BACnet - das Maß vieler Dinge in der Gebäudeautomation
Dipl.-Inform. Volker Röhl, Johnson Controls Systems & Service GmbH
Wer umfangreiche Projekte auf dem Gebiet der Gebäudeautomation erfolgreich realisieren will, kommt nicht darum herum, sich mit einer Vielzahl von Kommuniukationsprotokollen auseinanderzusetzen. In der Regel steigt mit dem Anlagenumfang die Zahl der Hersteller von BA-Komponenten, deren Produkte unterschiedlichsten Standards entsprechen. Die Standards favorisieren immer bestimmte Produkte, Produktphilisophien und Lösungen, so daß sie kaum einem Protokoll genügen, das allen Anforderungen prinzipiell genügt.
Unter Mitwirkung namhafter europäischer Unternehmen der Gebäudeautomation ist vor zwei Jahren in den USA durch die ASHRAE ein Kommunikationsprotokoll, also eine technische Sprachregelung für den Datenaustausch zwischen Anlagenkomponenten entstanden, das unter dem Namen BACnet (Building Automation Control Network) Eingang in die ISO fand und auch in der DIN als Vornorm bereits existiert. Die Verbreitung dieses Standards hat sich eine vor einem halben Jahr in Europa gegründete BACnet Interest Group e. V. zum Ziel gesetzt. Das BACnet-Protokoll will kein weiterer Standard mit den bereits existierenden konkurrierend sein, sondern eine Art gemeinsamer Nenner werden, zu dem hin von allen vorhandenen Standards eine Schnittstelle existiert. Diesen Übergang für ihre Produkte zu schaffen und das BACnet-Protokoll zu realisieren sind die Hersteller aufgerufen. Nur so kann auf der obersten Ebene (Management-Ebene), also in den Schaltwarten auch heterogener großer Gebäudeautomationsanlagen eine gemeinsame Steuerung, Regelung und Überwachung stattfinden. Die Verwaltung der Anlagen sollte mit BACnet erfolgen. In der darunterliegenden Betrachtungsebene (Automationsebene) sind neben BACnet durchaus auch andere Protokolle wie LONTalk und PROFIBUS vorstellbar. Wiederum eine Ebene tiefer (Feldebene) können gleichwertige andere Protokollstandards eingesetzt werden. Hier wird der Zugang zu den physikalischen Medien geschaffen. Es geht um den Transport der Daten und nicht wie weiter oben um deren Interpretation. Hier verliert BACnet an Bedeutung. Statt dessen kommen LONTalk, EIB, BATIbus, EHS usw. zum Einsatz. Das zeigt, daß das BACnet-Protokoll nicht Konkurrent zu bestehenden Standards, sondern eine Abrundung nach oben darstellt.
Die BACnet Interest Group e. V. hat es sich zum Ziel gesetzt, in enger Anlehnung an die ASHRAE diesen Standard in Europa zu verbreiten. Die enge Zusammenarbeit mit der den USA soll die Entstehung eines europäischen BACnet-Dialektes zu verhindern suchen. Einen Weg an BACnet vorbei kann es nicht geben. Hersteller, Planer, Errichter und Betreiber sind darauf angewiesen, auf einen Standard für offene Kommunikation, also den Informationsaustausch zwischen beliebigen einschlägigen Geräten, zurückgreifen zu können.
Die Produktpalette jedes Herstellers favorisiert Funktionen, die sich mehr oder weniger von denen eines anderen Herstellers unterscheiden. Denkbar wäre die Definition eines Protokollstandards, der nur die Schnittmenge aller Funktionen, also solche, die allen Paletten gemeinsam ist und über die zwischen den Herstellern Konsens besteht, beschränkt. Eine solche Lösung ist nicht zukunftsorientiert, da sie rückwärts gewandt nur bestehende Lösungen festzuschreiben in der Lage ist. Ein Kompromißstandard wird zu den Funktionen des Minimalstandards solche zusätzlich berücksichtigen, die als sinnvoll erachtet werden. Hierfür gilt aber, wenn auch abgeschwächt, das gleiche wie für den Minimalstandard. Der Maximalstandard umfaßt alle bekannten Funktionen und ist offen für neue Konzepte. Die Funktionen aller Produkte können darin beschrieben werden. Für zukünftige neuartige Ansätze kann der Umfang des Standards fortentwickelt werden. BACnet erhebt den Anspruch, diesen Anforderungen gerecht werden zu können. Dennoch ist ein Hersteller nicht durch sein Bekenntnis zu BACnet gezwungen, alle Funktionen des BACnet-Protokolls in seinen Produkten realisieren zu müssen. Konformitätsklassen von 1 bis 6 erlauben es, den Grad der Umsetzung des allgemeinen BACnet-Standards, also der Konformitätsklasse 6 für einzelne Produkte anzugeben. Jede höhere Konformitätsklasse schließt alle darunter liegenden automatisch ein. Es wird in jeder Klasse eine Aussage über einen Auslöseprozeß und über seine Ausführung gemacht. Die Klassen sind in der BACnet-Norm klar definiert. Sie machen Sinn, da Hersteller relativ einfacher Gerätekomponenten in ihrer Protokollkonzeption nicht Funktionen berücksichtigen müssen, die bei diesen Produkten nicht vorkommen. In einem PICS (Protocol Implementation Conformance Statement) ist der Hersteller aufgerufen, seine Produkte gemäß der Konformitätsklasse, der unterstützten Funktionen, Objekte, Anwendungsdienste und Übertragungsmedien zu kennzeichnen.
Dem mit Hilfe von BACnet erreichbaren Ziel kann man sich in drei Schritten nähern: Der erste ist die Erreichung von Kompatibilität zwischen allen Geräten. Diese sollen miteinander technisch kommunizieren können. Mit der Interoperabilität sind die Geräte auch in der Lage, gemeinsam Funktionen im Rahmen einer Anwendung auszuführen. Wenn Austauschbarkeit erreicht ist, dann kann ein Gerät auch durch das eines anderen Herstellers ersetzt werden, ohne daß die Gesamtfunktionalität sich verändert. Hieran wird deutlich, daß gerade Anbieter und Betreiber einen erheblichen Vorteil hätten, wenn sie am Markt zwischen Geräten vergleichen könnten, die die gleiche Funktionalität besitzen.
Das BACnet-Protokoll greift wie beschrieben nicht in die Feldebene ein. Es betrachtet diese vielmehr als homogen. Hier laufen die Transportvorgänge ab. Unterschiedliche Bussysteme, in den meisten Fällen Ethernet-Busse als Datensammelschienen übertragen die Daten. Sie sind über Router miteinander gekoppelt. Diese intelligenten Koppelglieder zwischen den Netzen sorgen für die korrekte Übergabe der Zustellungsadressen für die transportierten Objekte.
Unter Objekten versteht man in diesem Zusammenhang Pakete von zusammengehörenden Informationen wie Zustandsinformationen zu einem bestimmten Gerät, Alarmbedingungen, analoge oder binäre Zahlenwerte, Zeitschaltkataloge, Listen jeder Art usw.. Sie sind jeweils durch Eigenschaften gekennzeichnet. Sie können z. B. nur gelesen oder gelesen und geschrieben werden. Die Instanzen, zwischen denen dieser Datenaustausch stattfindet, sind Clients und Server. Durch ihre parallele Aufschaltung auf die Busse entsteht das Netzwerk. Ein Client kann eine Bedienstation, aber auch ein Gerät sein. Er gibt einen Auftrag an einen Server, der daraufhin den Auftrag ausführt, also Daten entgegennimmt oder an eine andere Adresse sendet. Damit nicht periodisch Daten versendet werden, die ständig gleich sind und somit den Bus unnötig belasten, wird häufig das COV- (Change of Value-)Konzept angewendet. Sofern ein entsprechender Auftrag beim Server vorliegt, werden Daten nur dann auf den Bus gelegt, wenn sie sich geändert haben.
Das BACnet-Protokoll ist so ausgelegt, daß es jederzeit erweitert werden kann. Das geschieht durch das BACnet Standard Komitee der ASHRAE (SSPC 135). Für die Erweiterung kommen in Frage sowohl die Definition neuer Objekte oder ihrer Eigenschaften als auch die Funktionen. Für die Überprüfung existierender Anlagen und Produkte stellt die ASHRAE Testprozeduren zur Verfügung. Die BACnet Interest Group ist im Begriff, auf dieser Basis Zertifizierungen vorzunehmen.
Die Zahl der bisher weltweit mit dem BACnet-Konzept erstellten Projekte liegt, obwohl der Standard mit zwei Jahren noch jung ist, bei über 10 000. Das erste Vorzeigeprojekt war das Golden Gate-Projekt in St. Francisco, einem Verwaltungshochhaus mit 130 000 qm Fläche, das als Vorzeigeprojekt 1996 auf der Basis von BACnet automatisiert wurde. Allein das in Berlin errichtete Allianz Verwaltungsgebäude, einem Ensemble aus Alt- und Neubauten ist mit 200 000 qm erheblich größer. Es wurde ebenfalls mit BACnet-Protokoll errichtet. Die Regierungsneubauten am Berliner Spreebogen stellen diese Anlage erneut in den Schatten.
Allein im Reichstag werden auf 530 000 qm werden 12 000 Datenpunkte verwaltet. Hinzu kommen 114 000 qm für weitere Regierungsgebäude, in denen 46 000 Datenpunkte anfallen. Hierbei wurde besonderer Wert auf die Minimierung des Verbrauchs an fossilen Brennstoffen und des CO2-Ausstoßes gelegt. Das Konzept des Technikverbundes schließt die Nutzung unterirdischer gewaltiger Wasservolumen zur Zwischenspeicherung von Wärmeenergie ein. Aus Wettbewerbsgründen wurde jedes Gebäude getrennt ausgeschrieben und vergeben. Über das BACnet-Protokoll können dennoch alle technischen Prozesse unter einem gemeinsamen BACnet-System zusammengeschaltet werden. Ein besonderes Augenmerk wurde auf ein integriertes Alarmsystem gelegt.