ما الفرق بين BACnet وKNX وModbus وMQTT؟

إنهم يحلون مشاكل مختلفة، وفي معظم المباني يجلسون جنبا إلى جنب. BACnet هو بروتوكول اتصالات بيانات مصمم خصيصًا لأتمتة المباني والتحكم فيها. KNX هو معيار للتحكم في المنزل والمبنى، ويستخدم على نطاق واسع للإضاءة والتظليل والتحكم في الغرفة. Modbus هو بروتوكول عميل/خادم بسيط وطويل الأمد لقراءة وكتابة القيم في أجهزة مثل العدادات ومحركات الأقراص وأجهزة التحكم في المعدات. MQTT عبارة عن وسيلة نقل رسائل نشر/اشتراك خفيفة الوزن تنقل البيانات بين الأجهزة والبوابات ومنصات البرامج.

السؤال عن الأفضل يخطئ الهدف. ولكل منها مكان طبيعي، ويكمن عمل التصميم الحقيقي في تحديد الواجهة التي يجب أن يستخدمها كل نظام وفي تحديد ما تعنيه البيانات بمجرد وصولها.

الأربعة في لمحة

BACnet

تم تصميم BACnet، التي تتم صيانتها من قبل لجنة ASHRAE SSPC 135، لتلبية احتياجات الاتصالات الخاصة بأتمتة المباني والتحكم فيها: التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC)، والإضاءة، والتحكم في الوصول، وواجهات مكافحة الحرائق وسلامة الحياة، وإدارة الطاقة ومراقبة المصاعد. فهو يحدد رسائل القيم التناظرية والثنائية والجداول الزمنية والإنذارات والأحداث وسجلات الاتجاه وتكوين الشبكة. الإصدار الحالي هو ANSI/ASHRAE 135-2024، وتم نشره في نهاية عام 2024 ويتضمن إضافات لطبعة 2020. يتم نشر نفس البروتوكول دوليًا باسم ISO 16484-5، والذي ظهرت طبعته الثامنة في أغسطس 2026.

تكمن قوة BACnet في أنها تحمل بنية: كائن الإدخال التناظري له قيمة حالية ووحدات وأعلام حالة وخصائص قياسية أخرى. تكمن نقطة الضعف في الممارسة العملية في أن المنتجات تنفذ مجموعات فرعية مختلفة، لذا فإن الجهازين اللذين يقول كلاهما "BACnet" قد لا يدعمان نفس الخدمات. تُظهر شهادة BTL من BACnet International أن المنتج قد تم اختباره بشكل مستقل مقابل حزمة الاختبار القياسية. وهذا دليل مفيد، ولكن لا يزال يتعين على المشروع التأكد من أن الكائنات والخدمات المحددة التي تحتاجها حالة الاستخدام مدعومة.

KNX

تتم إدارة KNX بواسطة جمعية KNX ويتم نشرها كمعيار دولي (ISO/IEC 14543-3) وكمعايير أوروبية (EN 50090 وEN 13321). وهو يدعم العديد من الوسائط، بما في ذلك الزوج الملتوي وخط الطاقة والراديو وIP، ويتم تكوين الأجهزة من العديد من الشركات المصنعة باستخدام أداة هندسية مشتركة، ETS. يعد KNX شائعًا بشكل خاص في تركيبات الإضاءة والتظليل والتحكم في الغرفة الأوروبية، ويتم تشغيل وظائفه الأساسية محليًا دون الاعتماد على الخدمة السحابية.

عندما يتعلق الأمر بالتكامل، غالبًا ما تكون أنظمة KNX متصلة بنظام إدارة المباني (BMS) أو النظام الأساسي من خلال بوابة أو واجهة KNX IP. أضافت ASHRAE ملحقًا معياريًا لتعيين KNX لكائنات BACnet إلى المعيار 135 في عام 2004، لكن المتكامل لا يزال بحاجة إلى عنوان مجموعة المشروع ووثائق نقطة البيانات.

Modbus

Modbus هو بروتوكول عميل/خادم طبقة التطبيقات، وتتم صيانته بواسطة مؤسسة Modbus، وهو أحد أبسط الطرق لقراءة البيانات من المعدات. يتم تشغيله عبر الخطوط التسلسلية وعبر TCP/IP، حيث يتم حجز المنفذ 502 له، ويقوم بروتوكول Modbus Security الأحدث بتغليفه في TLS. يقوم العميل بقراءة أو كتابة السجلات والـ coils المرقمة في جهاز الخادم.

هذه البساطة هي أيضًا حدودها. يحتوي السجل على رقم، وما يعنيه الرقم (الطاقة بالكيلوواط ساعة أو Wh، عامل القياس، أي مرحلة) يتم تعريفه فقط في خريطة سجل الشركة المصنعة. لذلك، يعتمد كل تكامل لـ Modbus على الخريطة الصحيحة لطراز الجهاز والبرامج الثابتة المحددة، وعلى الاختبار مقابل القيم المعروفة.

MQTT

MQTT عبارة عن وسيلة نقل للنشر/الاشتراك خفيفة الوزن وموحدة بواسطة OASIS؛ تمت الموافقة على الإصدار 5.0 في عام 2019. تقوم الأجهزة أو البوابات بنشر رسائل للمواضيع الموجودة على الوسيط، وتشترك التطبيقات في المواضيع التي تحتاجها. إنه فعال عبر الروابط المقيدة، ويفصل المنتجين عن المستهلكين ويدعمه على نطاق واسع إنترنت الأشياء والمنصات السحابية. ويقدم ثلاثة مستويات للتسليم: مرة واحدة على الأكثر، ومرة ​​واحدة على الأقل، ومرة ​​واحدة بالضبط.

ما لا تحمله MQTT هو أي معنى بناء خاص بها. يجب تصميم وتوثيق بنية الموضوع وتنسيق الحمولة والوحدات والطوابع الزمنية ومعرفات الأصول وعلامات الجودة بواسطة المشروع. يمكن لنظامي MQTT تبادل الرسائل بشكل لا تشوبه شائبة ولا يزالان لا يفهمان بعضهما البعض.

اتصال العمل ليس التكامل بعد

مهما كان البروتوكول، يحتاج التطبيق إلى معرفة ما هي كل قيمة، ومن أين تأتي، ووحدتها وقياسها، ومتى تم قياسها وما إذا كانت جديرة بالثقة. وبدون ذلك، قد يؤدي الاتصال الناجح ظاهريًا إلى نتائج مضللة. النموذج الدلالي واصطلاح التسمية هما ما يجعل البيانات متعددة البروتوكولات قابلة للاستخدام.

الأوامر تحتاج إلى مزيد من الرعاية. تعد قراءة درجة الحرارة وتغيير نقطة الضبط حالات قبول مختلفة، ويجب أن توضح المواصفات الأوامر التي قد تعبر حدود النظام، وبأي أولوية، وكيفية عمل التجاوزات، وماذا يحدث في حالة فقدان الاتصال.

غالبًا ما تكون البوابات التي تترجم بين البروتوكولات ضرورية، ولكن كل واحدة منها عبارة عن جهاز آخر للتكوين والتأمين والنسخ الاحتياطي والدعم. تنتمي كل بوابة إلى جدول الواجهة، ولها مالك مسمى.

كتابة جدول الواجهة

بالنسبة لكل واجهة، يجب أن يوضح الجدول البروتوكول والإصدار والأجهزة والنقاط المعنية ومعناها ووحداتها ومعدلات التحديث والأوامر المسموح بها وآلية الأمان وسلوك الفشل والجهة المسؤولة في كل طرف. وينبغي بعد ذلك إثبات التبادل التمثيلي قبل بدء التشغيل الكامل، كما يظهر خطأ جهاز القياس أعلاه.