Protocolos de comunicación abierta para ascensores, parte 2

En el primer artículo de esta serie (ELEVATOR WORLD, julio de 2014), se analizó la ciencia y el concepto de protocolos abiertos e interoperables, con una introducción a las siete capas del modelo de red de interconexión de sistemas abiertos (OSI) de la Organización Internacional de Normalización (ISO) y varias redes populares, incluidas ModBus y CANBus, con aplicaciones en sistemas de ascensores y otros. A continuación, se analizó en mayor detalle un actor clave en esta industria, LonWorks, y un protocolo asociado, LonTalk. En este debate, se presentaron perfiles funcionales diseñados especialmente para ascensores.

En este artículo final de la serie, otro actor clave de la industria, Building Automation and Control Networks (BACnet), será el tema principal. La historia del desarrollo de BACnet comenzó en 1995, cuando se publicó la primera especificación de BACnet. La última versión, la Norma 135-2012, se publicó en 2012 y se actualiza continuamente. El desarrollo reciente de BACnet relacionado con los sistemas de ascensores es el foco principal de este artículo.

¿Qué es BACnet?

BACnet es un protocolo de comunicación estándar, abierto e interoperable desarrollado por la Sociedad Estadounidense de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado (ASHRAE). Proporciona la infraestructura de comunicación necesaria para integrar productos fabricados por diferentes proveedores e integrar los servicios de construcción utilizados de forma independiente unos de otros.

Historia del desarrollo

Hasta mediados de la década de 1980, los protocolos utilizados en los sistemas de gestión de edificios (BMS) eran propietarios; por lo tanto, las islas de sistemas de diferentes proveedores estaban conectadas entre sí mediante pasarelas como traductores de protocolos propietarios. La solución fue combinarlos todos juntos, mientras que los datos serían utilizados de manera consistente y repetida por diferentes sistemas cuando se llevara a cabo la intercomunicación. En enero de 1987, ASHRAE comenzó a desarrollar un protocolo de comunicación estándar de la industria para sistemas de control y automatización de edificios. El Comité de Proyectos Estándar (SPC) 135P se formó para realizar la tarea. Sus miembros procedían de fabricantes, consultoras de ingeniería, universidades y agencias gubernamentales de Estados Unidos y Canadá. En 1988, se propuso otra solución, que se convirtió en LonWorks en la década de 1990 (EW, julio de 2014). En 1990, una solución de Europa resultó en la formación de la Asociación Europea de Buses de Instalación (EIBA). Estos tres protocolos abiertos establecieron la plataforma de control de edificios para BMS en todo el mundo. A finales de la década de 1990, EIBA, Batibus y el Home System, fusionado para formar la Asociación Konnex (EW, julio de 2014).

Según Bushby, [1] la primera reunión del SPC se llevó a cabo en junio de 1987. En agosto de 1991, se publicó la primera revisión pública del estándar BACnet propuesto para recibir comentarios, lo que generó 507 comentarios de seis países diferentes. En marzo de 1994 se publicó una versión revisada del borrador de la norma para una segunda revisión, que generó 228 comentarios de 12 países. En marzo de 1995 se realizó una tercera y última revisión pública, que generó seis comentarios. Esta versión de 1995 se llamó ASHRAE-135, que se convirtió en un estándar del American National Standards Institute en el mismo año.

En 1998, se formaron dos Grupos de Interés BACnet (BIG) en América del Norte y Europa. En 1999, se estableció la Asociación de Fabricantes BACnet. En 2000, se formó BACnet Testing Laboratories (BTL), que luego pasó a estar bajo el paraguas de BACnet International (una organización global para promover BACnet) para respaldar las actividades de pruebas de cumplimiento y pruebas de interoperabilidad, que consiste en BTL Manager and Working Group (WG). El grupo de trabajo fue formado por BACnet International para supervisar el establecimiento del programa de certificación y listado de conformidad de BACnet. El WG está compuesto por miembros de BACnet International y BIG-Europe, cuyos objetivos son promover y mantener las marcas comerciales BACnet y BTL.

En 2001, se lanzó la versión 2001 de BACnet. En 2002, el primer dispositivo incluido en BTL estuvo disponible. El mismo año, se estableció el Grupo de trabajo de lenguaje de marcado extensible (XML) para analizar la posible utilización de este lenguaje de marcado de uso común para admitir BACnet. Esto fue para que BACnet ya no fuera un protocolo simple entre dispositivos de control; los sistemas de soluciones empresariales y los sistemas computarizados de administración de instalaciones también podrían hablar en él. En 2003, BACnet se convirtió en un estándar internacional, designado ISO 16484-5. En el mismo año, se publicó los métodos de prueba y conformidad de BACnet, ASHRAE - 135.1. Luego, se lanzó la versión 2004 de BACnet. En 2005, el dispositivo número 100 de BTL estaba disponible para la industria. En 2008, se lanzó la versión 2008 de BACnet. Ahora, hay más de 726 designaciones de identificación de proveedores (ID) únicas en el mundo. Se enumeran todos los proveedores que fabrican dispositivos incluidos en BTL, y estamos utilizando la última versión de BACnet, 2012.

BACnet moderno

Ahora, a pesar de su designación ASHRAE, BACnet no solo se utiliza en la industria de calefacción, ventilación y aire acondicionado. También se aplica en circuito cerrado de TV, laboratorios, iluminación, seguridad, control de acceso y seguridad contra incendios y vida. Su aplicación en la industria del transporte vertical se considera nueva.

El estándar BACnet de 2012 define siete tipos de red (Figura 1): BACnet Internet Protocol (IP) (el más popular), BACnet maestro-esclavo / paso de token (MS / TP) (segundo más popular), BACnet sobre Ethernet, BACnet sobre ARCNET , BACnet punto a punto a través de RS-232 o teléfono, BACnet a través de LonTalk y BACnet a través de ZigBee (una red inalámbrica). [3] BACnet solo se implementa en cuatro de las siete capas de ISO OSI, llamadas "OSI colapsado". “BACnet IP” significa que el protocolo BACnet está escrito en términos de IP pero no se canaliza a través de IP. BACnet logra la interoperabilidad de dispositivos de tres formas: objetos (información), servicios (solicitudes de acción) y sistemas de transporte (interconexión de redes, mensajes electrónicos).

BACnet define actualmente 54 tipos de objetos estándar diferentes, cuyas funciones son similares a las de las variables de red en LonWorks. Los objetos pueden ser físicos o virtuales, únicos o múltiples. La existencia de tipos de objetos estándar es importante, ya que su significado y aplicación están bien definidos y se implementan de manera consistente en dispositivos de diferentes proveedores. Cada objeto tiene propiedades (actualmente, hay más de 190 propiedades estándar), que dan la información exacta de los objetos BACnet. Por ejemplo, un sensor de temperatura es un objeto de entrada analógica, mientras que el valor actual, en grados Fahrenheit, es una de sus propiedades.

Los dispositivos se comunican entre sí enviando y recibiendo servicios. Cada solicitud de servicio y el acuse de recibo (respuesta) del servicio devuelto se convierten en un par de paquetes de mensajes transferidos a través de la red entre los dispositivos de envío y recepción. El programa que se ejecuta en cada dispositivo emite las solicitudes de servicio y las procesa una vez recibidas. Todos los servicios se agrupan en cinco categorías: acceso a objetos (lectura, escritura, creación y eliminación), gestión de dispositivos (descubrimiento, sincronización de tiempo, etc.), alarma y evento (cambios de estado, etc.), transferencia de archivos (datos de tendencias y transferencia de programa) y terminal virtual (interfaz hombre / máquina).

Los sistemas de transporte de BACnet son los diferentes tipos de red utilizados (es decir, niveles ISO OSI 1 y 2). Cabe señalar que el contenido exacto sigue siendo el mismo, independientemente de la red que se utilice para transportar un mensaje. Solo de esta manera no se requiere una puerta de enlace en una red BACnet.

BACnet define cinco áreas de interoperabilidad para alcanzar su objetivo principal: intercambio de datos, tendencias, programación, gestión de alarmas y eventos, y gestión de dispositivos y redes. Todos están representados por diferentes bloques de construcción de interoperabilidad de BACnet (BIBB). Para mostrar a los usuarios cómo funciona un dispositivo BACnet, se aplica un "manual" estándar para cada dispositivo: la "Declaración de cumplimiento e implementación del protocolo (PICS)", que es básicamente una hoja de datos estándar para divulgar las características de BACnet implementadas en ese dispositivo. Nuevamente, al igual que LonWorks, el PICS se refiere a las interfaces de entrada / salida de un dispositivo, mientras que los programas de control interno no se rigen. El PICS normalmente consta de la siguiente información de un dispositivo:

1. Nombre del producto, versión y descripción
2. Perfil de dispositivo, estación de trabajo, controlador de edificio, sensor inteligente, etc.
3. Soporte BIBBs
4. Soporte de segmentación y tamaño de ventana.
5. Soporte de tipos de objetos estándar
6. Soporte de capas de control de acceso a medios
7. Soporte de construcción estática de dirección de dispositivo
8. Soporte de opciones de red
9. Soporte de juegos de caracteres.

Problemas de uso de BACnet

Según Hoffmann, [2 & 4] BACnet debe especificarse correctamente para que sea completamente interoperable. Aquí, la interoperabilidad significa que los dispositivos, incluso fabricados por diferentes proveedores, pueden conectarse y trabajar juntos para lograr una gran tarea. Cabe señalar que la interoperabilidad es mucho más que la comunicación entre dos dispositivos. Solo es útil cuando dos dispositivos de diferentes proveedores pueden comunicarse entre sí y luego cooperar para trabajar juntos con el mismo objetivo. Una especificación debe incluir toda la información que los ejecutivos de las instalaciones desean poder acceder a través de BACnet. Las preguntas comunes pueden estar relacionadas con los objetivos del BMS, la información específica que debe ser visible, el formato de visualización o la facilidad de uso. Conocer las respuestas a estas preguntas desde el principio ayudará a los ingenieros específicos a tener en cuenta estas necesidades durante el proceso de diseño.

BACnet es solo un conjunto de protocolos para la comunicación entre dispositivos electrónicos y computadoras. Por lo tanto, BACnet por sí solo no determina cómo se programa o programa un sistema de automatización de edificios para que funcione como un todo. Por lo tanto, la información en la especificación también debe incluir la secuencia de operaciones, una lista de puntos y puntos de entrada / salida que deben ser accesibles a través de BACnet.

BACnet para ascensores

Según el Capítulo 14 de la Institución colegiada de ingenieros de servicios de construcción Guía D: Sistemas de transporte en edificios,^{[ 5 ]} Existen muchas ventajas para el monitoreo remoto de ascensores, incluido el monitoreo de fallas, monitoreo basado en condiciones, monitoreo de video, registro de datos, seguridad del personal del sitio, alarmas y control de vandalismo. El monitoreo remoto puede mejorar la confiabilidad y disponibilidad de un sistema de ascensores, ya que la administración del edificio puede realizar un seguimiento de cerca del funcionamiento del sistema en tiempo real. De esta forma se puede acortar el tiempo de respuesta para atender averías y liberar a los pasajeros atrapados.

En 2006, su autor fue contratado por el Departamento de Servicios de Arquitectura del gobierno de la Región Administrativa Especial de Hong Kong para trabajar en el desarrollo de protocolos comunes para ascensores propiedad del gobierno de Hong Kong. Los protocolos desarrollados deben ser independientes tanto de la máquina como de la plataforma, lo que hace innecesaria la colaboración entre una empresa de ascensores y el proveedor de BMS, que requiere mucho tiempo, dondequiera que se ejecute un proyecto de integración. El equipo de su autor tardó casi un año en finalizar el proyecto con la recomendación de tres propuestas, utilizando XML, LonTalk y BACnet, respectivamente. Los tres sistemas, que implican el desarrollo de una pasarela universal para ascensores y escaleras mecánicas para convertir el protocolo patentado del controlador de supervisión de ascensores a nuestro protocolo abierto, se instalaron y probaron en dos sitios reales en Hong Kong.

Después de que se completó el proyecto, su autor conoció al difunto Bill Swan, quien había sido presidente del SPC 135 de ASHRAE durante varios años. Estaba muy interesado en los sistemas de ascensores y los apoyamos, y trabajamos juntos para producir el primer borrador de los objetos BACnet relacionados con los ascensores a principios de 2010. Desafortunadamente, falleció a mediados de 2011, y pasó más de un año antes de que los objetos redactados fueran listo para la primera revisión pública. Antes de esto, se publicó un artículo conjunto entre Swan y su autor para presentar el borrador. [6] La segunda revisión pública se completó a principios de 2014. Esperamos la aprobación final antes de finales de 2014.

La jerarquía de un ascensor estándar (que incluye tanto ascensores como escaleras mecánicas; aquí, el nombre "ascensor" se utiliza en un sentido más general) objeto se diseñó conjuntamente. Se trata de edificios, salas de máquinas (para ascensores) o compartimentos de máquinas (para escaleras mecánicas), grupos de ascensores y ascensores o escaleras mecánicas individuales (Figura 2). Dichos objetos constan de propiedades que representan el estado actual de la instalación. Aunque tal diseño tiene mucho sentido para los ingenieros de ascensores, no es compatible con el formato estándar de BACnet. Es necesaria alguna modificación, que es la versión incluida en el segundo documento de revisión (Figura 3).

El objeto de grupo de ascensores consta de las propiedades enumeradas en la columna izquierda de la Figura 4. Aquí, se introdujeron nuevas propiedades, como "Landing_Calls" y "Landing_Call_Control". Este último es un comando de control limitado que puede ser emitido por el BMS de forma remota como si un pasajero fuera a presionar los botones de llamada de aterrizaje en el sitio.

El objeto de elevación o escalera mecánica es mucho más complicado, con nuevos identificadores (Figura 4). Aquí, "Making_Car_Call" y "Car_Door_Command" son dos comandos remotos restantes permitidos, como si un pasajero hiciera una llamada dentro de una cabina de ascensor o abriera / cerrara las puertas de la cabina manualmente. Además de las señales de seguridad estándar, propiedades como "Car_Load", "Car_Position" y "Energy_Meter" son nuevas para evaluar el parámetro de evaluación comparativa de rendimiento energético, J / kg-m, que se analiza en la Parte 1 de esta serie de artículos.

Algunos sistemas que utilizan los objetos y servicios son bastante grandes o están espaciados de forma remota y, por lo tanto, están conectados por redes IP. Por esta razón, no se considera que los datos se transmitan de manera oportuna, sin embargo, un BMS debe poder saber qué datos tiene son los más recientes. Además, Internet en sí no es sincrónico, mientras que el sistema de ascensores es muy dinámico y cambia segundo a segundo. Esto llevó a la introducción de datos con sello de tiempo. Además, debido a la posibilidad de una gran cantidad de suscripciones de cambio de valor (COV) (y cambios de tiempo de ejecución en esas suscripciones), la capacidad de suscribirse y cancelar la suscripción de notificaciones de COV en una sola solicitud (en varias propiedades de un número de objetos). También está disponible la capacidad de transmitir COV de varios objetos en una sola notificación.

Conclusión

En este artículo, se ha examinado brevemente la estructura de BACnet, mientras que se ha introducido la estructura de datos del objeto de grupo de ascensor recientemente desarrollado, el objeto de ascensor y el objeto de escalera mecánica. Con estos objetos, la comunicación entre un BMS y un controlador de supervisión de ascensores se vuelve sencilla y no hay necesidad de interconectarlos proyecto por proyecto. Con estos objetos, con suerte, aprobados en un futuro próximo, BACnet podría implementarse oficialmente en la industria de los ascensores en general.

Agradecimiento

A su autor le gustaría dedicar este artículo a la memoria de su difunto amigo, Bill “BACnet Bill” Swan, por todas sus contribuciones y esfuerzos en la preparación de los nuevos objetos y propiedades de BACnet.

Referencias
[1] Bushby, ST “BACnet: una infraestructura de comunicación estándar para edificios inteligentes”, Automation in Construction, vol. 6, núm. 5-6, 1997, pág. 529-540.
[2] Hoffmann, T. “BACnet: Setting the New Standard”, Informe técnico de Johnson Controls Building Efficiency, agosto de 2010.
[3] Martocci, JP "Bacnet Unplugged - Zigbee y BACnet Connect", ASHRAE Journal, junio de 2008, p. 42-46.
[4] Tom, S., “Una manera simple de especificar BACnet”, BACnet Today - Un suplemento de ASHRAE Journal, noviembre de 2005, p. B27-B32.
[5] Institución colegiada de ingenieros de servicios de construcción, Guía D: Sistemas de transporte en edificios, 2010.
[6] Entonces, A. y Swan, B., “BACnet para elevadores”, Elevatori, vol. 1, enero / febrero de 2011.