BACnet

Was ist BACnet — und was bedeutet es für ein Projekt, wenn die Lüftung des Fachplaners schon darin spricht?

BACnet ist die Sprache, in der Lüftungsanlagen, Heizzentralen, Kältemaschinen und Gebäudeleitsysteme miteinander reden. Entwickelt hat sie die amerikanische Ingenieursvereinigung ASHRAE als deren Standard 135; international ist sie als ISO 16484-5 übernommen und in vielen Ländern zusätzlich nationale Norm. Wer im Wohnbau damit zu tun bekommt, hat sie selten selbst ausgesucht: BACnet steht dort, wo ein Fachplaner ein Gewerk ausgeschrieben hat, und die Aufgabe lautet dann, daran anzuschließen.

Zwei Techniksysteme im Haus können nur zusammenarbeiten, wenn sie dieselben Wörter benutzen. BACnet ist so ein gemeinsamer Wortschatz, und zwar einer aus der Welt der großen Gebäude — Lüftung, Heizung, Kälte. Das Besondere daran: Ein Gerät kann selbst erzählen, was es hat. Es sagt nicht „Zahl Nummer 40071", sondern „Zulufttemperatur, in Grad Celsius". Deshalb lässt sich eine solche Anlage von außen erkunden, statt dass jemand erst ein Handbuch besorgen muss. Ganz von allein passiert trotzdem nichts: Was zwischen den Systemen wirklich übergeben wird, richtet immer noch ein Mensch ein.

Ausführliche Erklärung

Der Kern von BACnet ist das Datenmodell und nicht die Leitung. Ein Gerät besteht aus Objekten, ein Objekt aus Eigenschaften, und auf Objekte wirken Dienste. Ein Analogeingang ist ein Objekt; sein Messwert, seine Einheit, sein Name, sein Zustand sind Eigenschaften; Lesen, Schreiben und Anmelden für Änderungsmeldungen sind Dienste. Genau drei Eigenschaften hat jedes Objekt zwingend: eine Kennung, einen Namen und die Angabe, um welchen Objekttyp es sich handelt. Genormte Eigenschaften gibt es über 350.

Jedes Gerät hat außerdem genau ein Geräteobjekt, dessen Instanznummer im Feld einstellbar sein muss — es ist der Ausweis, über den ein Gerät im Netz gefunden wird.

Dieser Aufbau ist der eigentliche Unterschied zu Modbus. Dort steht in Register 40071 eine Zahl, und was sie bedeutet, weiß nur die Tabelle des Herstellers. Ein BACnet-Objekt bringt seinen Namen, seine Einheit und seinen Zustand selbst mit. Eine Gegenstelle kann eine Anlage deshalb erkunden, statt sie nachzuschlagen — und ein Gerät kann von sich aus melden, wenn ein Wert sich ändert oder ein Alarm ansteht, statt darauf zu warten, dass jemand fragt.

Vier Wege für dieselben Nachrichten

Welche Leitung die Nachrichten transportiert, regelt der Standard in eigenen Abschnitten — und die Liste ist länger, als man erwartet: Ethernet nach ISO 8802-3, ARCNET, MS/TP, eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung, LonTalk und, in einem eigenen Anhang, BACnet/IP. Seit 2019 kommt BACnet Secure Connect dazu. Im Gebäude begegnen einem davon in der Praxis drei.

MS/TP ist die Zweidraht-Ebene und der Grund für die häufigste Verwechslung auf der Baustelle: Sie benutzt dieselbe EIA-485-Elektrik wie Modbus RTU, also dasselbe verdrillte Paar an denselben Klemmen. Wer nur auf das Kabel schaut, kann die beiden nicht auseinanderhalten. Anders als bei Modbus fragt hier aber nicht dauerhaft ein einziger Master: Die sendeberechtigten Geräte reichen ein Senderecht im Kreis weiter, und wer es gerade hat, darf reden. Daneben gibt es Geräte, die nur antworten. Der Name sagt beides — Master-Slave mit Token-Weitergabe.

BACnet/IP legt die Nachrichten in UDP-Pakete. Damit ein Gerät Rundrufe auch über Subnetzgrenzen hinweg empfängt, sieht der Standard einen eigenen Vermittler vor, das BBMD. Es ist eine Krücke — und der Ausschuss selbst benennt sie als solche.

BACnet/SC ist die Antwort darauf. Der zugehörige Beschluss von 2019 listet die Beschwerden auf, die IT-Abteilungen gegen BACnet/IP vorbringen: keine Absicherung nach verbreiteten Standards wie TLS, Bedarf an festen IP-Adressen gerade für die BBMDs, UDP-Rundrufe, die durch das ganze Netz laufen können, und BACnet-Router, die aus Sicht der IT eine zweite, nicht verwaltbare Wegewahl darstellen. BACnet/SC ersetzt das durch verschlüsselte Verbindungen über WebSockets, die jedes Gerät selbst nach außen zu einem Knotenpunkt aufbaut. Damit gibt es keine Rundrufe mehr, keine festen Adressen und keinen Sonderweg durch die Firewall.

Was der Standard nicht leistet

Zwei Geräte, die beide BACnet sprechen, arbeiten deshalb noch nicht zusammen. Der Standard beschreibt einen sehr großen Vorrat an Objekten und Diensten, und kein Gerät setzt ihn vollständig um — verpflichtend für alle ist im Grunde nur das Lesen einer Eigenschaft. Was ein bestimmtes Gerät kann, steht in zwei Dokumenten, die zum Lieferumfang gehören: das eine listet die unterstützten Objekte und Dienste auf, das andere beschreibt in genormten Bausteinen, welche Zusammenarbeit daraus folgt. Wer BACnet ausschreibt, ohne diese Bausteine zu benennen, hat eine Protokollangabe bestellt und keine Funktion.

Und wie bei jeder Kopplung zwischen zwei Systemwelten bleibt die Zuordnungsarbeit: Welches Objekt der Lüftungsanlage entspricht welchem Datenpunkt der Haussteuerung, in welche Richtung, und wer führt bei Widerspruch? Das erledigt kein Standard. Das erledigt das Gerät dazwischen, und bezahlt werden die Stunden, die in seine Einrichtung fließen.

Häufiges Missverständnis

„BACnet ist offen, also kommen wir überall dran." Offen ist die Festlegung, und das ist viel wert: Sie ist veröffentlicht, sie wird von einem Ausschuss mit Herstellern, Betreibern und Planern gepflegt, und für die Prüfung gibt es einen eigenen Standard. Was daraus nicht folgt, ist Zugriff. Ob ein Gerät eine Eigenschaft überhaupt herausgibt, ob es sie beschreiben lässt und ob der Betreiber der Anlage das erlauben will, sind drei verschiedene Fragen — und die dritte entscheidet ein Mensch und kein Protokoll.

Der zweite Irrtum liegt an der Klemme. Ein Zweidrahtstrang mit BACnet MS/TP und einer mit Modbus RTU sehen identisch aus, benutzen dieselbe Elektrik und dieselben Regeln für Abschluss und Leitungsführung. Geräte beider Welten an einem Strang verstehen einander trotzdem nicht — und weil beide auf einer stummen Leitung gleich aussehen, wird der Fehler zuerst bei der Verkabelung gesucht.

Nicht zu verwechseln mit

Modbus RTU: dieselbe Leitungsart, nummerierte Register statt benannter Objekte, ein Master statt umlaufendem Senderecht. Der häufigste Verwechslungsfall an der Klemme.
KNX: Gebäudebus mit eigener Elektrik, eigener Zertifizierung und einem herstellerübergreifenden Werkzeug. Im Wohnbau die verbreitetere Wahl; BACnet ist die Welt des Zweckbaus.
LonTalk: ein eigener Standard, den BACnet lediglich als einen möglichen Übertragungsweg aufführt. Er ist kein Teil von BACnet.
Gebäudeleittechnik: die Bedien- und Visualisierungsebene über den Anlagen. Sie benutzt BACnet, ist aber nicht dasselbe.

In der Planung

In einem größeren Wohnhaus plant ein Fachplaner die kontrollierte Lüftung, und die Anlage spricht BACnet. Der Kinoraum soll während der Vorführung leiser belüftet werden. Die Versuchung ist, sofort nach einem Gerät zu suchen, das beide Welten verbindet. Zu klären ist vorher etwas anderes: Wie viele Informationen müssen wirklich über die Grenze, in welche Richtung, und wer entscheidet, wenn Kinobetrieb und Lüftungsprogramm sich widersprechen?

Bleibt es bei einem einzigen Signal — Vorführung läuft oder läuft nicht —, ist der potenzialfreie Kontakt der kürzeste Weg und braucht weder Objektlisten noch eine Netzwerkfreigabe. Sobald mehrere Betriebsarten, Sollwerte oder Rückmeldungen dazukommen, führt der Weg auf das Protokoll, und dann steht als Erstes eine Frage an den Fachplaner an: Welche Objekte gibt die Anlage heraus, und welche darf jemand beschreiben? Diese Auskunft steht in den Gerätedokumenten, die zum Lieferumfang gehören — sie einzufordern ist eine Sache von einer E-Mail und entscheidet über den halben Aufwand.

Ein Punkt gehört in dieselbe frühe Phase, weil er später niemandem mehr gehört: das Netz. Läuft die Anlage über IP, sind Subnetz, Rundrufe und Zugriffsrechte Teil der Planung; läuft sie über die Zweidrahtebene, gelten die Regeln der EIA-485-Strecke, und der Anschluss an die Haussteuerung braucht ein eigenes Gerät. Beides ist machbar, und beides gehört vor die Vergabe und nicht in die Inbetriebnahme.

Verknüpfte Inhalte

Die elektrischen Regeln der Zweidraht-Übertragung, die MS/TP mit Modbus RTU teilt, stehen bei RS-485 und RS-422; das nummerierte Datenmodell zum Vergleich bei Modbus RTU und Modbus TCP. Die einfache Meldung ohne Protokoll behandelt der potenzialfreie Kontakt, die Trennung von Netzsegmenten der Eintrag zu VLAN und Subnetz. Wie zwei Systemwelten zusammenkommen und was eine Zuordnungsliste ist, klärt der Eintrag zum Gateway.

Quellen

Die Aufzählung der Übertragungswege mit ihren Abschnitten, die Einführung von BACnet Secure Connect und die Aufstellung der Schwächen von BACnet/IP stammen aus dem ASHRAE-Beschluss bj zu Standard 135-2016 von 2019. Die Zuordnung zu ASHRAE, ISO 16484-5 und dem Prüfstandard 135.1 steht beim BACnet-Ausschuss selbst. Die Begriffe des Objektmodells — Objekt, Eigenschaft, Dienst, Geräteobjekt — sowie die Zahlenangaben zu genormten Eigenschaften und Diensten sind über das Glossar von BACnet International belegt.