بروتوكولات الاتصال المفتوح للمصاعد ، الجزء الثاني

في المقال الأول من هذه السلسلة (ELEVATOR WORLD، يوليو 2014)، تمت مناقشة علم ومفهوم البروتوكولات المفتوحة والمتوافقة مع بعضها البعض، مع مقدمة للطبقات السبع لنموذج شبكة الترابط بين الأنظمة المفتوحة (OSI) القياسي لمنظمة التقييس الدولية (ISO) والعديد من الشبكات الشائعة، بما في ذلك ModBus وCANBus، مع تطبيقات في أنظمة المصاعد وغيرها. بعد ذلك، تمت مناقشة أحد اللاعبين الرئيسيين في هذه الصناعة، LonWorks، والبروتوكول المرتبط به، LonTalk، بمزيد من التفصيل. في هذه المناقشة، تم تقديم ملفات تعريف وظيفية مصممة خصيصًا للمصاعد.

في هذا المقال الختامي من السلسلة ، سيكون الموضوع الرئيسي هو لاعب رئيسي آخر في الصناعة ، وهو أتمتة البناء وشبكات التحكم (BACnet). بدأ تاريخ تطوير BACnet في عام 1995 ، عندما تم نشر أول مواصفات BACnet. تم نشر الإصدار الأخير ، وهو المعيار 135-2012 ، في عام 2012 ، ويتم تحديثه باستمرار. إن التطور الأخير لـ BACnet المتعلق بأنظمة المصاعد هو المحور الرئيسي لهذه المقالة.

ما هو BACnet؟

BACnet هو بروتوكول اتصال قياسي ومفتوح وقابل للتشغيل المتبادل طورته الجمعية الأمريكية لمهندسي التدفئة والتبريد وتكييف الهواء (ASHRAE). يوفر البنية التحتية للاتصالات اللازمة لدمج المنتجات التي يصنعها بائعون مختلفون ودمج خدمات البناء المستخدمة بشكل مستقل عن بعضها البعض.

تاريخ التنمية

حتى منتصف الثمانينيات ، كانت البروتوكولات المستخدمة في أنظمة إدارة المباني (BMSes) مملوكة ؛ لذلك ، تم ربط جزر الأنظمة من قبل بائعين مختلفين ببعضهم البعض عن طريق البوابات كمترجمين لبروتوكولات الملكية. كان الحل هو دمجها جميعًا معًا ، بينما سيتم استخدام البيانات باستمرار وبشكل متكرر بواسطة أنظمة مختلفة عند إجراء الاتصال البيني. في يناير 1980 ، بدأت ASHRAE في تطوير بروتوكول اتصال قياسي صناعي لبناء أنظمة التشغيل الآلي والتحكم. تم تشكيل لجنة المشروع القياسية (SPC) 1987P لإنجاز المهمة. جاء أعضاؤها من الشركات المصنعة والاستشارات الهندسية والجامعات والوكالات الحكومية من الولايات المتحدة وكندا. في عام 135 ، تم اقتراح حل آخر ، والذي أصبح LonWorks في التسعينيات (EW ، يوليو 1988). في عام 1990 ، نتج عن حل من أوروبا تشكيل الاتحاد الأوروبي لحافلات التركيب (EIBA). وضعت هذه البروتوكولات الثلاثة المفتوحة منصة ضوابط البناء لنظم إدارة المباني في جميع أنحاء العالم. في أواخر التسعينيات ، EIBA ، Batibus والأوروبية Home تم دمج النظام لتشكيل جمعية Konnex (EW ، يوليو 2014).

وفقًا لبوشبي ، [1] تم عقد الاجتماع الأول لـ SPC في يونيو 1987. في أغسطس 1991 ، تم نشر أول مراجعة عامة لمعيار BACnet المقترح للتعليق ، مما أدى إلى ظهور 507 تعليقات من ستة بلدان مختلفة. تم نشر نسخة منقحة من مسودة المعيار في مارس 1994 للمراجعة الثانية ، والتي ولدت 228 تعليقًا من 12 دولة. تم إجراء مراجعة عامة ثالثة وأخيرة في مارس 1995 ، مما أدى إلى إنشاء ستة تعليقات. تم تسمية إصدار 1995 هذا باسم ASHRAE - 135 ، والذي أصبح معيارًا للمعهد القومي الأمريكي للمعايير في نفس العام.

في عام 1998 ، تم تشكيل مجموعتين من مجموعات المصالح BACnet (BIGs) في أمريكا الشمالية وأوروبا. في عام 1999 ، تم تأسيس جمعية مصنعي BACnet. في عام 2000 ، تم تشكيل مختبرات اختبار BACnet (BTL) ، والتي أصبحت فيما بعد تحت مظلة BACnet International (منظمة عالمية لتعزيز BACnet) لدعم اختبار الامتثال وأنشطة اختبار التشغيل البيني ، والتي تتكون من مدير BTL ومجموعة العمل (WG). تم تشكيل WG من قبل BACnet International للإشراف على إنشاء شهادة المطابقة وبرنامج الإدراج BACnet. تتألف مجموعة العمل من أعضاء BACnet International و BIG-Europe ، وتتمثل أهدافهما في تعزيز وصيانة علامتي BACnet و BTL التجاريتين.

في عام 2001 ، تم إصدار BACnet الإصدار 2001. في عام 2002 ، أصبح أول جهاز مدرج في قائمة BTL متاحًا. في نفس العام ، تم إنشاء مجموعة عمل لغة التوصيف القابلة للامتداد (XML) للنظر في الاستخدام المحتمل لهذه اللغة الترميزية شائعة الاستخدام لدعم BACnet. كان هذا بحيث لم يعد BACnet بروتوكولًا بسيطًا بين أجهزة التحكم - يمكن أيضًا أن تتحدث أنظمة حلول المؤسسات وأنظمة إدارة المرافق المحوسبة فيه. في عام 2003 ، أصبحت BACnet معيارًا دوليًا ، تم تعيينه ISO 16484-5. في نفس العام ، تم نشر طرق الاختبار والمطابقة BACnet ، ASHRAE - 135.1. بعد ذلك ، تم إطلاق إصدار BACnet 2004. في عام 2005 ، أصبح الجهاز رقم 100 المُدرج في قائمة BTL متاحًا للصناعة. في عام 2008 ، تم إصدار BACnet الإصدار 2008. يوجد الآن أكثر من 726 تعيينًا فريدًا لتعريف البائعين (معرفات) في العالم. يتم سرد كل بائع يصنع الأجهزة المدرجة في قائمة BTL ، ونحن نستخدم أحدث إصدار من BACnet ، 2012.

حديث BACnet

الآن ، على الرغم من تصنيفها ASHRAE ، لا يتم استخدام BACnet فقط في صناعة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء. يتم تطبيقه أيضًا في الدوائر التلفزيونية المغلقة والمختبرات والإضاءة والأمن والتحكم في الوصول والحريق وسلامة الحياة. يعتبر تطبيقه في صناعة النقل العمودي جديدًا تمامًا.

يحدد معيار BACnet لعام 2012 سبعة أنواع من الشبكات (الشكل 1): BACnet Internet Protocol (IP) (الأكثر شيوعًا) ، BACnet الرئيسي-التابع / تمرير الرمز المميز (MS / TP) (ثاني أكثر شيوعًا) ، BACnet عبر Ethernet ، BACnet عبر ARCNET و BACnet من نقطة إلى نقطة عبر RS-232 أو الهاتف و BACnet عبر LonTalk و BACnet عبر ZigBee (شبكة لاسلكية). يتم تنفيذ BACnet فقط على أربع طبقات من سبع طبقات من ISO OSI ، تسمى "OSI المنهارة". "BACnet IP" يعني أن بروتوكول BACnet مكتوب من حيث IP ولكن لا يتم توجيهه عبر IP. تحقق BACnet قابلية التشغيل البيني للجهاز بثلاث طرق: الكائنات (المعلومات) ، والخدمات (طلبات العمل) وأنظمة النقل (الإنترنت ، والرسائل الإلكترونية).

تحدد BACnet حاليًا 54 نوعًا قياسيًا مختلفًا من الكائنات ، تتشابه وظائفها مع متغيرات الشبكة في LonWorks. قد تكون الأشياء مادية أو افتراضية ، مفردة أو متعددة. يعد وجود أنواع الكائنات القياسية أمرًا مهمًا ، حيث يتم تعريف معناها وتطبيقها جيدًا وتنفيذها باستمرار في أجهزة بائعين مختلفين. كل كائن له خصائص (حاليًا ، هناك أكثر من 190 خاصية قياسية) ، والتي تعطي المعلومات الدقيقة لكائنات BACnet. على سبيل المثال ، مستشعر درجة الحرارة هو كائن إدخال تناظري ، بينما القيمة الحالية ، بالدرجات فهرنهايت ، هي إحدى خصائصه.

تتواصل الأجهزة مع بعضها البعض عن طريق إرسال واستقبال الخدمات. يصبح كل طلب خدمة وإقرار الخدمة المرتجع (الرد) زوجًا من حزم الرسائل المنقولة عبر الشبكة بين أجهزة الإرسال والاستقبال. يقوم البرنامج الذي يعمل على كل جهاز بإصدار طلبات الخدمة ومعالجتها عند الاستلام. يتم تجميع جميع الخدمات في خمس فئات: الوصول إلى الكائن (قراءة وكتابة وإنشاء وحذف) ، وإدارة الجهاز (اكتشاف ، ومزامنة الوقت ، وما إلى ذلك) ، والتنبيه والحدث (تغييرات الحالة ، وما إلى ذلك) ، ونقل الملفات (بيانات الاتجاه و برنامج نقل) ومحطة افتراضية (واجهة بشرية / آلة).

أنظمة النقل الخاصة بشبكة BACnet هي أنواع الشبكات المختلفة المستخدمة (أي مستويي ISO OSI 1 و 2). وتجدر الإشارة إلى أن المحتوى الدقيق يظل كما هو ، بغض النظر عن الشبكة المستخدمة لنقل الرسالة. بهذه الطريقة فقط لا تكون البوابة مطلوبة في شبكة BACnet.

تحدد BACnet خمس مناطق قابلية للتشغيل البيني للوصول إلى هدفها الرئيسي: مشاركة البيانات ، والاتجاه ، والجدولة ، وإدارة الإنذار والأحداث ، وإدارة الجهاز والشبكة. يتم تمثيلها جميعًا بواسطة وحدات بناء مختلفة للتشغيل البيني BACnet (BIBBs). لتوضيح كيفية أداء جهاز BACnet للمستخدمين ، يتم فرض "دليل" قياسي لكل جهاز: "بيان تنفيذ البروتوكول والمطابقة (PICS)" ، وهو عبارة عن ورقة بيانات قياسية للكشف عن ميزات BACnet المطبقة على هذا الجهاز. مرة أخرى ، مثل LonWorks ، تتعلق PICS بواجهات الإدخال / الإخراج للجهاز ، بينما لا يتم التحكم في برامج التحكم الداخلي. تتكون PICS عادةً من المعلومات التالية للجهاز:

1. اسم المنتج والإصدار والوصف
2. الملف الشخصي للجهاز ، ومحطة العمل ، ووحدة التحكم في المبنى ، والمستشعر الذكي ، وما إلى ذلك.
3. دعم BIBBs
4. دعم التجزئة وحجم النافذة
5. دعم أنواع الكائنات القياسية
6. دعم طبقات التحكم في الوصول إلى الوسائط
7. دعم بناء عنوان الجهاز الثابت
8. دعم خيارات الشبكات
9. دعم مجموعات الأحرف.

مشاكل استخدام BACnet

وفقًا لهوفمان ، [2 و 4] يجب تحديد شبكة BACnet بشكل صحيح لتكون قابلة للتشغيل البيني بشكل كامل. هنا ، تعني إمكانية التشغيل البيني أنه يمكن توصيل الأجهزة ، حتى التي تم تصنيعها بواسطة بائعين مختلفين ، والعمل معًا لإنجاز مهمة كبيرة. تجدر الإشارة إلى أن قابلية التشغيل البيني هي أكثر بكثير من مجرد اتصال بين جهازين. يكون مفيدًا فقط عندما يتمكن جهازان من بائعين مختلفين من التواصل مع بعضهما البعض ، ثم التعاون للعمل معًا لتحقيق نفس الهدف. يجب أن تتضمن المواصفات جميع المديرين التنفيذيين لمنشآت المعلومات الذين يريدون أن يكونوا قادرين على الوصول إليها عبر BACnet. قد تتعلق الأسئلة الشائعة بأهداف نظام إدارة المباني ، أو المعلومات المحددة التي يجب أن تكون مرئية ، أو تنسيق العرض أو سهولة الاستخدام. إن معرفة إجابات هذه الأسئلة مقدمًا سيساعد في تحديد المهندسين أخذ هذه الاحتياجات في الاعتبار أثناء عملية التصميم.

BACnet عبارة عن مجموعة من البروتوكولات للاتصال بين الأجهزة الإلكترونية وأجهزة الكمبيوتر. لذلك ، لا تحدد BACnet في حد ذاتها كيفية برمجة نظام أتمتة البناء أو جدولته للعمل ككل. ومن ثم ، يجب أن تتضمن المعلومات الواردة في المواصفات أيضًا تسلسل العمليات وقائمة النقاط ونقاط الإدخال / الإخراج التي يجب الوصول إليها عبر BACnet.

شركة باكنت للمصاعد

وفقا للفصل 14 من دليل المعهد المعتمد لمهندسي خدمات البناء د: أنظمة النقل في المباني ،^[5] هناك العديد من المزايا للمراقبة عن بعد للمصاعد ، بما في ذلك مراقبة الأعطال ، والمراقبة حسب الظروف ، ومراقبة الفيديو ، وتسجيل البيانات ، وسلامة موظفي الموقع ، والإنذارات والتحكم في التخريب. يمكن للمراقبة عن بعد تحسين موثوقية وتوافر نظام المصعد حيث يمكن لإدارة المبنى أن تتابع عن كثب تشغيل النظام في الوقت الفعلي. وبهذه الطريقة ، يمكن تقصير وقت الاستجابة للوقوف على الأعطال وإطلاق سراح الركاب المحاصرين.

في عام 2006 ، تم تعيين مؤلفك من قبل إدارة الخدمات المعمارية في حكومة منطقة هونغ كونغ الإدارية الخاصة للعمل على تطوير بروتوكولات مشتركة للمصاعد المملوكة للحكومة في هونغ كونغ. يجب أن تكون البروتوكولات المطورة مستقلة عن الجهاز والنظام الأساسي ، مما يجعل التعاون الذي يستغرق وقتًا طويلاً بين شركة المصاعد ومورد خدمات إدارة المباني غير ضروري في أي مكان يتم فيه تشغيل مشروع التكامل. استغرق فريق المؤلف ما يقرب من عام لإنهاء المشروع بالتوصية بثلاثة مقترحات ، باستخدام XML و LonTalk و BACnet ، على التوالي. تم تثبيت واختبار الأنظمة الثلاثة ، التي تتضمن تطوير بوابة المصعد والسلالم المتحركة الشاملة لتحويل بروتوكول الملكية لوحدة التحكم الإشرافية في المصعد إلى بروتوكولنا المفتوح ، واختبارها في موقعين حقيقيين في هونغ كونغ.

بعد اكتمال المشروع ، التقى مؤلفك بالراحل بيل سوان ، الذي كان رئيس ASHRAE's SPC 135 لعدة سنوات. لقد كان مهتمًا جدًا بأنظمة المصاعد والداعمة ، وعملنا معًا لإنتاج المسودة الأولى لكائنات BACnet ذات الصلة بالمصعد في أوائل عام 2010. لسوء الحظ ، توفي في منتصف عام 2011 ، واستغرق الأمر أكثر من عام قبل أن تصبح الكائنات التي تمت صياغتها جاهز لأول مراجعة عامة. قبل ذلك ، تم نشر ورقة مشتركة بين Swan ومؤلفك لتقديم المسودة. [6] تم الانتهاء من المراجعة العامة الثانية في أوائل عام 2014. ونتطلع إلى الموافقة النهائية قبل نهاية عام 2014.

تم تصميم التسلسل الهرمي للمصعد القياسي (بما في ذلك المصاعد والسلالم المتحركة ؛ هنا ، يتم استخدام اسم "المصعد" بمعنى أكثر عمومية) بشكل مشترك. يشمل المباني وغرف الماكينات (للمصاعد) أو مقصورات الماكينات (للسلالم المتحركة) ومجموعات المصاعد والمصاعد الفردية أو السلالم المتحركة (الشكل 2). تتكون هذه الكائنات من الخصائص التي تمثل الحالة الحالية للتثبيت. على الرغم من أن هذا التصميم منطقي بسهولة لمهندسي المصاعد ، إلا أنه غير متوافق مع التنسيق القياسي لـ BACnet. بعض التعديلات ضرورية ، وهي النسخة المدرجة في وثيقة المراجعة الثانية (الشكل 3).

يتكون كائن مجموعة المصعد من الخصائص المدرجة في العمود الأيسر من الشكل 4. هنا ، تم تقديم خصائص جديدة ، مثل "Landing_Calls" و "Landing_Call_Control". هذا الأخير هو أمر تحكم محدود يمكن إصداره من قبل BMS عن بعد كما لو كان الراكب سيضغط على أزرار استدعاء الهبوط في الموقع.

جسم المصعد أو السلم المتحرك أكثر تعقيدًا ، مع معرفات جديدة (الشكل 4). هنا ، "Making_Car_Call" و "Car_Door_Command" هما أمران متبقيان عن بعد مسموح بهما ، كما لو أن أحد الركاب أجرى مكالمة داخل سيارة رفع أو فتح / أغلق أبواب السيارة يدويًا. إلى جانب إشارات الأمان القياسية ، فإن خصائص مثل "Car_Load" و "Car_Position" و "Energy_Meter" جديدة لتقييم معامل قياس أداء الطاقة ، J / kg-m ، التي تمت مناقشتها في الجزء الأول من سلسلة المقالات هذه.

بعض الأنظمة التي تستخدم الكائنات والخدمات كبيرة جدًا أو متباعدة عن بُعد وبالتالي متصلة بشبكات IP. لهذا السبب ، لا يتم اعتبار البيانات قد تم نقلها في الوقت المناسب ، ومع ذلك يجب أن يكون نظام إدارة المباني قادرًا على معرفة البيانات الأحدث لديه. علاوة على ذلك ، فإن الإنترنت نفسه ليس متزامنًا ، في حين أن نظام المصعد ديناميكي للغاية ، ويتغير ثانية تلو الثانية. أدى ذلك إلى إدخال البيانات ذات الطابع الزمني. أيضًا ، نظرًا لاحتمال وجود أعداد كبيرة من اشتراكات تغيير القيمة (COV) (وتغييرات وقت التشغيل في تلك الاشتراكات) ، فإن القدرة على الاشتراك وإلغاء الاشتراك في إشعارات COV في طلب واحد (على عدد من الخصائص لرقم من الكائنات). تتوفر أيضًا القدرة على نقل COVs متعددة الأغراض في إشعار واحد.

خاتمة

في هذه المقالة ، تم النظر بإيجاز في بنية BACnet ، في حين تم تقديم بنية البيانات لكائن مجموعة المصعد المطور حديثًا وجسم الرفع وكائن السلم المتحرك. باستخدام هذه الكائنات ، يصبح الاتصال بين BMS ووحدة التحكم الإشرافية في المصعد واضحًا ، ولا توجد حاجة لربطهما على أساس كل مشروع على حدة. مع الموافقة على هذه الأشياء في المستقبل القريب ، يمكن تنفيذ BACnet رسميًا في صناعة المصاعد الكبرى.

شكر وتقدير

يود مؤلفك تكريس هذا المقال لذكرى صديقه الراحل ، بيل "BACnet Bill" Swan ، لكل مساهماته وجهوده في إعداد كائنات وخصائص BACnet الجديدة.

مراجع حسابات
[1] Bushby، ST "BACnet - بنية تحتية قياسية للاتصالات للمباني الذكية" Automation in Construction، Vol. 6 ، رقم 5-6 ، 1997 ، ص. 529-540.
[2] هوفمان ، ت. "BACnet: Setting the New Standard،" Johnson Controls Building Efficiency White Paper ، أغسطس 2010.
[3] Martocci، JP "Bacnet Unplugged - Zigbee and BACnet Connect،" ASHRAE Journal، June 2008، p. 42-46.
[4] Tom، S.، "A Simple Way to Specify BACnet،" BACnet Today - A Supplement to ASHRAE Journal، November 2005، p. B27-B32.
[5] المعهد القانوني لمهندسي خدمات البناء د: أنظمة النقل في المباني ، 2010.
[6] So، A. and Swan، B.، "BACnet for Elevator،" Elevatori، Vol. 1 ، يناير / فبراير ، 2011.