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Systematisierung der anwendungsorientierten Interoperabilitätstests beim Aufbau von BACnet-basierten Multi-Vendor-Systemen in der Gebäudeautomation

Ergebnisse

Projektbeschreibung

Projektbeteiligte

Eckdaten

Systematisierung der anwendungsorientierten Interoperabilitätstests beim Aufbau von BACnet-basierten Multi-Vendor-Systemen in der Gebäudeautomation


Projektnummer
10.08.17.7-09.28
Projektbeginn
08.2009
Projektende
04.2014
Projektstatus
abgeschlossen mit Bericht

Ergebnisse

In diesem Forschungsvorhaben wurden die Rahmenbedingungen und technologischen Möglichkeiten für effizientere Nachweise der anwendungsorientierten Interoperabilität von BACnet-Produkten untersucht, um im Bereich der Gebäudeautomation den möglichst störungsfreien Aufbau von Multi-Vendor-Systemen mit BACnet-Komponenten zu gewährleisten.Projektlaufzeit: August 2009 - April 2014

Ausgangslage

Untersuchungen zeigen, dass die Interoperabilität zwischen BACnet-basierten (BACnet - ) Geräten und Systemen unterschiedlicher Hersteller auch durch die BACnet-Zertifizierung nicht hinreichend gesichert werden kann. Um die gravierenden Auswirkungen eventueller Interoperabilitätsprobleme bereits im Vorfeld zu erkennen, wird gemäß -Empfehlung "BACnet 2007" bei vielen BACnet-Projekten vor Auftragserteilung ein Funktionstest vorgesehen.

Ziel

Zielsetzung des Forschungsprojektes war die Entwicklung, Erprobung und Verifikation einer Systematik, mit der die anwendungsbezogene Interoperabilität verschiedener BACnet Komponenten festgestellt, überprüft und dokumentiert werden kann.

Die Prüfung selbst sollte als Modulsystem standardisiert und theoretisch erarbeitet werden. Von praktischem Nutzen sollten die Ergebnisse für Planer sein, die mit öffentlichen Projekten beauftragt sind und als unabhängige, kompetente Fachkräfte für Gebäudeautomatisierung agieren. Dazu sollten Prüflasthefte und Anleitungen im Rahmen der Grundlagenarbeit entwickelt und vermittelt werden.

Die Forschungsergebnisse sollten mögliche Störquellen in Multi-Vendor-Systemen identifizieren, zu deren Beseitigung beitragen und die Sicherheit bei der Planung und Ausführung von BACnet-Systemen erhöhen.

Auftragnehmer war die Fraport AG, Frankfurt am Main, in Zusammenarbeit mit der GA-Ingenieurgesellschaft mbH, Salzkotten und der MBS GmbH, Krefeld.

Konzept

 

Die Festlegung von BACnet-Eigenschaften in den BACnet-Objekten wurde mit Hilfe der BACnet-Dienste in einem Eignungstest in Automationsstationen und der -Bedienebenen abgeprüft. Maßgeschneidert auf die Anforderung der Liegenschaft wurden den Testgeräten immer gleiche Aufgabenstellungen abverlangt und deren Reaktionen und Aufgabenlösungen mit Hilfe elektronischer Prüfwerkzeuge getestet und dokumentiert.

Zunächst wurden die derzeit verfügbaren Grundlagen gesichtet und die Interoperabilität in BACnet-Systemen anwendungsorientiert beschrieben. Darauf aufbauend wurde ein standardisiertes Verfahren für die Durchführung von anwendungsorientierten Interoperabilitätstests entwickelt. Zur Qualitätssicherung wurde das Testverfahren praktisch erprobt. Es wurden Testate entwickelt, die Art und Umfang der Interoperabilitätstests eindeutig dokumentieren.

Die praktische Durchführung der theoretisch entwickelten Prüfung wurde in einer Testumgebung umgesetzt und auf die Handhabbarkeit hin geprüft. Dabei sollte das Labor ein repräsentatives Abbild einer Multi-Vendor-Anlage mit national typischen BACnet-Geräten darstellen. Das Testverfahren wurde in Form von Software und Hardware in Form der Produktwerkzeuge implementiert und dokumentiert. Es sollte modular, erweiterbar und produktunabhängig sein. Erweiterbar, weil der BACnet-Standard ständig weiterentwickelt wird und neue Anwendungsgebiete wie Alarm- und Brandmeldetechnik hinzukommen.

Für die Konformitätsprüfung und weitere Prüfungen hat der Auftragnehmer mit verschiedenen Herstellern eine Kooperationsvereinbarung getroffen. Somit lagen Entwicklungsinformationen über die einzelnen Geräte vor. Hersteller, die die hauseigene Prüfung des Auftragnehmers nicht bestanden, wurden auch nicht für die Interoperabilitätsprüfungen eingesetzt. Die Konformitätsprüfung erfolgte für die vom Auftragnehmer definierten Anforderungen. Im Testlabor wurde dazu die reale IT-Umgebung abgebildet.

Methodik und Arbeitsschritte:

 

Entwickeln von Verfahren zur Durchführung anwendungsorientierter Interoperabilitätsprüfungen

Klären von Verfahren zur Erfüllung der Reproduzierbarkeit und Transparenz

Sicherstellen der Erweiterbarkeit des Verfahrens im Hinblick auf künftige Praxisprobleme und mögliche Ergänzungen von Testmodulen

Untersuchung der Möglichkeiten zur automatisierten Analyse vorhandener Lastsituationen (Performancetests)

Erarbeiten definierter Testszenarien auf Basis üblicher Gebäudeautomatisierungsfunktionen

Erarbeiten und Austesten von Methoden zur Lastsimulation

Erstellen einer Checkliste für anwendungsorientierte Interoperabilitätsprüfungen

Beschreiben des Verfahrens der Interoperabilitätsprüfungen

Ergebnisse

BACnet spezifiziert als Datenprotokoll für die Gebäudeautomation zwar sehr umfassend die "Sprache" und somit Inhalt und Bedeutung der Daten, jedoch nicht die eigentliche Gebäudeautomationsanwendung. Vergleicht man BACnet mit den Lernzielen, die einem in der Schule vermittelt werden, so legt BACnet die Vokabeln und die Grammatik fest, prüft aber nicht, ob mit diesen Grundlagen ein Aufsatz geschrieben oder eine Interpretation formuliert werden kann.

Auf die Gebäudeautomation bezogen, werden über BACnet zwar die Daten, nicht jedoch die Art und Weise der Steuerungs- und Regelungsprozesse zur Verfügung gestellt. Weiterhin lässt der BACnet-Standard bewusst sehr hohe Freiheitsgrade in den Anforderungen, welche Funktionen in ein Gerät implementiert werden und welche nicht. Auch die für diesen Zweck eingeführten -Profile bilden nur einen Teil der Funktionalität ab, wirkliche Applikationsbeschreibungen und Funktionsprofile existieren zurzeit noch nicht.

In Gebäudeautomationsprojekten kommt es daher aufgrund unterschiedlicher Ausprägung der Geräte zwar relativ selten zu generellen Schwierigkeiten in der Kommunikation. Aufgrund unterschiedlicher Funktionsimplementierungen und verschiedenen Ausprägungen ist eine Interoperabilität alleine aufgrund des gemeinsamen Einsatzes des BACnet-Protokolls nicht erreichbar. Die in den PICS () beschriebenen Funktionalitäten reichen für eine Bewertung der Interoperabilität ebenfalls nicht aus.

Zum Einstieg wird empfohlen, mit der Prozessübersicht zu beginnen und sich mit dem Ablauf und den Rollen in den einzelnen Phasen zu beschäftigen. Wie bereits erwähnt, stellen diese Abläufe, Prozesse, Verfahren sowie die beteiligten Parteien ein exemplarisches Muster dar, welches sich auf viele Gebäudeautomationsprojekte anwenden lässt.

Eingangsvoraussetzung

Damit die erforschte Systematik ausgeführt werden kann, bedarf es einiger Eingangsvoraussetzungen. Diese Eingangsvoraussetzungen sind im nachfolgenden Schaubild dargestellt. So werden auf der einen Seite gültige Normen, Standards und Richtlinien zugrunde gelegt.

BILD

Die wichtigste Grundlage zur Feststellung der Interoperabilität verschiedener Geräte zueinander ist eine erfolgreiche Konformitätsprüfung jedes einzelnen Gerätes zur Norm. Diese wird durch das erteilte Zertifikat sowie durch den ausführlichen Testbericht eines akkreditierten BACnet-Testlabors dokumentiert. Demgegenüber stehen auf der anderen Seite die liegenschaftsspezifischen -Planungen und -Anforderungen. Da diese Anforderungen an das Beobachten, Bedienen und Betreiben von Gebäudeautomation in einer Liegenschaft geknüpft sind, sind diese individuell und nur in geringem Maße allgemeingültig.

Das Forschungsprojekt hat vorausgesetzt, dass der Liegenschaftsbetreiber diese Anforderungen klar definiert hat, z.B. in Form eines Lastenheftes Gebäudeautomation. Beispiele für diese Vorgaben sind anhand der Anforderungen eines Großflughafens (Flughafen Frankfurt/Main) in den Anlagen zu diesem Forschungsprojekt zu finden. Die Systematik wurde in einem praktischen Prüfaufbau, in dem alle zur Prüfung vorgesehenen Geräte (IUT) eingebunden sind, durchgeführt.

Projektphasen

Der anwendungsorientierte Interoperabilitätstest wurde in unterschiedliche Projektphasen untergliedert.

Initiierung
GA--GebäudeautomationGA--GebäudeautomationGA--GebäudeautomationPICS--Protocol Implementation Conformance StatementPropertiesVorbereitung
GA--GebäudeautomationGA--GebäudeautomationGA--GebäudeautomationGA--GebäudeautomationGA--GebäudeautomationGA--GebäudeautomationEinbringung
Test
GA--Gebäudeautomation

Testergebnisse und deren Bewertung

Auswertung
BugtrackingNachbesserung
GA--GebäudeautomationBewertung
GA--GebäudeautomationGA--GebäudeautomationEntscheidung

 

Empfehlung der Anwendbarkeit der Systematik

 

Abschließend wurde festgestellt, dass sich die erarbeitete Systematik auf verschiedene Geräte von unterschiedlichen Herstellern anwenden lässt. Im Rahmen eines konkreten Großprojektes am Flughafen Frankfurt/Main konnte die Praxistauglichkeit nachgewiesen werden. Somit ist das entwickelte Verfahren in der Praxis sehr gut auf andere Projekte übertragbar.

Die Anwendung in anderen -Projekten wird mit ggf. reduziertem oder auch erhöhtem Umfang für andere Liegenschaftsbetreiber empfohlen. Durch die modulare Struktur des Verfahrens lassen sich Anpassungen an andere Projekte leicht umsetzen.

Projektbeteiligte
Eckdaten
Schlagworte zum Projekt : BACnet, Multi-Vendor-Systeme, Gebäudeautomation
Einordnung in Zukunft Bau : Prüfverfahren, Monitoring/ Gebäudeautomation, Ressortforschung