BACnet là một giao thức tiên tiến trong ngành tự động hóa, cho phép liên kết và điều khiển các thiết bị HVAC hiệu quả. Với cấu trúc lớp ứng dụng, mạng và giao tiếp linh hoạt, BACnet đã định hình một chuẩn mở linh hoạt, tối ưu cho các hệ thống kiểm soát môi trường. Cùng FIBARO Việt Nam tìm hiểu qua bài viết dưới đây.
1. Giới thiệu về BACnet
1.1. BACnet là gì?
BACnet là một giao thức truyền thông dành cho các mạng điều khiển và tự động hóa tòa nhà – Building Automation and Control (BAC) sử dụng giao thức tiêu chuẩn ASHRAE, ANSI và ISO 16484-5.
BACnet được thiết kế để cho phép liên lạc giữa các hệ thống điều khiển và tự động hóa tòa nhà cho các ứng dụng như điều khiển hệ thống sưởi, thông gió và điều hòa không khí (HVAC – Heating, Ventilating, and Air-conditioning Control), điều khiển ánh sáng, kiểm soát truy cập, hệ thống phát hiện cháy và các thiết bị liên quan của chúng. Giao thức BACnet cung cấp cơ chế cho các thiết bị tự động hóa tòa nhà được vi tính hóa để trao đổi thông tin, bất kể dịch vụ tòa nhà cụ thể mà chúng thực hiện.
BACnet không chỉ giúp tối ưu hóa hiệu suất mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho việc quản lý và kiểm soát các thiết bị trong môi trường tòa nhà thông minh.
>> Nguồn: Wiki (BACnet)
1.2. Lịch sử phát triển của BACnet
BACnet ra đời vào cuối những năm 1980 do ASHRAE (Hiệp hội Kỹ sư Cơ điện lạnh và Kỹ sư Điều hòa không khí Hoa Kỳ) thành lập. Giao thức này được tạo ra để cung cấp tiêu chuẩn cho việc giao tiếp giữa các thiết bị kiểm soát tòa nhà khác nhau từ các nhà sản xuất khác nhau.
Trải qua nhiều phiên bản và cập nhật, BACnet ngày nay đã trở thành một trong những giao thức phổ biến và linh hoạt nhất trong lĩnh vực tự động hóa tòa nhà. Sự phát triển liên tục và sự hỗ trợ rộng rãi từ cộng đồng kỹ sư đã đóng góp vào việc nâng cao tính tiêu chuẩn và khả năng tương thích của BACnet.
BACnet không ngừng phát triển để đáp ứng các yêu cầu ngày càng phức tạp của các hệ thống kiểm soát tòa nhà hiện đại, từ việc mở rộng quy mô mạng lưới đến việc cải thiện tính năng và an ninh.
BACnet đã từng bước phát triển và trở thành tiêu chuẩn giao thức không thể thiếu trong ngành tự động hóa tòa nhà, nhờ vào sự tiếp tục nâng cao và linh hoạt để đáp ứng nhu cầu ngày càng đa dạng của thị trường hiện nay.
1.3. Tổng quan về giao thức BACnet
Giao thức BACnet xác định một số dịch vụ được sử dụng để liên lạc giữa các thiết bị của tòa nhà. Các dịch vụ giao thức bao gồm Who-Is, I-Am, Who-Has, I-Have, được sử dụng để khám phá Thiết bị và Đối tượng. Các dịch vụ như Read-Property và Write-Property được sử dụng để chia sẻ dữ liệu. Kể từ ANSI/ASHRAE 135-2016, giao thức BACnet xác định 60 loại đối tượng được các dịch vụ xử lý.
Giao thức BACnet xác định một số lớp liên kết dữ liệu và vật lý, bao gồm ARCNET, Ethernet, BACnet/IP, BACnet/IPv6, BACnet/MSTP, điểm-điểm qua RS-232, multidrop serial bus với mã thông báo truyền qua RS-485, Zigbee và LonTalk.
>> Nguồn: Wiki (BACnet)
1.4. 60 loại đối tượng ANSI / ASHRAE 135-2016 đã công bố
| Access Credential | Analog Value | Command | Event Log | Load Control | Positive Integer Value |
|---|---|---|---|---|---|
| Access Door | Averaging | Credential Data Input | File | Loop | Program |
| Access Point | Binary Input | Date Pattern Value | Global Group | Multi-state Input | Pulse Converter |
| Access Rights | Binary Lighting Output | Date Value | Group | Multi-state Output | Schedule |
| Access User | Binary Output | DateTime Pattern Value | Integer Value | Multi-state Value | Structured View |
| Access Zone | Binary Value | DateTime Value | Large Analog Value | Network Port | Time Pattern Value |
| Accumulator | BitString Value | Device | Life Safety Point | Network Security | Time Value |
| Alert Enrollment | Calendar | Elevator Group | Life Safety Zone | Notification Class | Timer |
| Analog Input | Channel | Escalator | Lift | Notification Forwarder | Trend Log |
| Analog Output | CharacterString Value | Event Enrollment | Lighting Output | Octetstring Value | Trend Log Multiple |
2. Cấu trúc của BACnet
2.1. Lớp ứng dụng – BACnet Application Layer
Lớp ứng dụng của BACnet bao gồm các đối tượng và dịch vụ cho truyền thông dữ liệu:
- Objects (Đối tượng): Biểu diễn các thiết bị và tính năng của chúng trong hệ thống kiểm soát tòa nhà. Đây bao gồm các cảm biến, máy điều khiển, bộ điều khiển HVAC, ánh sáng, nhiệt độ,…
- Services (Dịch vụ): Cung cấp các phương pháp để truy cập và thay đổi dữ liệu trong các đối tượng, bao gồm đọc, ghi, lắng nghe sự kiện, báo cáo trạng thái.
- Communication Services (Dịch vụ truyền thông): Cung cấp khả năng truyền thông giữa các đối tượng thông qua các dịch vụ như gửi tin nhắn, xác nhận, và xử lý lỗi.
2.2. Lớp mạng – BACnet Network Layer
Lớp mạng BACnet Network Layer chịu trách nhiệm cho việc gửi và nhận dữ liệu giữa các thiết bị trong hệ thống.
Chức năng
- Xác định địa chỉ của các thiết bị và đơn vị điều khiển trong mạng.
- Quản lý việc truyền dữ liệu qua mạng, bao gồm việc chia sẻ tài nguyên và kiểm soát lưu lượng dữ liệu.
- Đảm bảo tính tin cậy của việc truyền gửi dữ liệu, bao gồm việc xác nhận, kiểm tra lỗi và xử lý các xung đột.
Lớp này quản lý các phương tiện truyền thông (như Ethernet, RS-485) và địa chỉ của thiết bị trong mạng BACnet, giúp kết nối và truyền dữ liệu một cách hiệu quả và tin cậy giữa các thành phần trong hệ thống kiểm soát tòa nhà.
2.3. Liên kết dữ liệu và lớp vật lý
Liên kết dữ liệu và lớp vật lý trong BACnet đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối các thiết bị với nhau và truyền dữ liệu giữa chúng.
- Liên kết dữ liệu (Data Link Layer):
- Quản lý việc truyền thông tin qua các kênh vật lý như Ethernet, RS-485, hoặc RS-232.
- Đảm bảo tính tin cậy của việc truyền dữ liệu bằng cách kiểm soát lỗi và xác nhận gói tin.
- Xác định các đơn vị dữ liệu, địa chỉ và lưu lượng truyền gửi.
- Lớp vật lý (Physical Layer):
- Xác định cách thức vật lý để truyền dữ liệu, bao gồm các chuẩn kết nối vật lý như cáp, cổng kết nối và cách thức truyền thông tin.
Lớp này làm việc cùng lớp mạng để đảm bảo dữ liệu được truyền gửi một cách tin cậy và hiệu quả qua các kết nối vật lý và liên kết dữ liệu.
3. Các phiên bản và giao thức BACnet
3.1. BACnet/IP
BACnet/IP là phiên bản của BACnet được xây dựng trên môi trường IP (Internet Protocol), cho phép truyền dữ liệu thông qua mạng Ethernet hoặc Internet.
Điểm đáng chú ý:
- Tích hợp Mạng IP: Cho phép truyền dữ liệu thông qua Internet, LAN hoặc WAN, mở ra khả năng kết nối rộng lớn.
- Giao Thức Mở: BACnet/IP là một giao thức mở, dễ dàng tích hợp với các hệ thống kiểm soát khác và các thiết bị mạng.
- Tính Linh Hoạt và Mở Rộng: Cho phép mở rộng mạng lưới HVAC và hỗ trợ cho các ứng dụng kiểm soát thông minh.
- Tính Ổn Định và Đáng Tin Cậy: BACnet/IP đảm bảo việc truyền dữ liệu ổn định và tin cậy, quan trọng trong các ứng dụng quản lý HVAC và kiểm soát hệ thống.
BACnet/IP tạo cơ sở cho việc kết nối các thiết bị và hệ thống HVAC thông qua giao thức mạng IP, giúp quản lý và kiểm soát hiệu quả hơn trong các môi trường công nghiệp và thương mại.
3.2. BACnet MS/TP (Master-Slave/Token-Passing)
BACnet MS/TP là một phiên bản của BACnet với cơ chế Master-Slave/Token-Passing, sử dụng mô hình giao thức token để truyền dữ liệu.
Điểm đáng chú ý:
- Cơ Chế Master-Slave/Token-Passing: BACnet MS/TP sử dụng cơ chế này để quản lý truyền thông giữa các thiết bị, đảm bảo điều khiển chính xác và tuân thủ chuẩn giao thức.
- Thích Hợp cho Hệ Thống Đơn Giản: Thường được sử dụng trong các hệ thống nhỏ và đơn giản hơn với ít thiết bị kết nối, nơi mà hiệu suất và độ ổn định là quan trọng.
- Ổn Định và Tính Tin Cậy: BACnet MS/TP đảm bảo truyền dữ liệu ổn định và tin cậy giữa các thiết bị, quan trọng trong quản lý hệ thống HVAC và kiểm soát môi trường.
- Giảm Chi Phí Cài Đặt: Thích hợp cho các hệ thống đơn giản, giúp giảm chi phí cài đặt mạng và thiết bị.
BACnet MS/TP thường được áp dụng trong các hệ thống nhỏ, với ít thiết bị kết nối, nơi hiệu suất và đơn giản là yếu tố quan trọng.
3.3. So sánh BACnet/IP và BACnet MS/TP
| Đặc Điểm | BACnet/IP | BACnet MS/TP |
|---|---|---|
| Nền tảng kết nối | Dựa trên Ethernet sử dụng UDP truyền dữ liệu | Sử dụng EIA-485 (RS-485) với giao thức Master/Slave |
| Cấu trúc liên kết | Line or star topology (cấu trúc liên kết Ethernet) | Line topology (bus) |
| Baud rate | 10/100 Mbits full duplex | 9600 kbit/s, 19200 kbit/s, 38400 kbit/s, 76800 kbit/s |
| Số node | Không giới hạn | 127 MS/TP masters |
| Byte dữ liệu | Tối đa 1476 bytes/frame | 480 bytes/frame |
| Giao Thức Mạng | Sử dụng IP (Internet Protocol) | Sử dụng Master-Slave/Token-Passing |
| Kết Nối Mạng | Phù hợp với mạng Ethernet hoặc Wi-Fi | Đa dạng môi trường, dành cho hệ thống nhỏ |
| Phổ Biến | Phù hợp với hệ thống lớn, nhiều thiết bị | Dành cho hệ thống nhỏ với ít thiết bị |
| Độ Tin Cậy | Tích hợp linh hoạt với môi trường mạng phổ biến | Tập trung vào hiệu suất ổn định và tin cậy |
| Ưu Tiên | Thích hợp cho mạng IP đòi hỏi linh hoạt | Tính ổn định và đáng tin cậy |
| Qui Mô | Phù hợp với hệ thống lớn, nhiều thiết bị | Thích hợp cho hệ thống nhỏ, đơn giản |
Sự lựa chọn giữa BACnet/IP và BACnet MS/TP thường dựa trên quy mô, yêu cầu kết nối mạng, và độ tin cậy cần thiết cho hệ thống cụ thể. BACnet/IP phù hợp với môi trường mạng lớn, trong khi BACnet MS/TP thích hợp cho hệ thống nhỏ với số lượng thiết bị ít hơn và đòi hỏi tính ổn định cao.
4. Mạng Ethernet và BACnet
Mạng Ethernet, đặc biệt là theo chuẩn ISO 8802-3, đã trở thành một trong những nền tảng phổ biến để triển khai giao thức BACnet/IP. Với khả năng kết nối linh hoạt, Ethernet cung cấp một cơ sở lý tưởng cho hệ thống BACnet/IP để truyền thông và giao tiếp giữa các thiết bị trong môi trường tự động hóa. Sự linh hoạt của Ethernet cho phép việc mở rộng hệ thống mạng BACnet/IP, đồng thời tạo điều kiện tốt cho tính mở và tính linh hoạt của hệ thống.
- Mạng Ethernet & Chuẩn ISO 8802-3:
- Nền tảng chính để triển khai BACnet/IP.
- Cung cấp cơ sở linh hoạt và mở rộng cho hệ thống.
- Đảm bảo truyền thông linh hoạt và tính toàn vẹn của hệ thống.
- Tốc độ và Ổn định Truyền Dữ Liệu:
- Ethernet cung cấp tốc độ truyền dữ liệu nhanh và ổn định.
- Hỗ trợ truyền thông giữa các thiết bị BACnet/IP, đảm bảo hiệu suất hệ thống.
- Dễ Dàng Triển Khai và Tiện Lợi:
- Phổ biến và sẵn có, tạo điều kiện thuận lợi cho triển khai BACnet/IP.
- Giúp tối ưu hóa giao tiếp và mở rộng hệ thống tự động hóa.
- Hỗ Trợ Ứng Dụng HVAC:
- Cung cấp môi trường truyền thông ổn định cho các ứng dụng HVAC.
- Quan trọng trong việc quản lý hệ thống HVAC tòa nhà và môi trường công nghiệp.
- Linh Hoạt Kết Nối Các Giao Thức Khác:
- Cho phép kết nối với các giao thức như RS-485 (BACnet MS/TP) hoặc RS-232 (Point to point -PTP).
- Tạo môi trường mạng toàn diện và tương tác cho thiết bị sử dụng nhiều giao thức.
>> Xem thêm: RS232 là gì?, RS485 là gì?
5. So sánh với các giao thức khác
5.1. So sánh giữa Modbus, BACnet và Lonmark
| Đặc điểm | Modbus | BACnet | Lonmark |
|---|---|---|---|
| Kiểu Giao Thức | Serial | IP | IP |
| Độ Phổ Biến | Rộng | Rộng | Hạn chế |
| Ứng Dụng | Điều khiển cơ bản | Hệ thống tự động hóa | Đa dạng, linh hoạt |
| Độ Tin Cậy | Thấp | Cao | Cao |
| Phân Phối | Open Source | Tiêu chuẩn | Hạn chế |
| Cấu Trúc Dữ Liệu | Registers | Objects | Variables |
Modbus: Là một giao thức truyền thông cơ bản dùng cho việc điều khiển thiết bị và các ứng dụng cơ bản, phổ biến trong ngành công nghiệp. Tuy nhiên, độ tin cậy thấp và cấu trúc dữ liệu đơn giản hạn chế ứng dụng trong các hệ thống phức tạp.
>> Xem thêm: MODBUS là gì?
BACnet: Tương tự nhưng mạnh mẽ hơn Modbus, BACnet là một chuẩn giao thức mở cho hệ thống tự động hóa và kiểm soát tòa nhà, có độ tin cậy cao hơn và cấu trúc dữ liệu linh hoạt hơn giúp đa dạng hóa ứng dụng.
Lonmark: Phù hợp cho việc tạo ra các hệ thống đa dạng và linh hoạt với nhiều ứng dụng khác nhau. Mặc dù không phổ biến như Modbus hoặc BACnet, nhưng Lonmark cung cấp tính linh hoạt cao trong các hệ thống tự động hóa.
Mỗi giao thức có ưu điểm và hạn chế riêng, tùy thuộc vào yêu cầu và mục tiêu cụ thể của hệ thống để chọn lựa giao thức phù hợp.
5.2. BACnet và ứng dụng trong HVAC
Hệ thống Điều hòa không khí, Sưởi ấm và Điều khiển (HVAC) là một phần cực kỳ quan trọng trong các môi trường như tòa nhà thương mại, nhà máy sản xuất, hay các khu công nghiệp. BACnet, là một giao thức tiêu chuẩn không độc quyền, có khả năng linh hoạt và mở rộng, được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống HVAC nhằm đáp ứng nhu cầu quản lý và kiểm soát. Chi tiết bao gồm:
- Quản Lý Tự Động Hóa Linh Hoạt: BACnet hỗ trợ các chức năng tự động hóa trong HVAC, từ việc kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm đến việc điều chỉnh quạt và các thiết bị điều khiển nhiệt.
- Tích Hợp Thiết Bị Đa Dạng: Giao thức này cho phép tích hợp một loạt các thiết bị từ nhiều nhà sản xuất khác nhau, tạo sự linh hoạt và tương thích giữa các thành phần của hệ thống HVAC, từ cảm biến đến bộ điều khiển chung.
- Quản Lý Năng Lượng Thông Minh: BACnet giúp tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng trong hệ thống HVAC, từ việc điều chỉnh hoạt động các thiết bị đến việc giảm thiểu việc tiêu thụ năng lượng không cần thiết.
- Theo Dõi và Đánh Giá Hiệu Suất: Giao thức này cung cấp cơ sở dữ liệu chi tiết, giúp người quản lý theo dõi và đánh giá hiệu suất của hệ thống, từ việc phân tích hoạt động thiết bị đến việc đo lường và báo cáo về tiêu thụ năng lượng.
- Tối Ưu Hóa Quản Lý Vận Hành: BACnet tạo điều kiện thuận lợi cho việc quản lý hệ thống HVAC một cách hiệu quả, từ lập lịch hoạt động cho đến điều chỉnh các chế độ làm việc sao cho phù hợp với yêu cầu thực tế.
BACnet không chỉ đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hoạt động của hệ thống HVAC mà còn đem lại thông tin chi tiết và cơ sở dữ liệu quan trọng, từ đó hỗ trợ quyết định quản lý và phát triển hệ thống một cách hiệu quả và linh hoạt.
6. Kết luận
BACnet không chỉ là một chuẩn giao thức mà còn là bước đột phá trong việc tối ưu hóa hệ thống HVAC. Tích hợp linh hoạt và khả năng tương tác giữa các thiết bị làm cho nó trở thành lựa chọn hàng đầu cho việc quản lý môi trường.
—————————————————————-
Liên hệ với FIBARO Việt Nam để được tư vấn miễn phí:
📍 Facebook: https://www.facebook.com/FIBAROVN
📍 Showroom: Số 16, đường 35, An Khánh, Quận 2, Thành phố Hồ Chí Minh
☎️ Hotline: 0913 699 545
📧 Email: xuantuat.vu@kimsontien.com
Last Updated on 16/03/2024 3:33 sáng by Ms. Huyen
