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Blog BACnet: Einfach erklärt
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BACnet: Einfach erklärt

1. Februar 2023
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BACnet (Building Automation and Control Network) ist ein Kommunikationsprotokoll, das in der Gebäudeautomationsbranche aufgrund seiner herstellerneutralen, hohen Interoperabilität weit verbreitet ist. Es wurde 1995 von der amerikanischen Schirmherrschaft ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) entwickelt. Seit 2003 ist das Protokoll in der ISO 16484 Teil 5, der internationalen Norm für Gebäudeautomation, dokumentiert. Wenn es um die Vernetzung von Smart Buildings geht, dann ist das BACnet Kommunikationsprotokoll das entscheidende Schlüsselelement.

Was ist BACnet?

BACnet ist ein Protokoll in der Gebäudeautomation, über das herstellerunabhängig intelligente Geräte in der Technischen Gebäudeausrüstung miteinander vernetzt werden können. Es bietet eine hohe Interoperabilität zwischen Systemen und Geräten verschiedener Hersteller. Die hohe Interoperabilität aufgrund standardisierter, detaillierter Regeln und Strukturen für den Kommunikationsaustausch stellt den zentralen Mehrwert gegenüber anderen Kommunikationsprotokollen in der Gebäudeautomationsbranche dar. Die anderen Kommunikationsstandards sind nicht ausreichend standardisiert, um eine vergleichbare Interoperabilität herzustellen . Das BACnet Kommunikationsprotokoll eignet sich somit besonders für den Aufbau eines herstellerunabhängigen integralen Gesamtsystems in einem Gebäude.

BACnet Zertifizierung

Um den hohen Grad der Interoperabilität sicherzustellen, durchlaufen BACnet-kompatible Geräte einen aufwendigen Zertifizierungsprozess. Hierbei wird geprüft, ob das Gerät gemäß seinem zugeordnetem BACnet-Geräteprofil den standardisierten Regeln zur Kommunikation entspricht. BACnet Profile beinhalten unterschiedliche Anforderungen, welche die entsprechenden Geräte erfüllen müssen. BACnet-Geräte, die die Zertifizierung erfolgreich bestanden haben, werden mit einem BTL-Logo gekennzeichnet. Zu den wesentlichen Geräte-Profilen gehören (jeweils mit absteigendem Leistungsumfang):

Management-Bedieneinrichtungen

  • Management- und Bedienstation mit größerem Leistungsumfang als B-OWS (B-AWS -Advanced Workstation)
  • Management- und Bedienstation (B-OWS – Operator Workstation)
  • Bediengerät vor Ort (B-OD – Operator Display)

Automationseinrichtungen/Feldgeräte

  • Frei programmierbare Automationsstation (B-BC – Building Controller)
  • Automationsstation mit einer konfigurierbaren Applikation (B-AAC – Advanced Application Controller)
  • Automationsstation mit einer festen Applikation (B-ASC – Application Specific Controller)
  • Schalt- oder Stellgerät (B-SA – Smart Actuator)
  • Sensor (B-SS – Smart Sensor)

AMEV Zertifizierung

Ein erweitertes Qualitätssiegel besitzen BACnet-kompatible Geräte, wenn sie neben der Zertifizierung nach einem BACnet-Geräteprofil zusätzlich entsprechend einem AMEV-Geräteprofil getestet und zertifiziert sind. Der Arbeitskreis Maschinen- und Elektrotechnik staatlicher und kommunaler Verwaltungen (AMEV) hat aufbauend auf den BACnet-Geräteprofilen eigene Profile erarbeitet, deren Anforderungen sich noch stärker an den Herausforderungen der Praxis orientieren. Klassische AMEV-Profile sind die Profile AS-A und AS-B .

Revisionen

Der Umfang und die Struktur dieser Kommunikationsregeln werden regelmäßig in sogenannten Revisionen überarbeitet, optimiert und erweitert. Um ein BACnet-kompatibles Gerät auf dem aktuellen Stand zu halten, sind somit regelmäßige Rezertifizierungen entsprechend der aktuellen Revision zu durchlaufen. Eine Liste aller zertifizierten BACnet Geräte ist über die Webseite der Internationalen BACnet Organisation einsehbar – unsere BACnet zertifizierten Geräte finden Sie hier. Regelmäßige Updates von Revisionen werden durch diverse weltweit lokalisierte Arbeitsgruppen erstellt und letztendlich durch den internationalen Interessensverband BACnet herausgegeben. Ein wichtiges Update, das zuletzt veröffentlicht worden ist, war BACnet Secure Connect (BACnet/SC). Mit BACnet/SC können BACnet-Kommunikationsnetze nun verschlüsselt werden.

Wie ist BACnet aufgebaut?

Das BACnet-Protokoll besitzt nach dem OSI-Schichtenmodell eine hohe Flexibilität, was die Übertragungswege der Kommunikation angeht. BACnet unterstützt die Übertragung über Ethernet oder über RS 485. Dies ermöglicht einen flexiblen Einsatz von BACnet sowohl auf IP-Ebene als auch auf serieller Ebene. Bei der Datenübertragung über Ethernet können deutlich größere Datenmengen ausgetauscht werden. Weiterhin bieten die klassischen Vernetzungsoptionen aus der IT-Welt eine große Flexibilität, Geräte über BACnet IP miteinander zu verknüpfen. Hierbei spielt es keine Rolle, ob die Geräte sich innerhalb eines Gebäudes befinden oder Geräte über Gebäudegrenzen hinweg miteinander vernetzt werden. Klassischerweise werden IP-Netzwerke sternförmig aufgebaut und können flexibel mit Hilfe von Routern miteinander verbunden und erweitert werden. Zusätzlich bietet nur die Vernetzung über Ethernet die Möglichkeit der Verschlüsselung mittels BACnet/SC.

Serielle Kommunikation über BACnet

Auf serieller Ebene verwendet BACnet als Besonderheit das Token-Passing -Verfahren für das Management der Kommunikationsteilnehmer. Hier unterscheidet sich BACnet stark von anderen seriellen Protokollen in der Gebäudeautomation. Alle Netzwerkteilnehmer sind in der Lage, aktiv Informationen ins Netzwerk zu kommunizieren. Die Erlaubnis für die aktive Kommunikation wird mit der Übergabe eines Tokens an das Gerät erteilt. Alle anderen Geräte im Netzwerk können dem Gerät mit dem Token dann nur noch „zuhören“. Diese Art des Kommunikationsmanagements in einem seriellen Netzwerk bringt wesentliche Vorteile mit sich . Die Datenlast auf dem Übertragungsweg wird minimiert und optimal genutzt, da jedes Gerät im Netzwerk in der Lage ist, Meldungen und Informationen aktiv und selbständig ins Netzwerk zu kommunizieren. Unnötiger overhead bei der Kommunikation durch ein zyklisches „Abfragen“ aller Netzwerkteilnehmer nach neuen Informationen wird so vermieden. Weiterhin sind wichtige Wertänderungen oder Störmeldungen im Netzwerk sofort sichtbar, da die Netzwerkteilnehmer wichtige und dringende Meldungen sofort nach Auftreten aktiv in das Netzwerk kommunizieren können. Auf diese Weise werden wichtige Informationen auch auf dem seriellen Übertragungsweg nahezu in Echtzeit übertragen und sichtbar.

Server- und Client-Kommunikation

Im BACnet-Standard wird grundlegend zwischen Server- und Client-Kommunikation unterschieden. Ist ein BACnet-kompatibles Gerät als BACnet-Server konfiguriert, dann stellt es Daten für ein anderes BACnet-fähiges Gerät  , den BACnet-Client, zur Verfügung. Ist ein BACnet-kompatibles Gerät als BACnet-Client konfiguriert, empfängt es somit Daten eines als BACnet-Server konfigurierten Geräts.

Grundlage der Kommunikation von unterschiedlichen Automationsstationen sind die im BACnet-Protokoll standardisierten Objekttypen mit ihren spezifischen Eigenschaften. Diese Objekttypen definieren die Struktur, mit der die Kommunikationsinhalte zwischen zwei Automationsstationen beschrieben werden.

Zu den wesentlichen Objekttypen gehören:

  • Gerät (Device DEV)
  • Analogeingabe (Analog Input AI)
  • Analogausgabe (Analog Output AO)
  • Analogwert (Analog Value AV)
  • Binäreingabe (Binary Input BI)
  • Binärausgabe (Binary Output BO)
  • Binärwert (Binary Value BV)
  • Mehrstufige Eingabe (Multistate Input MI)
  • Mehrstufige Ausgabe Multistate Output MO)
  • Mehrstufiger Wert (Multistate Value MV)
  • Datei (File FIL)
  • Meldungsklasse (Notification Class NC)
  • Zeitplan (Schedule SCHED)
  • Kalender (Calendar CAL)

Kommunikationsdienste:

Neben den Objekttypen spielen Kommunikationsdienste (BIBB‘s = BACnet Interoperability Building Blocks) eine zentrale Rolle, um die Art des Austausches von Informationen zu beschreiben. Momentan sind rund 45 verschiedene Dienste im BACnet – Standard definiert, welche in 5 Hauptkategorien unterteilt sind:

    • Alarm- und Ereignisdienste
    • Dateizugriffsdienste
    • Objektzugriffsdienste
    • Device- Managementdienste
    • Virtual- Terminal- Dienste

    Mit ihrer Hilfe lässt sich die Kommunikation im Netzwerk herstellerunabhängig in gleicher Qualität regeln und strukturieren. Welche Kommunikationsdienste und Objekttypen von einem BACnet-fähigen Gerät unterstützt werden müssen, wird über zertifizierbare BACnet-Geräteprofile festgelegt.

    BACnet in der Gebäudeautomation und Einsatzbereiche

    BACnet als interoperabler Kommunikationsstandard in der Gebäudeautomation eignet sich ideal, um die gewerkeübergreifende Integration von HLK, Lichtsteuerung, Verschattung, Sicherheit und Brandmeldetechnik zu realisieren. Eine zentrale Rolle spielen hierbei die intelligenten Automationsstationen, die ein einheitliches Gesamtsystem durch Vernetzung untereinander, mit Geräten aus der Feldebene und mit übergeordneten Management-Bedieneinrichtungen (MBE) aufbauen. Bei der Vernetzung mittels BACnet Protokoll werden die Automationsstationen oftmals als BACnet-Client und als BACnet-Server konfiguriert. Auf diese Weise kann eine Automationsstation die Rolle des zentralen, vernetzenden Elements optimal ausüben. Sie integriert über die Client-Funktion Informationen aus Sub-Netzen in der Feldgeräteebene und gibt diese Daten nach interner Verarbeitung in übergeordnete Netze der Managementebene weiter.

    Für die Kommunikation zwischen Automationsstationen und zur Managementebene wird die Kommunikation über IP (BACnet IP) gewählt, da sie im Vergleich zum seriellen Kommunikationsweg eine deutliche höhere Datenübertragungsgeschwindigkeit und flexiblere Netzwerktopologien ermöglicht.
    Die Integration von Informationen aus Sub-Netzen findet oftmals über serielle Kommunikationswege statt. Häufig wird hierzu BACnet MS/TP verwendet. Die Verkabelung findet dann über schnell zu verlegenden 2-Draht-Bus statt. Eine kostengünstige Lösung, die besonders für die Vernetzung von Feldgeräten in großer Stückzahl Anwendung findet.

    In einem Gebäude, in dem durchgängig das BACnet-Kommunikationsprotokoll verwendet wird, liegen strukturierte Daten zu allen in der Technischen Gebäudeausrüstung verbauten Geräten vor. Dies stellt die unverzichtbare Grundlage dar, wenn die Betriebseffizienz eines Gebäudes analysiert werden soll.

    Die Verwendung des BACnet Protokolls stellt somit ein Schlüsselelement dar, um die gesetzlichen Vorgaben der Bundesregierung zur Reduktion des CO2-Austoßes des Gebäudebestands zu erreichen.

    Vorteile von BACnet

    •  Standardisierter Datenaustausch für eine hohe Interoperabilität in der Gebäudeautomation
    • einheitliche Kommunikation auf Management-, Automations- und Feldebene
    • Gewerkeübergreifende Integration von Geräten unterschiedlicher Gebäudesteuerungssysteme, z. B. Lüftungsanlagen, Heizungssysteme, Aufzugsüberwachung, Zugangskontrolle, Energieversorgung
    • Technologie- und herstellerunabhängig
    • Unterstützt verschiedene Kommunikationsübertragungswege, z. B. BACnet/IP oder MS/TP
    • Geprüft durch unabhängige Testlaboratorien
    • Herstellerunabhängige hohe Qualität durch zertifizierbare Geräte-Profile
    • regelmäßige Erweiterung und Pflege der Standards

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