Web-сервисы – новое дополнение к стандарту BACnet.

Стив Том, директор по технической информации компании Automated Logic Corporation,
работает с климатическими системами (HVAC) более 30 лет. В ALC Стив выступал координатором программ по обучению, подготовке документации и технической поддержке, а также работал с инженерами из исследовательского отдела по требованиям к продукции и удобству ее использования. В настоящее время Стив возглавляет разработку CtrlSpecBuilder – бесплатного web-инструмента для подготовки спецификаций систем ОВК (HVAC).

Один из уроков, которые я усвоил из своего курса по проектированию механизмов, это концепция «степеней свободы». Если создать механизм со слишком большим количеством степеней свободы, он замкнется на своей недееспособности, как кусок веревки из клубка, в котором не видно ее конца. Если создать механизм со слишком малым количеством степеней свободы, он превратится в закостенелую структуру, не способную к движению. Если создать механизм с правильным количеством степеней свободы, он будет работать гладко с точными и предсказуемыми результатами.

В своем роде Web-сервисы сегодня имеют слишком много степеней свободы. В целом они могут быть очень мощным инструментом для интеграции всех систем, автоматизируемых в здании, в единый слаженно работающий механизм. Также они могут быть использованы для коммуникации и координации действий с другими компьютерными системами высшего уровня, например такими, как системы учета, системы энергоснабжения и системы погодного прогнозирования.

В настоящее время не существует единых правил на то, как применять Web-сервисы для систем автоматизации зданий. Виртуально это дает программистам неограниченную свободу действий по применению Web-сервисов так, как им заблагорассудится, но в то же время данное условие делает Web-сервисы очень дорогим инструментом для использования. Каждый новый процесс интеграции требует многих часов специального программирования.

К счастью, ASHRAE подготовило Web-сервисы в качестве дополнения в структуру стандарта BACnet, добавляющее их к комплекту инструментов для автоматизации зданий. Данный стандарт (BACnet) достаточно гибок, чтобы использовать в полной мере сильную сторону Web-сервисов, но в то же время, обладая четкой структурой, он позволяет значительно упростить использование Web-сервисов для интеграции систем в здании. Проще говоря, BACnet обладает правильным количеством степеней свободы.

Что представляют собой Web-сервисы?

Web-сервисы – это стандартизированный способ обмена данными для двух компьютеров в одной сети. Они могут использоваться для чтения и записи данных с приложений между компьютерами. Web-сервисы могут также использоваться, чтобы заставить другой компьютер управлять программой или подпрограммой, производящей данные, необходимые для запрашивающего компьютера.

Вот простой пример: многие люди пользуются показаниями прогнозов погоды на своих компьютерах. Благодаря имеющимся возможностям данный прогноз погоды предоставляется с помощью Web-сервисов, установленных на компьютере, собирающем погодные данные. Ваш компьютер посылает запрос на компьютер с погодными данными, например, запрашивая сгенерировать трехдневный прогноз погоды для района с почтовым индексом 12345, с детализацией по погодным условиям для спортивных мероприятий на открытом воздухе и погодным условиям для аэропортов (или какие-то другие условия запроса). Web-сервисы базируются на стандартах информационных технологий, таких как XML и SOAP, но вам не нужно в них разбираться, чтобы использовать Web-сервисы. Главное – то, что IT-сообщество понимает их, а также то, что Web-сервисы широко поддерживаются компьютерной индустрией.

Насколько широко распространены?

Для начала необходимо отметить, что Web-сервисы были приняты в качестве стандарта такими компаниями, как Microsoft, Apple, Sun, Linux, IBM и многими другими. Для этой группы компаний, являющихся конкурентами друг другу, не всегда просто прийти к соглашению. Так-что если они все-таки соглашаются насчет каких-то технических моментов, например, как Web-сервисов, последние мгновенно становятся промышленным стандартом. Каждая из компаний добавила немного от себя в решения: Microsoft называет свои разработки .NET, в то время как IBM называет свои – WebSphere, но внутри все они базируются на Web-сервисах.

Web-сервисы использовались несколько лет в средствах коммуникации «бизнес-для-бизнеса» (B2B) и быстро стали общепризнанным стандартом. Наиболее значимые их применения: Amazon, Google и Microsoft Passport. Штат Нью-Мехико в США использует Web-сервисы для создания единого портала (сайта в Интернете), где пользователи из разных правительственных организаций могут получать доступ к информации и услугам.

Что касается индустрии автоматизации зданий, то Web-сервисы уже применяются для импорта данных по использованию HVAC оборудования и потребленной зданием энергии в систему автоматической подготовки счетов на оплату для жильцов.

Еще они нашли применение при проведении тестирования для подсчетов, когда необходимо сравнить потребление энергии схожими системами и создать «виртуальные термостаты», которые могли бы дать пользователям контроль над параметрами своих офисных помещений. Эти программы по тестированию интегрируют системы автоматизации зданий с cистемами энергоснабжения, применяя варианты управления, базирующиеся на ценовых характеристиках в реальном времени и расчетах по сокращению энергопотребления во время экстренных ситуаций.

Университеты и другие большие комплексы зданий экспериментируют с использованием Web-сервисов для создания интерактивных страниц в Интернете, где бы интегрировались значения потребляемой энергии, управление поддержкой здания, выставление счетов, учетные записи и другие системы, связанные с эксплуатацией. Все системы соединяются в единый «портал эксплуатации» с общим пользовательским интерфейсом, который дает доступ ко всем системам.

Некоторые проекты, находящиеся в стадии рассмотрения, используют прогнозы погоды для оптимизации работы систем подготовки льда, бойлерных и систем ночного охлаждения помещений. Университеты пробуют возможности использования центрального компьютера с расписанием занятий для автоматического применения расписания для систем ОВК, освещения и других систем.

Если основные производители систем автоматизации зданий уже поддерживают Web-сервисы, какова позиция ASHRAE?

ASHRAE подготавливает стандартный способ использования Web-сервисов для интеграции данных по эксплуатации здания от разных источников. В мире информационных технологий изобретены стандарты для осуществления механизма Web-сервисов, но в этих стандартах ничего не сказано про ту информацию, которой необходимо обмениваться. Можно провести аналогию с телекоммуникационной областью, где существуют стандарты на телефонные системы, но эти стандарты не предписывают, на каком языке по телефону можно общаться, или какие-то конкретные темы для разговоров.

Производители оборудования могут предоставить поддержку Web-сервисов в своих системах в том количестве и качестве, насколько они посчитают это необходимым. Также они могут использовать любую структуру данных по своему желанию: могут сделать размещение данных в своих системах очень простым или очень сложным. Даже если предположить, что все производители оборудования для автоматизации здания пробовали создать интерфейсы Web-сервисов для своих систем, практически нет шансов, что какие-нибудь два интерфейса будут похожи, а соединение двух различных систем вместе потребует громадного количества часов по специальному программированию.

Некоторые предусмотрительные игроки рынка увидели заранее эти проблемы, и три года назад они предложили создать стандартную информационную модель. ASHRAE приняло это предложение, и началась работа по привлечению инженеров служб эксплуатации, производителей оборудования, правительственных организаций и университетов. Они разработали стандарт по применению Web-сервисов в системах автоматизации зданий. Данный стандарт охватывает типы данных, которыми необходимо обмениваться, пути размещения данных и атрибуты для данных с общих объектов, таких как аналоговые входы или двоичные выходы. Сервисы должны выполнять функции чтения или записи найденных значений, а также получать информацию об имеющихся данных или доставлять сообщения об ошибках, если сервис недоступен.Стандарт охватывает большие объемы данных, в частности, позволяя вести регистрацию трендов.

Так как данный стандарт предназначался для использования в системах автоматизации зданий, его разработкой занимался технический комитет BACnet. После того как он получит общественное одобрение, он станет дополнением к стандарту BACnet и автоматически станет стандартом ANSI (Американский Национальный Институт Стандартов) и ISO (Международная организация по стандартизации). Естественно, этот стандарт совместим с протоколом BACnet, но не ограничен его рамками.

Действительно, одно из наиболее вероятных применений Web-сервисов – в качестве стандарта для обмена данными между системами автоматизации, использующими разные протоколы. Web-сервисы могут служить идеальным способом для соединения на верхнем уровне автоматизации между системами, работающими на BACnet, LonWorks, MODBUS или другими закрытыми протоколами. Инженерам не надо будет изучать в деталях каждый конкретный протокол, чтобы создать соединения. Им будет достаточно просто разбираться в Web-сервисах.

Соединения систем с помощью Web-сервисов помогают избежать проблем с несовместимыми скоростями передачи данных, типами сетевых соединений, частными чипами коммуникации и другими проблемами, которые могут возникнуть, когда используются шлюзы, чтобы соединить различные протоколы. Раз Web-сервисы быстро адаптировались как стандарт для B-B коммуникаций, естественно, можно предположить, что они могли бы заменить BACnet, LonWorks и другие протоколы для автоматизации зданий, но это не так по нескольким причинам. Для начала, никто еще не разработал набор Web-сервисов, которые бы обеспечивали все функции, необходимые для системы управления зданием. Передачи сообщений, тревог, синхронизация времени, резервные сохранения и восстановления – вот набор функций для автоматизации зданий, который не обеспечивается в предлагаемом варианте стандарта по Web-сервисам.

Конечно, такой стандарт можно разработать в будущем, но в сущности он станет еще одним протоколом по автоматизации зданий, которому придется доказать свое право на существование на рынке. И он не станет идеальным решением, так как Web-сервисы требуют больших ресурсов, чем большинство существующих контроллеров по автоматизации могут предоставить. По определению Web-сервисы используют язык XML для общения по IP-сетям, которые хорошо подходят для соединения компьютеров и серверов, но создавать IP-сеть для каждого устройства (например, для котла, VAV-установки, вытяжного вентилятора) будет чрезвычайно дорого.

Язык XML является многоуровневым способом передачи данных. Он создавался для облегченного понимания пользователями, оставаясь при этом гибким. Эти характеристики говорят о том, что он должен быть использован мощным компьютером и передаваться через высокоскоростные сети. А это уже выходит за рамки возможностей контроллеров, применяемых в небольших системах ОВК (например, VAV-установках), где они особенно чувствительны к возрастанию цен. Может быть, данное ограничение является временным, так как недорогие контроллеры каждый год увеличивают свою мощность и скорости передачи данных, но раз такой протокол как BACnet уже разработан, который является более эффективным для интеграции контроллеров и в тоже время открытым для всех производителей оборудования, стимул для соединения оборудования посредством Web-сервисов невелик.

Когда вам необходимо интегрироваться с системами вне здания, например с системой местного энергоснабжения, ситуация меняется в корне. Прежде всего системы, с которыми вы пытаетесь интегрироваться, не используют BACnet, LonWorks или какой-то другой протокол для автоматизации зданий. Люди, управляющие этими системами, не заинтересованы в обеспечении специальных возможностей для связи с системами управления зданиями. Их цель – обеспечить основной интерфейс, который бы мог использоваться любой внешней компьютерной системой. Их система уже работает на высокотехнологичном компьютере, подключенном к высокоскоростной IP-сети. Именно эта ситуация наилучшим образом подходит для применения Web-сервисов.

Компьютеры и сети обладают необходимым количеством «лошадиных сил», чтобы обрабатывать Web-сервисы. Возможно, для создания соединений с помощью Web-сервисов потребуется серьезная работа по программированию, но характеристики языка XML значительно упрощают задачу для программистов. Вероятно, что специалист по программированию уже будет знаком с Web-сервисами благодаря предыдущим B-B интеграциям, что также может упростить работу. Например, один заказчик из Техаса, заключавший контракт на разработку специального интерфейса между его системой автоматизации здания и биллинговой системой, узнал, что подрядчик сократил цену вдвое, когда выяснил, что существующая система автоматизации поддерживает Web-сервисы. Дополнение Web-сервисов в стандарт ASHRAE дает надежду на еще большее упрощение системной интеграции за счет использования передовых IT-технологий и переводит автоматизацию зданий на качественно новый уровень.

1. Приложение «c» к стандарту ANSI/ASHRAE 135-2004
BACnet, (ASHRAE – American Society of Heating, Refrigerating,
and Air Conditioning Engineers), ASHRAE.org
2. «Информационная модель: ключ к интеграции». Эрик
Крейтон и Дейв Робин, ALC, AutomatedBuildings, Jan 02
При подготовке материала
использована информация AutomatedLogic Corporation.