استفاده از BACnet

یکی از کاربردهای مهم پروتکل BACnet در صنعت ساختمان، کنترل ساختمانی است. این پروتکل به مدیران ساختمان امکان می‌دهد تا انواع مختلف تجهیزات هوشمند در ساختمان را به یکدیگر متصل کرده و به صورت مرکزی و یا از راه دور کنترل نمایند.

با استفاده از پروتکل هوشمند سازی BACnet می‌توان به‌راحتی داده‌ها و دستورات کنترل را بین تجهیزات مختلف ساختمان انتقال داد. افزون‌براین، پروتکل BACnet قابلیت‌هایی مثل مدیریت سیستم‌های HVAC، کنترل روشنایی، کنترل امنیت و مدیریت تجهیزات مختلف را فراهم می‌کند که در بخش قبلی به آن‌ها اشاره شد. همچنین، امکان مدیریت مصرف انرژی از قابلیت‌های دیگر پروتکل BACnet است.

مدیریت انرژی و صرفه‌جویی در مصرف انرژی

استفاده از پروتکل BACnet در اتوماسیون ساختمان‌ها یکی از راهکارهای اصلی برای بهبود بهره‌وری و کاهش مصرف انرژی محسوب می‌شود. این پروتکل با فراهم‌کردن امکان تجمیع داده‌های مربوط به مصرف انرژی و تحلیل الگوهای مصرف انرژی می‌تواند به نظارت و بهینه‌سازی الگوهای مصرف کمک کند.

نمایندگی قطعات و تجهیزات آی تی سی (ITC Audio)

همچنین، پروتکل هوشمند سازی BACnet امکان شناسایی تجهیزات پرمصرف و کاهش مصرف انرژی آن‌ها را فراهم کرده و قابلیت تنظیم خودکار دستگاه‌های مختلف مثل HVACها را با توجه به شرایط شرایط محیطی، نیازهای دمایی و رطوبت دارد.  افزون‌براین، پروتک BACnet می‌تواند با پیش‌بینی مصرف انرژی از طریق تحلیل داده‌ها و استفاده از تجهیزات هوشمند نقش مؤثری در بهینه‌سازی مصرف انرژی ایفا کند.

مزایا و معایب پروتکل BACnet

پروتکل BACnet یک پروتکل استاندارد متن‌باز است که برای شبکه‌های اتوماسیون ساختمان استفاده می‌شود. این پروتکل یکی از معروف‌ترین فناوری‌های ارتباطی با مزایای فراوان است. بااین‌حال، این پروتکل نیز می‌تواند با محدودیت‌ها و چالش‌های روبه‌رو باشد که در ادامه با آن‌ها آشنا خواهیم شد.

مزایای استفاده از BACnet

• استاندارد بین‌المللی با انطباق گسترده: پروتکل BACnet یک استاندارد متن‌باز و بین‌المللی بوده و تقریباً همه دستگاه‌های اتوماسیون ساختمان از تولیدکنندگان مختلف می‌توانند از آن بهره‌مند شوند. این امر باعث می‌شود که پیاده‌سازی و مدیریت سیستم‌های اتوماسیون ساختمان با استفاده از پروتکل هوشمند سازی BACnet آسان‌تر باشد.
• امنیت: پروتکل BACnet دارای ویژگی‌های امنیتی داخلی است که از داده‌ها در برابر دسترسی غیرمجاز محافظت می‌کند. این ویژگی باعث می‌شود که سیستم‌های اتوماسیون ساختمان بهره‌مند از BACnet بسیار ایمن باشند.
• کارایی و بهره‌وری: پروتکل هوشمند سازی BACnet از الگوریتم‌های فشرده‌سازی داده استفاده کرده که باعث می‌شود شبکه‌های اتوماسیون ساختمان کارآمدتر باشند. BACnet به مدیران ساختمان این امکان را می‌دهد تا مصرف انرژی را با استفاده از داده‌ها و اطلاعات دقیق کاهش دهند.
• قابلیت گسترش: پروتکل BACnet قابل گسترش است و می‌تواند برای کاربردهای جدید در آینده نیز مورد استفاده قرار گیرد.
• قابلیت اطمینان: پروتکل BACnet یک پروتکل قابل اعتماد بوده و می‌تواند برای کاربری‌های حساس نیز مورد استفاده قرار گیرد.
• هزینه: پروتکل BACnet یک پروتکل مقرون‌به‌صرفه است و می‌تواند برای طیف گسترده‌ای از کاربردها استفاده شود.

معایب و محدودیت‌های پروتکل

• پیچیدگی: پروتکل BACnet یک پروتکل پیچیده است و پیاده‌سازی آن ممکن است برای مبتدیان دشوار باشد.
• سرعت و پهنای باند محدود: پروتکل هوشمند سازی BACnet ممکن است برای برخی از کاربردها کند باشد. استفاده از پروتکل BACnet در شبکه‌های با پهنای باند محدود ممکن است به ویژه در ساختمان‌های بزرگ که تعداد زیادی تجهیزات هوشمند دارند، باعث ایجاد چالش‌های جدی شود.

نمایندگی برند ABB در ایران

پرسش‌های متداول

نمایندگی اشنایدر (برند Schneider) در ایران

جمع‌بندی

در مقاله حاضر سعی کردیم شما را با پروتکل BACnet و تاریخچه آن آشنا کرده و اصول و معماری پروتکل هوشمند سازی BACnet را بررسی کنیم. همان‌طور که گفتیم، پروتکل BACnet یک استاندارد بین‌المللی برای شبکه‌های اتوماسیون ساختمانی است که امکان ارتباط و تبادل داده‌ها بین انواع مختلف تجهیزات هوشمند را فراهم می‌کند. این پروتکل که در دهه 1980 میلادی متولد شد، به‌دلیل مزایا فراوان به‌تدریج توسعه یافت و موفق به‌دریافت گواهینامه‌های بین‌المللی مختلف همچون ISO شد تا بتواند به‌طور گسترده در تجهیزات اتوماسیون ساختمان به‌کار گرفته شود.

همان‌گونه در این مقاله خواندید، پروتکل BACnet طیف گسترده‌ای از کاربردها را در ساختمان‌ها پوشش می‌دهد که از جمله آن‌ها می‌توان به کنترل سیستم‌های HVAC، کنترل سیستم‌های روشنایی، کنترل سیستم‌های امنیتی، کنترل سیستم‌های انرژی و مدیریت ساختمان و صرفه‌جویی در مصرف انرژی اشاره شد.

همچنین، استفاده از پروتکل هوشمند سازی BACnet در اتوماسیون ساختمان‌ها می‌تواند مزایای زیادی از جمله بهبود بهره‌وری، کاهش مصرف انرژی، افزایش راحتی و آسایش و بهبود امنیت را به‌همراه داشته باشد. این پروتکل قابلیت انطباق زیادی داشته و می‌تواند در اغلب دستگاه‌ها و تجهیزات امروزی یافت شود. افزون‌براین، قابلیت گسترش BACnet بسیار زیاده بوده و هزینه پیاده‌سازی آن نیز معقول است. بااین‌حال، BACnet نیز مانند سایر پروتکل‌ها دارای محدودیت‌هایی است که از مهم‌ترین آن‌ها به پیچیدگی زیاد و سرعت و پهنای باند محدود آن اشاره شد.

در مجموع، پروتکل BACnet یک پروتکل استاندارد و قابل اعتماد برای شبکه‌های خانه هوشمند است که مزایای زیادی از جمله انعطاف‌پذیری، قابلیت اطمینان، امنیت و پذیرش گسترده داشته و می‌تواند نیاز کاربران مختلف را برآورده کند.