BACnet x LonMark x Modbus – Trois protocoles proposent des chemins différents vers un même objectif: les systèmes interopérables

À l’aube de l’ère des ordinateurs personnels, il n’était pas certain qu’un PC puisse communiquer avec un autre. Puis vint DOS. Adopté d’abord par IBM, il est rapidement devenu une norme de facto pour une grande partie de l’industrie des ordinateurs personnels. Les utilisateurs n’avaient pas à s’inquiéter de savoir si un système pouvait communiquer avec un autre.
Les choses n’étaient pas si simples pour les systèmes d’automatisation des bâtiments. Chaque fabricant a développé ses propres communications. Il n’y avait pas de norme industrielle à suivre. Le résultat: les communications des différents constructeurs étaient incompatibles.
Au fur et à mesure que les systèmes devenaient de plus en plus sophistiqués et flexibles, les conducteurs d’installations ont fréquemment constaté que ces incompatibilités constituaient de sérieux obstacles à l’amélioration des performances de leurs installations. Il était difficile, voire impossible, d’intégrer les systèmes d’automatisation et de contrôle dans un système unique et intégré.
Le problème était que les systèmes de différents fabricants n’étaient pas interopérables.
Les premières tentatives d’interopérabilité étaient un peu plus que des fabricants individuels faisant la promotion de leurs systèmes propriétaires pour accomplir toutes les fonctions d’automatisation et de contrôle dans une installation. Bien que cette approche permette l’intégration de systèmes auparavant distincts et indépendants dans un système unique, elle a ses inconvénients. Avec des systèmes propriétaires, les directeurs d’installations sont enfermés dans le système d’un seul fabricant. S’il y a une fonction qu’ils veulent effectuer mais qui n’est pas offerte par le fabricant, ils n’ont tout simplement pas de chance. Pire encore, sans concurrence pour l’expansion, les modifications ou les mises à niveau du système, les directeurs d’installations sont à la merci du fabricant du système en ce qui concerne les prix.
Une autre approche de l’interopérabilité a été l’utilisation de protocoles d’interopérabilité publiés. Un protocole est un ensemble de règles qui régit les communications au sein d’un réseau informatique. Ils peuvent être mis en œuvre via un logiciel, de l’appareil ou les deux. C’est l’acceptation généralisée et l’utilisation de protocoles standards qui ont permis le développement de nombreux systèmes de communication actuels.
Dans le domaine de la domotique, deux approches ont été adoptées en ce qui concerne les protocoles et l’interopérabilité. Certains développeurs de protocoles ont choisi de garder certaines parties du protocole propriétaires tout en permettant aux fabricants de développer des produits conformes aux normes établies par le protocole. D’autres développeurs ont choisi de placer la norme dans le domaine public pour utilisation par n’importe quel fournisseur dans le développement d’équipements qui fonctionneront dans le système.
Aujourd’hui, trois des protocoles d’interopérabilité les plus utilisés sont BACnet, LonMark et Modbus. Alors que les trois ont été utilisés avec succès dans la mise en œuvre de systèmes d’automatisation de bâtiments interopérables, leur approche de l’interopérabilité est très différente. Ces différences ne signifient pas nécessairement qu’une approche de l’interopérabilité est supérieure aux autres.

Comprendre le BACnet


BACnet est synonyme de Building Automation and Control Network. BACnet est la norme développée par ASHRAE – en collaboration avec les organisations de gestion des bâtiments, les utilisateurs de systèmes et les fabricants de systèmes de construction – spécifiquement pour les équipements de contrôle et d’automatisation des bâtiments. En 1995, après des années de développement et de révision, le conseil d’administration de l’ASHRAE a ratifié et publié la norme ASHRAE 135-1995. La norme a été soumise à l’ANSI et, en 1995, elle est également devenue une norme nationale américaine, ANSI / ASHRAE 135-1995.
Au cours des six années suivantes, la norme a subi plusieurs révisions et mises à niveau. En 2001, ASHRAE a publié une norme mise à jour, ASHRAE / ANSI 135-2001. En 2003, BACnet est devenu une norme internationale, ISO-16484-5.
BACnet est une norme de communication non propriétaire à protocole ouvert. Il peut être appliqué à pratiquement n’importe quel type de système présent dans les bâtiments aujourd’hui, y compris le système CVC, l’éclairage, la sécurité incendie, le contrôle d’accès, le transport … Par conception, il peut utiliser un large éventail de technologies de réseau pour les communications. C’est une spécification écrite qui inclut tout ce dont le type de câble doit être utilisé pour lancer une demande d’information ou une commande particulière. Ses règles sont spécifiquement conçues pour les équipements de domotique et de contrôle, couvrant des tâches telles que la demande de relevé de température, l’envoi d’une alarme d’état ou l’établissement d’un programme de ventilation.
L’approche adoptée par les développeurs de BACnet lors du développement de la norme était la suivante: pour qu’un système soit véritablement interopérable, il doit exister un accord standard couvrant deux domaines principaux: le fonctionnement global du système et les composants individuels du système. Ils ont accompli cela en utilisant une approche orientée objet dans l’examen, le contrôle, la modification et l’interopérabilité avec l’information dans différents dispositifs. Le modèle orienté objet BACnet comporte deux composants principaux: les objets et les services.
Dans BACnet, les objets sont des collections de propriétés, chacune représentant un peu d’information. En plus des propriétés définies par défaut, les objets peuvent inclure des propriétés définies par le fournisseur tant qu’ils fonctionnent conformément à la norme. BACnet définit également le comportement attendu de chaque propriété pour cet objet. Ce qui fait fonctionner l’approche orientée objet, c’est que chaque objet et chaque propriété tels que définis par le système sont accessibles exactement de la même manière.
Le processus de lecture ou d’écriture sur une propriété est ce que BACnet appelle un service. Les services sont les méthodes utilisées par tout appareil BACnet lorsqu’il communique avec un autre appareil BACnet, y compris la récupération d’informations, la transmission d’informations ou la communication d’une action. La norme définit une large gamme de services pour accéder aux objets et à leurs propriétés.

L’approche LonMark

Lonworks

Un deuxième standard, LonMark propose un type différent de solution au problème d’interopérabilité. Contrairement à BACnet, LonMark est un protocole propriétaire développé par Echelon Corporation en collaboration avec Motorola au début des années 1990. Le standard LonMark est basé sur le protocole de communication propriétaire appelé LonTalk. Le protocole LonTalk établit un ensemble de règles pour gérer les communications au sein d’un réseau de dispositifs coopérants. Pour simplifier la mise en œuvre du protocole, Echelon a choisi de travailler avec Motorola pour développer un microprocesseur spécialisé dans les communications appelé Neuron. Grâce à l’utilisation de cette puce et de son logiciel de support, le protocole établit comment les informations sont échangées entre les appareils. Étant donné qu’une grande partie du protocole de communication est contenue sur la puce, les concepteurs de systèmes et les installateurs peuvent se concentrer sur d’autres aspects du système.
Alors que LonTalk aborde le problème de la communication des périphériques, il ne prend pas en compte le contenu de la communication. Un deuxième protocole, connu sous le nom de LonWorks, définit le contenu et la structure des informations échangées. LonWorks est un système de contrôle distribué fonctionnant sur une base pair-à-pair, ce qui signifie que n’importe quel périphérique peut communiquer avec n’importe quel autre périphérique du réseau ou utiliser une configuration maître-esclave pour communiquer entre des périphériques intelligents. La plate-forme LonWorks prend en charge un large éventail de supports de communication.
Les appareils compatibles LonWorks communiquent entre eux via ce que l’on appelle un type de variable de réseau standard ou SNVT. Alors qu’un SNVT définit un périphérique comme un objet pour BACnet, son approche est quelque peu différente. Pour qu’un SNVT fonctionne, les dispositifs d’envoi et de réception doivent avoir une connaissance détaillée de la structure de la SNVT. Par conséquent, chaque SNVT est identifié par un numéro de code qui permet au dispositif de réception d’interpréter correctement les données de transmission.
Initialement, LonWorks n’a pas défini ce qu’un code SNVT particulier signifiait. Cela a entraîné une confusion entre les fournisseurs qui utilisaient le même code pour signifier différentes choses. Pour éliminer la confusion et normaliser les codes SNVT, l’association LonMark Interoperability a été créée en 1994. Composée de centaines de fabricants et d’intégrateurs, l’un de ses principaux objectifs était de mettre au point des méthodes standard pour la mise en œuvre de la technologie LonWorks.

Modbus

Modbus est un troisième protocole qui a été utilisé pour réaliser l’interopérabilité dans les systèmes d’automatisation des bâtiments. Le protocole Modbus a été développé au cours des années 1970 par Modicon, Inc. pour une utilisation dans des systèmes d’automatisation industrielle avec des automates programmables. Aujourd’hui, c’est l’un des moyens les plus largement utilisés pour connecter des équipements électroniques dans des applications industrielles. Sa simplicité en fait également un outil utile pour réaliser l’interopérabilité dans les applications d’automatisation du bâtiment.
Modbus est constitué d’une structure de messagerie conçue pour établir des communications client-serveur maître-esclave entre une large gamme de dispositifs intelligents. Il prend en charge les protocoles série et Ethernet traditionnels. C’est un standard vraiment ouvert et l’un des protocoles les plus utilisés dans l’environnement de fabrication industrielle. L’utilisation du protocole est gratuite et il n’y a pas de frais de licence. Les outils et les ressources pouvant être utilisés pour accélérer les opérations d’installation et de support sont disponibles en ligne.
Alors que Modbus était initialement conçu pour une utilisation dans des applications industrielles, son utilisation s’est rapidement étendue aux applications d’automatisation des bâtiments, de transport et d’énergie. Ses points forts comprennent l’ouverture, la simplicité et les exigences matérielles minimales. Un autre avantage significatif est l’utilisation du protocole de transport TCP / IP par protocole, le même protocole utilisé par Internet. Cela signifie que Modbus peut facilement être utilisé sur Internet.

Sélection d’un protocole

Chacun des protocoles concurrents prétend être le meilleur. Alors, comment les cadres de l’établissement choisissent-ils celui qui convient le mieux à l’établissement?
Les protocoles doivent être sélectionnés en fonction des besoins de l’installation et de sa capacité à prendre en charge un protocole particulier. Chacun a été utilisé plusieurs fois pour mettre en œuvre un système interopérable. Chacun a ses avantages et désavantages. Impliquez votre département informatique. Si votre organisation n’a pas l’expertise interne nécessaire pour évaluer les protocoles concurrents, demandez l’aide d’une entreprise externe qualifiée et indépendante, comme ArkOzSystems

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