В этой статье:
- Задача масштабирования систем автоматизации зданий
- BBMD (BACnet Broadcast Management Device)
- COV (Change of Value)
- Совместимость
- Применение BACnet BBMD и COV в решениях Systeme Electric
- Заключение
Почему вопрос масштабирования систем автоматизации зданий так важен? Автоматизация инженерных систем зданий отличается от промышленной автоматизации тем, что имеет распределенную структуру, при этом нуждается в централизованном мониторинге и управлении.
Поэтому возможность масштабировать системы автоматизации зданий тем более востребована, чем больший размер имеет здание. Особенно важна способность к масштабированию для комплекса территориально разнесенных зданий.
Задача масштабирования систем автоматизации зданий
Под способностью к масштабированию понимается возможность добавления нового оборудования или новых функций к инженерным системам без ухудшения качества их работы.
Типичный срок службы системы автоматизации составляет 10-15 лет, и в течение этого времени у заказчика могут появиться новые задачи.
Например:
- Подключение к инженерной системе дополнительных вентиляционных установок, тепловых пунктов, помещений с регулированием микроклимата.
- Добавление сигналов — например, к существующим контроллерам подключаются дискретные модули расширения для контроля состояния автоматических выключателей.
- Расширение функций — например, в дополнение к регулированию микроклимата можно автоматизировать управление освещением в помещениях.
Все эти примеры приводят к увеличению сетевого трафика, то есть нагрузки на сетевую структуру и на серверную часть. Что, если после масштабирования нагрузка окажется слишком большой? Это приведет к нарушению работы и первоначально установленной части системы.
Применение технических решений, не имеющих способности эффективно справляться с растущей нагрузкой, накладывает ограничения на возможные расширения.
Протокол BACnet был разработан для систем автоматизации зданий, и он содержит решения для снижения сетевого трафика и для упрощения применения устройств BACnet в IP-сетях.
BBMD (BACnet Broadcast Management Device) — это функция, которая используется в сетях BACnet/IP для обеспечения связи между устройствами, находящимися в разных IP-подсетях. BBMD играет ключевую роль в обработке широковещательных сообщений, которые по умолчанию не пересылаются между подсетями в IP-сетях.
BACnet COV (Change of Value) — это механизм в протоколе BACnet, предназначенный для уведомления об изменении значения определенной переменной (например, температуры, состояния оборудования и т.д.). Это позволяет устройствам эффективно обмениваться данными, минимизируя объем передаваемой информации, так как данные передаются только при изменении значения, а не постоянно.
Теперь давайте разберем принцип действия каждого механизма подробнее.
BBMD (BACnet Broadcast Management Device)
Проблема широковещательных сообщений
BACnet/IP использует широковещательные сообщения (broadcast) для некоторых типов взаимодействий, таких как обнаружение устройств и обмен служебной информацией. Однако маршрутизаторы в IP-сетях обычно не передают широковещательные пакеты за пределы своей подсети. Это создает проблему для устройств BACnet, находящихся в разных подсетях, так как они не могут обнаружить друг друга или взаимодействовать.
Как работает BBMD
BBMD решает эту проблему, обеспечивая маршрутизацию широковещательных сообщений между подсетями. Основные этапы работы включают:
- Перехват широковещательных сообщений
Broadcast Management Device перехватывает широковещательные пакеты, отправленные устройствами BACnet/IP в своей подсети. - Инкапсуляция сообщений
Перехваченные широковещательные сообщения инкапсулируются в unicast-пакеты, которые можно передать через маршрутизаторы в другие подсети. - Пересылка другим BBMD устройствам
Инкапсулированные пакеты отправляются другим BBMD, расположенным в соседних подсетях. Это обеспечивается с помощью заранее настроенного списка таблицы Broadcast Distribution Table (BDT), которая содержит IP-адреса всех BBMD в сети. - Декодирование и распространение
Broadcast Management Device в целевой подсети принимает инкапсулированные сообщения, декодирует их и пересылает в своей локальной подсети в виде широковещательных пакетов. Это позволяет устройствам в целевой подсети получить сообщение. - Обратная связь
Если требуется ответ на широковещательное сообщение, ответное сообщение отправляется от устройства в целевой подсети обратно к инициатору в виде unicast-пакета.
Пример работы BBMD
Система, включающая три подсети (192.168.1.255, 192.168.2.255, 192.168.3.255):
- Устройство в подсети 192.168.1.255 отправляет широковещательный запрос для обнаружения других BACnet-устройств.
- Broadcast Management Device в подсети 192.168.1.255 перехватывает этот запрос, инкапсулирует его и пересылает BBMD в подсети 192.168.2.255 и 192.168.3.255.
- BBMD в подсетях 192.168.2.255 и 192.168.3.255 расшифровывают запрос и отправляют его в своей локальной подсети как широковещательное сообщение.
- Устройства в подсетях 192.168.2.255 и 192.168.3.255 получают запрос и, если необходимо, отправляют ответы через свои локальные BBMD обратно в подсеть инициатора (192.168.1.255).
Настройка BBMD
Для корректной работы BBMD требуется предварительная настройка.
Таблица распределения широковещательных сообщений (Broadcast Distribution Table, BDT) содержит IP-адреса всех BBMD устройств в сети. Это позволяет последним обмениваться сообщениями между подсетями.
Возможна настройка BBMD для обработки только определенных типов сообщений, что позволяет оптимизировать сетевой трафик и управление данными в системе автоматизации.
Преимущества использования BBMD
Использование BBMD дает возможность расширения сети автоматизации в том числе в IP-сетях масштаба предприятия, так как станции, контроллеры, датчики и т.д., подключенные в различных подсетях, взаимодействуют друг с другом, и это не требует специальной настройки сетевых маршрутизаторов.
В сложных сетях построение систем автоматизации и диспетчеризации становится более простым на этапах проектирования и ввода в эксплуатацию. Добавление нового элемента при масштабировании не создает сложностей во взаимодействии его с устройствами в других подсетях.
COV (Change of Value)
Механизм BACnet COV (Change of Value) позволяет снизить объем передаваемых в сети данных по сравнению с традиционным опросом за счет того, что передача данных происходит только при выполнении определенных условий, а не постоянно.
Как работает BACnet COV
- Подписка (Subscription)
Устройство, которое хочет получать уведомления об изменениях (например, контроллер или система диспетчеризации), отправляет запрос на подписку (SubscribeCOV) другому устройству. Запрос явно указывает, что именно отслеживает этот подписчик. - Мониторинг изменений
Устройство, на объект которого была произведена подписка, начинает отслеживать изменения указанного объекта, позволяя автоматизировать передачу данных без необходимости постоянного опроса. Когда значение изменяется в заданных пределах, уведомление (COV Notification) автоматически отправляется подписчику. - Уведомление (Notification)
Уведомление содержит новое значение переменной и другую связанную информацию. Уведомление отправляется только при изменении значения, это снижает нагрузку на сеть. - Прекращение подписки
Подписка может быть отменена либо по запросу подписчика, либо по истечении заданного времени (если используется временная подписка).
Преимущества BACnet COV
Эффективность. Данные передаются только при изменении, что снижает нагрузку на сеть и получателя. Для аналоговых значений, кроме того, задается пороговое значение, чтобы передача не происходила при незначительных изменениях сигнала. Как следствие, не тратятся ресурсы на обработку постоянных опросов, изменения отслеживаются автоматически, а уведомления отправляются при необходимости.
Снижение задержек. Подписчики быстро получают актуальную информацию, так как не происходит ожидание следующего цикла опроса для получения нового значения.
Гибкость. Подписка может быть настроена на конкретные переменные и условия.
Масштабируемость. Легко масштабируется для больших сложных систем, так как нагрузка на сеть и устройства минимальна.
Использование BACnet COV
COV обеспечивает более эффективное использование ресурсов сети и устройств, быструю реакцию на изменения и лучше подходит для масштабируемых систем.
Нагрузка на сеть при использовании BACnet COV (Change of Value) по сравнению с традиционным опросом (polling) может быть значительно снижена, но точная степень снижения зависит от частоты изменений значений и количества устройств и переменных.
Если данные изменяются редко, COV значительно снижает нагрузку, так как уведомления отправляются только при изменениях.
В сложных системах COV обеспечивает существенное снижение нагрузки, так как опрос каждого устройства/переменной создает значительный трафик.
Совместимость
Функции COV и BBMD, являющиеся частью служб протокола BACnet, поддерживаются оборудованием различных производителей и поэтому предоставляют гибкость в выборе решения для конкретного проекта.
Применение BACnet BBMD и COV в решениях Systeme Electric
Решения Systeme Electric включают поддержку таких важных BACnet возможностей, как BBMD и COV.
Системы автоматизации и диспетчеризации Systeme Building Operation и Systeme Platform включают функции подписчика COV и получают уведомления об изменениях, не требуя постоянного опроса.
Контроллеры SystemeHD имеют встроенную поддержку BBMD.
Функция COV реализована в контроллерах и модулях расширения SystemeHD, благодаря чему обеспечивается эффективная передача данных на уровне BACnet/IP и BACnet MS/TP.
Заключение
Построение масштабируемых распределенных инженерных систем автоматизации и диспетчеризации зданий становится возможным при выборе BACnet решений, использующих функции эффективной передачи данных и способных работать в компьютерных сетях со сложной структурой.
В этом случае установленная система автоматизации сохраняет гибкость, обеспечивает эффективное управление инженерными системами и способность к наращиванию и модернизации в течение всего жизненного цикла, а после его окончания позволяет осуществить плавный переход к решениям нового поколения.
