BACnet
BACnet ist die gemeinsame Sprache, mit der Geräte verschiedener Hersteller in einem Gebäude zusammenarbeiten.
Ein Gebäudeleitsystem (GLT) und Feldgeräte verschiedener Hersteller: Raumfühler, Lüftung, Beleuchtung, alle sprechen BACnet.
In 30 Sekunden
BACnet (Building Automation and Control Networks) ist der weltweite, herstellerübergreifende Standard für Gebäudeautomation. Er sorgt dafür, dass Heizung, Lüftung, Klima, Beleuchtung, Zutritt und Zähler verschiedener Hersteller in einem Gebäude als ein System zusammenspielen. Jedes Gerät stellt dabei seine Werte (etwa eine Temperatur) und Schaltbefehle (etwa Ventil auf oder zu) in einer einheitlichen Form bereit, die jedes andere Gerät und der zentrale Leitrechner (das Gebäudeleitsystem, kurz GLT) lesen und setzen können. So kann der Leitrechner alle Anlagen überwachen und steuern. BACnet erschien erstmals 1995 als Standard des US-amerikanischen Fachverbands für Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik (ASHRAE 135) und ist seit 2003 zusätzlich als internationale Norm ISO 16484-5 anerkannt, also erprobt und langlebig. Für dich als Betreiber heisst das: freie Gerätewahl, ein einziges Bediensystem statt vieler getrennter Einzelsysteme, die nicht miteinander reden (sogenannter Insellösungen), und eine Technik, die über viele Jahre nachrüstbar bleibt.
Stell dir ein grosses Gebäude wie ein Team aus vielen Fachleuten vor, die alle unterschiedliche Muttersprachen sprechen. Der Heizungsmonteur, der Lüftungstechniker und der Lichtplaner kommen von verschiedenen Firmen und könnten sich normalerweise nicht verständigen. BACnet ist die gemeinsame Verkehrssprache, auf die sich alle geeinigt haben, so wie Englisch in einem internationalen Konzern. Zusätzlich haben sich alle darauf geeinigt, ihre Informationen nach demselben Formular auszufüllen, so wie ein einheitliches Personalformular, auf dem bei jedem an derselben Stelle Name, Rolle und aktueller Status steht. Der Leitrechner muss also nie raten, wo er nachschauen muss. Jeder darf weiter sein eigenes Werkzeug und seine eigene Marke mitbringen, aber sobald es um die Zusammenarbeit geht, sprechen alle dieselbe Sprache und nutzen dasselbe Formular. Der Leitrechner ist dabei wie ein Dirigent, der jedem Beteiligten Fragen stellen kann ("Wie warm ist es im Raum?") und Anweisungen gibt ("Stelle die Klappe auf zehn Prozent"), ohne wissen zu müssen, von welchem Hersteller das jeweilige Gerät stammt.
Wo trifft man BACnet an?
Heizung, Lüftung und Klima (HLK)
Der Klassiker: Raumfühler, Klappen, Pumpen und Kältemaschinen melden Werte und werden geregelt. Beispiel: Der Leitrechner senkt nachts in einem Bürohaus die Vorlauftemperatur der Heizung, um Energie zu sparen.
Beleuchtungssteuerung
Licht wird nach Anwesenheit, Tageslicht oder Zeitplan geschaltet und gedimmt. Beispiel: In einem Konferenzraum schaltet sich das Licht ab, wenn ein Präsenzmelder zehn Minuten keine Bewegung meldet.
Energie- und Verbrauchszähler
Strom-, Wärme- und Wasserzähler liefern Verbrauchsdaten zentral ins Gebäudeleitsystem. Beispiel: Ein Facility-Manager erkennt am zeitlichen Verlauf des Stromverbrauchs (dem sogenannten Lastgang), dass eine Lüftungsanlage nachts unnötig durchläuft.
Gebäudeleittechnik (GLT) im Grossgebäude
Spitäler, Flughäfen und Universitäten führen tausende Datenpunkte auf einer Oberfläche zusammen. Beispiel: In einem Spital überwacht die Leitwarte gleichzeitig den Überdruck in Reinräumen (der Keime draussen hält), die Kühlung und den Notstrom.
Zutritt und Sicherheit als Verbund
Zutrittssysteme und Gefahrenmeldungen werden mit der Haustechnik verknüpft. Beispiel: Bei Feueralarm fahren Lüftungsklappen automatisch in die Rauchschutz-Stellung und Türen entriegeln.
Herstellerübergreifende Sanierung und Nachrüstung
Ein Altbau bekommt neue Technik von mehreren Firmen, ohne alles ausreissen zu müssen. Beispiel: Eine neue Wärmepumpe eines anderen Herstellers wird nahtlos in das bestehende BACnet-Leitsystem eingebunden.
Gut geeignet für
- Für die Gebäudeautomation in mittleren bis grossen Objekten, weil BACnet genau dafür entworfen wurde und Anlagen vieler Fachbereiche (Gewerke) unter einem Dach vereint.
- Für herstellerübergreifende Projekte, weil das einheitliche Beschreibungs-Modell und die genormten Abläufe dafür sorgen, dass Geräte verschiedener Marken sich verstehen und austauschbar bleiben.
- Für langlebige Installationen, weil BACnet ein stabiler internationaler Standard ist und du dich nicht an einen einzigen Lieferanten bindest.
- Für energieeffizienten Betrieb, weil Geräte nur dann Daten senden, wenn sich ein Wert wirklich ändert (Fachbegriff: Change of Value, kurz COV), statt ununterbrochen zu funken, was Netzlast und Energie spart.
- Für schrittweise Nachrüstung im Bestand, weil neue Geräte sich beim System automatisch melden und gefunden werden (über die Suchfunktion Who-Is/I-Am), statt einzeln von Hand eingetragen zu werden.
Weniger geeignet für
- Für harte Maschinen-Echtzeit in der Produktion, also Bewegungssteuerung im Millisekunden-Takt, weil BACnet dafür zu langsam ist und seine Antwortzeiten nicht garantiert exakt sind; besser passen hier PROFINET oder EtherCAT (schnelle Industrie-Netze für Maschinensteuerung).
- Für drahtlose Übertragung über Kilometer, etwa verteilte Sensoren auf einem weitläufigen Campus, weil BACnet kein Funk-Fernnetz ist; dafür eignet sich LoRaWAN (Funktechnik für grosse Reichweiten mit sehr wenig Daten).
- Für die Anbindung eines einzelnen einfachen Sensors oder Stellglieds (Aktors, zum Beispiel eines Ventils) direkt an der Anlage, weil die komplette BACnet-Technik dafür überdimensioniert ist; hier ist IO-Link (einfacher Standard zum Anschluss einzelner Feldgeräte) schlanker und günstiger.
- Für reine Cloud- und Internet-Datenströme über das öffentliche Netz ohne lokale Automation, weil klassisches BACnet auf das Gebäudenetz ausgelegt ist; dafür eignen sich MQTT oder REST (leichte Verfahren, um Daten übers Internet zu übertragen), wobei die abgesicherte Variante BACnet/SC eine sinnvolle Ergänzung sein kann.
Fakten
- Building Automation and Control Networks
- ISO 16484-5 (international) und ANSI/ASHRAE 135 (USA)
- 1995 als ASHRAE 135; seit 2003 auch ISO-Norm
- Jedes Gerät ist eine Sammlung von Objekten mit Eigenschaften (Properties)
- Present_Value (der aktuelle Messwert oder Zustand)
- Lesen (ReadProperty), Schreiben (WriteProperty), Suche (Who-Is/I-Am), Melden bei Änderung (COV)
- UDP 47808 (in Technikschreibweise BAC0)
- BACnet/IP (Netzwerkkabel), MS/TP (Zweidraht-Kabel), BACnet/SC (verschlüsselt)
Im Detail
Das Objekt-Modell: Wie ein Gerät sich beschreibt
Der Kern von BACnet ist eine einfache, aber mächtige Idee: Jedes Gerät stellt sich nicht als undurchsichtige Kiste dar, sondern als eine geordnete Sammlung von Objekten. Ein Objekt ist ein benanntes Element mit einer klaren Bedeutung, zum Beispiel ein Analog Input (ein gemessener Wert wie die Raumtemperatur), ein Analog Output (ein stufenlos verstellbarer Ausgang wie eine Klappe, die sich von null bis hundert Prozent öffnen lässt) oder ein Binary Output (ein einfacher Schaltausgang, der nur auf oder zu kennt, etwa ein Ventil, das ganz öffnet oder ganz schliesst).
Jedes Objekt hat wiederum Properties, also Eigenschaften. Die wichtigste ist der Present_Value, der aktuelle Wert des Objekts, etwa die 21,5 Grad des Raumfühlers oder der Zustand offen bzw. geschlossen einer Klappe. Daneben gibt es weitere Properties wie den Namen, die Einheit oder Grenzwerte. Weil dieses Schema für alle Hersteller gleich ist, weiss der Leitrechner immer, wo er nachschauen muss.
Genau darin liegt der grosse Nutzen: Der Leitrechner muss nicht die Interna jedes Fabrikats kennen. Er fragt einfach den ersten Analog Input (also den ersten Messwert-Eingang) nach seinem Present_Value und bekommt die Raumtemperatur, egal ob der Fühler von Firma A oder Firma B stammt. Das ist der Grund, warum du Geräte frei mischen und später austauschen kannst.
Geräte finden sich selbst: Who-Is und I-Am
Bevor der Leitrechner (das Gebäudeleitsystem, kurz GLT) mit einem Gerät reden kann, muss er wissen, dass es überhaupt da ist. Dafür gibt es den Who-Is-Dienst: Der Leitrechner ruft per Rundruf (Broadcast, also eine Nachricht an alle im Netz) in das Gebäudenetz hinein und fragt sinngemäss Wer ist da?.
Alle passenden Geräte, also zum Beispiel der Thermostat, die Lüftungsklappe und die Kältemaschine, antworten daraufhin mit I-Am und nennen dabei ihre eindeutige Gerätenummer. Der Leitrechner baut sich aus diesen Antworten automatisch eine Liste aller vorhandenen Geräte auf. Du musst also nicht jedes Gerät von Hand eintragen.
Dieses Prinzip macht BACnet besonders angenehm bei Erweiterungen. Setzt du im Bestand ein neues Feldgerät ein, meldet es sich beim nächsten Who-Is von selbst und ist auffindbar. Das ist einer der Gründe, warum sich BACnet-Anlagen über Jahre gut nachrüsten lassen.
Lesen, Schreiben und clever abonnieren
Ist ein Gerät bekannt, laufen die täglichen Aufgaben über wenige, klar definierte Dienste. Mit ReadProperty liest der Leitrechner einen Wert, etwa den Present_Value des Raumfühlers, um die aktuelle Temperatur anzuzeigen. Mit WriteProperty schreibt er einen Wert zurück, zum Beispiel einen neuen Sollwert (die gewünschte Zieltemperatur) oder den Befehl, den Analog-Output einer Lüftungsklappe auf zehn Prozent zu stellen.
Damit der Leitrechner nicht ständig nachfragen muss, ob sich etwas geändert hat (das nennt man Pollen und es belastet das Netz), gibt es Change of Value, kurz COV. Das funktioniert wie ein Abo: Statt selbst dauernd nachzufragen, lässt sich der Leitrechner benachrichtigen, so wie du eine Push-Nachricht bekommst, statt ständig eine App zu öffnen. Der Leitrechner abonniert dabei eine Eigenschaft, und das Gerät meldet sich von selbst, sobald sich der Wert nennenswert ändert. Der Raumfühler sagt also aktiv Bescheid, wenn die Temperatur steigt, statt tausendfach gefragt zu werden.
Das spart Datenverkehr und Rechenlast und hält die Reaktion trotzdem schnell. In einem grossen Gebäude mit vielen tausend Datenpunkten ist dieser Unterschied entscheidend für einen ruhigen, effizienten Betrieb der gesamten Anlage.
Auf welchen Wegen BACnet reist: IP, MS/TP und SC
BACnet legt fest, was gesprochen wird, lässt aber offen, auf welchem Medium. Am verbreitetsten ist heute BACnet/IP, das über ganz normales Netzwerk (Ethernet und die IP-Technik) läuft, wie sie auch dein Bürorechner nutzt. Es verwendet den Netzwerk-Port mit der Nummer 47808; in der Technikschreibweise ergibt das BAC0, ein kleiner Gruss an den Namen BACnet.
Für Feldgeräte, die günstig und robust verkabelt werden sollen, gibt es BACnet MS/TP. Es läuft über eine einfache Zweidraht-Leitung (Standard RS-485), auf der viele Geräte an einem Bus hängen, also an einer gemeinsamen Leitung, an die alle hintereinander angeschlossen werden. Das ist ideal für Raumregler, Fühler und Klappen, wo keine volle Netzwerktechnik nötig ist.
Neuer ist BACnet/SC (Secure Connect). Es überträgt verschlüsselt, und zwar mit derselben Verschlüsselungstechnik, die auch beim Online-Banking im Browser genutzt wird (TLS über WebSocket). Damit schliesst es die Sicherheitslücken der älteren Varianten, die ursprünglich für geschlossene Gebäudenetze gedacht waren. Für moderne, auch über mehrere Standorte verbundene Anlagen ist BACnet/SC die zukunftssichere Wahl.