L`impianto elettrico domotico, l`evoluzione tecnologica

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L’impianto elettrico domotico, l’evoluzione
tecnologica dell’impianto elettrico tradizionale
2014- 07- 17 17:07:50 BrunoOrsini
Introduzione
Con il t rascorrere degli anni e con la cont inua evoluzione t ecnica dei mat eriali
e dei component i, l’impiant o elet t rico negli edif ici civili e non solo ha int egrat o
sempre più il suo ambit o originario di semplice dist ribuzione di energia elet t rica
con la moderna t ecnologia Home and Building Automation (HBA) più
conosciut a con il t ermine Domotica, parola compost a dall’insieme di “domus”,
che in lat ino signif ica casa, e “robotica” disciplina dell’ingegneria che si occupa
di st udiare i met odi che permet t ono ad una macchina di realizzare il lavoro
umano; nello specif ico dello sviluppo di t ut t e quelle t ecnologie mirat e a
migliorare la qualit à della vit a in t ut t i i luoghi abit at i.
In realt à la Home Automation riguarda t ut t i i sist emi di aut omazione che
int eressano una singola abit azione f ornendo servizi soprat t ut t o a persone che
in genere non hanno grande dimest ichezza con sof ist icat e apparecchiat ure
elet t roniche per cui generalment e è compost a da disposit ivi che non
necessit ano di part icolare compet enza t ecnica specif ica, si pensi ad esempio
a persone anziane o disabili che at t raverso un semplice t elecomando o un
comando vocale possono ut ilizzare t ut t e le f unzionalit à di un impiant o; ment re
la Building Automation riguarda t ut t i i sist emi di aut omazione rif erit i alla
gest ione di int eri edif ici in ambit o residenziale (grandi condomini, alberghi),
produt t ivo (f abbriche), assist enziale (ospedali, scuole), commerciale (negozi,
cent ri commerciali) rivolgendosi prevalent ement e ad operat ori
part icolarment e espert i e per quest i mot ivi gest isce f unzionalit à
t ecnicament e molt o più complesse ed avanzat e.
T ramit e l’ut ilizzo combinat o di elet t rot ecnica, elet t ronica, inf ormat ica e
t elecomunicazioni la domot ica st udia e realizza sist emi int egrat i per
l’aut omazione di processi e cont rolli at t raverso i quali è quindi possibile
ot t enere una migliore qualit à della vit a, maggiore sicurezza e soprat t ut t o un
not evole risparmio dei consumi energet ici, Fig.1.
Fig.1 Archit et t ura di un sist ema domot ico
Le f unzionalit à che possono essere aut omat izzat e at t raverso l’impiego di un
sist ema domot ico si possono dist inguere nelle seguent i cat egorie:
gestione e controllo dei carichi f anno part e di quest a cat egoria t ut t i
gli elet t rodomest ici cosiddet t i “bianchi” ovvero f rigorif eri, f orni, lavat rici,
lavast oviglie, scaldabagni, ecc; per ogni carico è possibile olt re alla
gest ione e la diagnosi manut ent iva anche il cont rollo a dist anza;
gestione ambientale rient rano in quest a cat egoria l’illuminazione, la
climat izzazione e la gest ione dell’acqua; ad esempio per l’illuminazione è
possibile regolare l’int ensit à luminosa art if iciale negli ambient i int erni in
f unzione della luce nat urale alzando o abbassando t apparelle o t ende
est erne, oppure è possibile regolare l’int ensit à luminosa di un punt o luce
in f unzione di un event o come l’accensione del t elevisore; per la
climat izzazione è possibile coordinare il sist ema di riscaldament o o di
raf f rescament o con la vent ilazione art if iciale o l’apert ura e la chiusura di
f inest re permet t endo la regolazione della t emperat ura di ogni ambient e
indipendent ement e dalle condizioni at mosf eriche present i all’est erno;
per la gest ione dell’acqua è possibile programmare nel t empo e in
f unzione delle condizioni met ereologiche l’irrigazione di giardini, piant e e
serre;
gestione della sicurez z a rient rano in quest a cat egoria le at t ivit à di
ant int rusione e videosorveglianza, la prot ezione da incendi, f ughe di gas
e allagament i, richiest e aut omat iche di soccorso per via t elef onica
soprat t ut t o nel caso di persone anziane sole o a rischio;
gestione dell’inf ormaz ione e della comunicaz ione ricadono sot t o
quest a cat egoria il cit of ono, il videocit of ono, il t elef ono, la f ibra ot t ica, la
ricezione t elevisiva e sat ellit are, la dif f usione sonora, i servizi a dist anza
(t eleservizi); con l’impiego di un sist ema domot ico ad esempio è
possibile ascolt are in qualsiasi punt o della casa un programma
radiof onico o vedere su un monit or un dvd, oppure indirizzare e/o
regist rare le comunicazioni t elef oniche e/o t elevisive su det erminat e
apparecchiat ure.
Il sistema domotico
La carat t erist ica principale di un impiant o domot ico è quella di ut ilizzare una
vast a gamma di disposit ivi capaci di comunicare t ra loro all’int erno di un
sist ema di gest ione int elligent e globale che comprende t ut t e le t ipologie di
impiant o: elet t rico, elet t ronico, idraulico, allarme e videosorveglianza,
ant incendio, dat i; di conseguenza l’element o f ondament ale che carat t erizza
quest o t ipo di impiant o è la rete di comunicaz ione ovvero un sist ema
compost o da una linea f isica di comunicazione che collega i vari component i
denominat a mez z o di trasmissione opiù genericament e BUS dal lat ino
“omnibus” che signif ica per t ut t i ed è per questo motivo che la sua corretta
pronuncia deve essere Bus e non erroneamente Bas come avviene in
genere cercando di “inglesiz z are” qualsiasi termine
elettrico/elettronico; e una part e digit ale che cost it uisce il linguaggio di
comunicazione det t a protocollo di comunicaz ione.
In prat ica un sist ema domot ico è compost o da una linea BUS che per mezzo
di un prot ocollo di comunicazione digit ale permet t e il dialogo t ra le seguent i
cat egorie di disposit ivi, vedi f igura 2:
dispositivi di uscita sono specif iche int erf acce elet t roniche che
at t raverso opport uni component i vengono ut ilizzat e dall’ut ent e per
at t uare il cont rollo e la realizzazione delle varie necessit à come ad
esempio accendere le luci, programmare la t emperat ura ambient e,
at t ivare l’irrigazione delle piant e, ecc. Sono i disposit ivi di comando
come int errut t ori, pulsant i, deviat ori, programmat ori radio, schermi
t ouch-screen e i disposit ivi sensori che raccolgono i segnali provenient i
dall’ambient e come i sensori di t emperat ura, di f ughe di gas, di
allagament o, gli anemomet ri, ecc;
dispositivi di ingresso sono specif iche int erf acce elet t roniche
denominat e at t uat ori che raccolgono i segnali provenient i dai disposit ivi
di uscit a e int erf acciano la ret e elet t rica con i vari component i
dell’impiant o come ad esempio l’aliment azione delle luci, l’apert ura di
port e e f inest re, l’accensione o lo spegniment o degli elet t rodomest ici,
l’at t ivazione di una pompa ant iallagament o o la chiusura di
un’elet t rovalvola in caso di event uali f ughe di gas.
Fig.2: Collegament o di un sist ema domot ico
I vant aggi di un sist ema domot ico sono molt eplici, dalla separazione f isica t ra
le linee di pot enza e quelle di comando, alla semplicit à dell’inst allazione e dei
collegament i f ino alla not evole riduzione della quant it à di cavi impiegat i, ma
quello più import ant e è senza dubbio la possibilit à di cambiare in qualsiasi
moment o la conf igurazione dell’impiant o senza int ervenire sui collegament i.
Inf at t i sf rut t ando le pot enzialit à del prot ocollo di comunicazione ad ogni
disposit ivo dell’impiant o viene assegnat o un proprio “nome” (indirizzo), per cui
ogni component e sa cosa deve f are e quando lo deve f are ma soprat t ut t o
con quali alt ri disposit ivi deve f arlo; in quest o modo ad esempio si può variare
in ogni moment o la f unzione di un int errut t ore o le azioni di un sensore
semplicement e riprogrammando gli indirizzi a cui impart ire i comandi, in quest o
modo ad esempio un int errut t ore può divent are un deviat ore oppure un
sensore di luminosit à può int ervenire sia sulle t apparelle che sull’illuminazione
crepuscolare del giardino semplicement e riprogrammando il sist ema.
I sist emi domot ici vengono classif icat i in base alla loro architettura, ovvero al
modo in cui i vari disposit ivi sono collegat i e comandat i nonché alla f unzione
dell’unit à di comando, nei seguent i t ipi:
centraliz z ata in quest o t ipo di archit et t ura esist e una sola unit à di
comando cent ralizzat a, i comandi sono gest it i unicament e dall’unit à
cent rale in base alla programmazione della sua memoria int erna; i vari
disposit ivi connessi al sist ema non sono in grado di comunicare t ra loro,
le inf ormazioni provenient i dai sensori e dai comandi e diret t i agli
at t uat ori sono sempre gest it i dall’unit à di comando cent ralizzat a, f igura
3;
Fig.3 Archit et t ura cent ralizzat a
distribuita in quest o t ipo di archit et t ura t ut t i i disposit ivi possiedono
una int elligenza propria per cui sono in grado di eseguire det erminat e
f unzioni aut onomament e; ad ogni disposit ivo viene assegnat o un nome
(indirizzo) univoco, in quest o modo at t raverso un prot ocollo di
comunicazione t ut t i i disposit ivi sono in grado di comunicare t ra loro
permet t endo la realizzazione di det erminat e f unzionalit à, f igura 4;
Fig.4 Archit et t ura dist ribuit a
mista associa una unit à di comando cent ralizzat a ad una serie di
cent rali derivat e dislocat e nell’edif icio che comunicano t ra loro, è quest a
un’archit et t ura molt o ef f icient e ma molt o complessa adat t a soprat t ut t o
per la Building Aut omat ion, f igura 5.
Fig.5 Archit et t ura mist a
Il mezzo di trasmissione
Il mezzo di t rasmissione più comunement e def init o BUS (Binary Unit Syst em),
è il sist ema impiegat o per il collegament o f isico di t ut t i i disposit ivi di un
impiant o domot ico; in genere la scelt a del mezzo t rasmissivo più idoneo deve
essere f at t a in f unzione dell’analisi dell’ambient e in cui deve essere
ef f et t uat a la connessione, ovvero alla sua est ensione, alla velocit à di rispost a
ai comandi, all’immunit à ai dist urbi, non t rascurando un giust o compromesso
t ra cost i e prest azioni del sist ema.
I mezzi t rasmissivi possibili per la realizzazione di una ret e domot ica sono:
onde convogliate (PL, Power Line) consist e nell’ut ilizzazione della ret e
di dist ribuzione dell’energia elet t rica che aliment a i vari component i
dell’impiant o, in prat ica la t ensione di ret e dist ribuit a viene modulat a con
i segnali da t rasmet t ere per cui t ut t i i component i del sist ema vengono
collegat i t ra f ase e neut ro at t raverso opport une int erf acce di
disaccoppiament o, la comunicazione è bidirezionale ma la t rasmissione
nelle due direzioni non può essere simult anea per quest o mot ivo la
velocit à di t rasmissione risult a not evolment e bassa; quest o sist ema è
part icolarment e adat t o in caso di impiant i esist ent i dove non sarebbe
possibile l’inst allazione di nuovi cavi, per cont ro quest o sist ema è
pot enzialment e molt o inst abile, la ret e elet t rica inf at t i è sogget t a a
dist orsioni e dist urbi imprevedibili che rendono necessaria l’adozione di
part icolari f ilt ri di linea sull’impiant o; le regole di connessione sono
st abilit e dalla norma EN 50065-1 “T rasmissione del segnale su ret i
elet t riche a bassa t ensione nella gamma di f requenza da 3 kHz a 148,5
kHz – Part e 1: Prescrizioni generali, bande di f requenza e dist urbi
elet t romagnet ici”;
radiof requenz a (RF, Radio Frequency) mediant e quest a t ecnologia è
possibile t rasmet t ere inf ormazioni t ra un component e e l’alt ro senza un
collegament o f isico ma impiegando le onde elet t romagnet iche in genere
di f requenza 433 MHz, 868 MHz e 2,4 GHz modulat e in f requenza, ad
esempio at t raverso gli st andard Wi-Fi, ZigBee, Bluet oot h. Quest o
sist ema è part icolarment e adat t o in st rut t ure di valore art ist ico in cui
sarebbe problemat ica qualsiasi inst allazione muraria oppure nel caso di
piccole modif iche in st rut t ure esist ent i; per cont ro i suoi limit i risiedono
nel f at t o che le bande di f requenza impiegabili non sono ancora
st andardizzat e a livello mondiale, non è garant it a un’adeguat a sicurezza
in quant o la comunicazione può essere f acilment e dist urbat a e
soprat t ut t o si andrebbe ad accrescere not evolment e il livello di
inquinament o elet t romagnet ico present e all’int erno delle abit azioni;
Inf rarossi (IR, Inf ra Red) è un sist ema di collegament o senza f ili che
sf rut t a le onde elet t romagnet iche nel campo dell’inf rarosso, al
vant aggio dell’assenza di un collegament o f isico present ano lo
svant aggio della comunicazione unidirezionale e la f ort e at t enuazione in
presenza di ost acoli;
f ibra ottica è cost it uit a da sot t ili e leggerissime f ibre di vet ro che
sf rut t ano la t rasmissione e la modulazione della luce (led o laser), risult a
t ot alment e immune dai dist urbi elet t romagnet ici ed è part icolarment e
indicat a per collegare grandissime dist anze permet t endo la
realizzazione di ret i molt o vast e ad alt a velocit à; per cont ro i cavi in f ibra
ot t ica in quant o molt o delicat i e con connessioni complesse richiedono
part icolari e cost osi accorgiment i in f ase di inst allazione, inolt re il loro
cost o è not evolment e alt o.
doppino intrecciato (T P, T wised Pair) è cost it uit o da una coppia di
condut t ori in rame isolat i t ra loro che provvede olt re allo scambio di
inf ormazioni t ra i vari component i anche alla loro aliment azione elet t rica;
la soluzione maggiorment e impiegat a è un cavo a doppino int recciat o
ad elica (t wist at o) con passo allungat o e schermat o per evit are che le
inf ormazioni in t ransit o lungo il cavo siano dist urbat e da int erf erenze
elet t romagnet iche. In relazione alla presenza o meno di una schermat ura
i doppini si dist inguono, vedi f igura 6, in: UT P (Unshielded T wist ed Pair);
FT P (Foiled T wist ed Pair); ST P (Shielded T wist ed Pair); S-FT P
(Shielded Foiled T wist ed Pair).
Fig.6: Doppini int recciat i
Il sist ema bus con doppino int recciat o è quello che esalt a al meglio le
pot enzialit à dei sist emi domot ici di home aut omat ion t ant o da essere il
mezzo di t rasmissione più usat o, af f idabile, di f acile inst allazione, con una
buona velocit à di t rasmissione superiore a 100 Mb/s e soprat t ut t o con cost i
not evolment e bassi.
E’ bene chiarire però, che la linea bus di un sistema domotico non deve
essere considerata come una linea di trasmissione dati per
telecomunicaz ioni e distribuz ione multimediale caratteriz z ata da una
determinata larghez z a di banda e in grado di trasmettere inf ormaz ioni
complesse ad alta velocità, ma è una linea che deve trasmettere
inf ormaz ioni di qualità limitata e a bassa velocità.
A t ale proposit o, la norma EN 50090-9-1 “Home and Building Elect ronic
Syst em” def inisce le seguent i classi HBES per le linee bus:
classe 1 garant isce i requisit i necessari alla t rasmissione di comandi e
cont rolli;
classe 2 garant isce i requisit i della classe 1 più la t rasmissione audio e
video a bassa velocit à;
classe 3 aggiunge ai requisit i della classe 2 la t rasmissione di segnali
video complessi ad alt a velocit à.
Negli at t uali sist emi domot ici vengono impiegat e esclusivament e linee bus di
classe 1 e 2, ad esempio la classe 1 viene ut ilizzat a per comandi di
illuminazione, riscaldament o, condizionament o, vent ilazione o per allarmi
ant int rusione, allagament o, gas, incendio; ment re la classe 2 viene ut ilizzat a
per t elef ono, cit of ono e videocit of ono, dif f usione sonora, videocont rollo.
Il protocollo di comunicazione
Il sist ema di comunicazione, più comunement e def init o linguaggio, con cui i vari
component i dell’impiant o domot ico dialogano t ra di loro at t raverso il mezzo di
t rasmissione è det t o “protocollo di comunicaz ione” che può essere di t ipo:
proprietario è un prot ocollo di comunicazione gest it o esclusivament e
dal produt t ore delle apparecchiat ure che non rende disponibile alcuna
inf ormazione sulle sue carat t erist iche di f unzionament o, per quest o
mot ivo può comunicare con apparecchiat ure di alt ri cost rut t ori solo con
l’uso di specif iche int erf acce f ornit e dal gest ore st esso del prot ocollo; in
genere si t rat t a di sist emi molt o economici che vengono ut ilizzat i per
realizzare impiant i di piccole e medie dimensioni;
standardiz z ato o aperto è un prot ocollo di comunicazione apert o a
qualsiasi cost rut t ore e consent e una t ot ale interoperabilità dei
component i ovvero le specif iche di f unzionament o dei disposit ivi
vengono rese di dominio pubblico in modo t ale che qualsiasi cost rut t ore
può decidere di realizzare disposit ivi int eroperant i con quest o prot ocollo.
Un prot ocollo st andardizzat o, in genere, è gest it o da un ent e t erzo
(consorzio di varie aziende) che si occupa olt re che dello sviluppo
t ecnico anche della cert if icazione dei produt t ori e dei component i. In
prat ica si t rat t a di sist emi di comunicazione molt o complessi ed evolut i
che rendono possibile la realizzazione di grandi impiant i.
At t ualment e esist e un grande numero di prot ocolli di comunicazione, di
seguit o vengono riport at i quelli principali:
Bluetooth nat o nel 1998 dalla collaborazione t ra IBM, Int el, Ericsson,
T oshiba e Nokia è ut ilizzat o soprat t ut t o dai maggiori produt t ori di
apparecchiat ure di elet t ronica ed inf ormat ica, not o come st andard IEEE
802.15.1ut ilizza un sist ema t rasmissivo a radio f requenza a 2,4 GHz e
può comunicare ad una dist anza massima di alcune decine di met ri con
una velocit à di 1 Mb/s;
Ethernet nasce a livello speriment ale negli anni 70 e le sue specif iche
sono st at e st abilit e con lo st andard IEEE 802.3 ut ilizza come mezzi di
t rasmissione f ibra ot t ica e doppino int recciat o e può comunicare con
una velocit à f ino a 1 Gb/s; ut ilizzat o soprat t ut t o in campo indust riale per
il cont rollo di grandi impiant i aut omat izzat i recent ement e, soprat t ut t o a
seguit o della dif f usione di int ernet , viene impiegat o anche in campo
residenziale per la creazione di ret i locali;
X-10 è un prot ocollo present e sul mercat o da olt re vent i anni e dif f uso
soprat t ut t o negli St at i Unit i, è un sist ema unidirezionale con disponibilit à
massima di 256 disposit ivi che ut ilizza come mezzo di t rasmissione le
onde convogliat e sull’impiant o elet t rico in bassa t ensione, il sist ema di
comando a dist anza ut ilizza t elecomandi a inf rarossi, è un prot ocollo
molt o lent o (60 bit al secondo) ma molt o semplice da inst allare e da
ut ilizzare;
Z igBee not o come prot ocollo IEEE 802.15.4 in prat ica è l’evoluzione del
Bluet oot h, carat t erizzat o dalla sicurezza e dalla possibilit à di support are
un grandissimo numero di disposit ivi, per cont ro ha una velocit à di
comunicazione molt o bassa;
Jini è una t ecnologia sof t ware derivat a da Java con la quale è possibile
la conf igurazione aut omat ica, ogni disposit ivo cont iene il sof t ware di
sist ema con il quale è possibile dialogare con t ut t i gli alt ri component i; il
sist ema viene considerat o privo di un organismo di cont rollo cent rale, in
prat ica cost it uit o da t ant e ent it à indipendent i ma in grado di comunicare
t ra loro;
UPnP (Universal Plug and Play) è sviluppat o da Microsof t e permet t e
ai vari disposit ivi di comunicare t ra loro oppure at t raverso
apparecchiat ure di int erf accia come comput er e/o decodif icat ori;
HBS (Home Bus System) realizzat o da un consorzio di societ à
giapponesi nel 1988, ut ilizza un mezzo di t rasmissione alquant o
complesso compost o da due cavi coassiali e ot t o doppini int recciat i;
può gest ire qualsiasi apparat o domest ico con part icolare riguardo ai
disposit ivi audio e video;
LonWorks è conosciut o anche come ANSI/EIA 701.9-A-1999,una singola
ret e può support are f ino a 32 000 disposit ivi diversi; olt re che per
l’aut omazione HBES viene impiegat o ad esempio in campo indust riale e
commerciale dall’Enel con i nuovi cont at ori int elligent i per la misurazione
dei consumi elet t rici e i t eleservizi, per il cont rollo degli ascensori, nella
diagnost ica dei circuit i st ampat i, nella st rument azione medica e nella
prot ezione ant incendio;
Konnex (KNX) è un consorzio nat o nel 1999 dalla collaborazione t ra EIBA
(European Inst allat ion Bus Associat ion), BCI (Bat ibus Club Int ernat ional)
e EHSA (European Home Syst em Associat ion) con lo scopo di realizzare
un sist ema complet o e st andardizzat o per il cont rollo e la gest ione
dall’aut omazione in edif ici residenziali, commerciali e indust riali, non
vincolat o ad un unico f ornit ore o ad un unico set t ore indust riale.
Lo standard KNX (Konnex)
Lo standard KNX è quello che si è impost o maggiorment e nel mercat o
mondiale, at t ualment e è il più import ant e e dif f uso nel set t ore
dell’aut omazione per il t erziario e il residenziale; con olt re 300 cost rut t ori e più
di 15000 disposit ivi cert if icat i, rappresent a un sist ema di comunicazione e
cert if icazione riconosciut o a livello mondiale.
Lo st andard KNX nasce nel 1999 per mezzo della f ondazione Konnex f ormat a
dalla f usione di t re associazioni europee: EIB (European Inst allat ion Bus), BCI
(Bat ibus Club Int ernat ional), EHSA (European Home Syst em Associat ion), è
basat o principalment e sulle specif iche EIB complet at e con alcuni meccanismi
di conf igurazione sviluppat i da BCI e EHSA, impiega come mezzi di
t rasmissione il doppino int recciat o, le onde convogliat e a 110 kHz e 132 kHz, la
radiof requenza a 868 MHz e i raggi inf rarossi.
Fig.7: il logo della Konnex
At t ualment e è riconosciut o come st andard europeo secondo la normat iva
CENELEC EN50090 e CEI EN 13321-1, dal 2006 è st at o approvat o come
st andard int ernazionale secondo la normat iva ISO/IEC 14543-3 ed è approvat o
anche come st andard cinese GB/Z 20965.
Una volt a t erminat a l’inst allazione di t ut t i i component i dell’impiant o ovvero
dopo aver ef f et t uat o t ut t i i collegament i della linea bus e t ut t i i collegament i
elet t rici delle varie ut enze, occorre at t ivare la procedura di comunicazione t ra i
vari disposit ivi ef f et t uando una specif ica operazione di conf igurazione; quest a
operazione è possibile ut ilizzando un part icolare sof t ware denominat o ET S
(at t ualment e Engineering T ool Sof tware, in origine denominat o EIB T ool
Sof t ware) che è part e int egrant e dello st andard KNX con il quale è possibile
ef f et t uare olt re alla conf igurazione e messa in servizio iniziale anche la
diagnost ica ed il monit oraggio del sist ema indipendent ement e dal cost rut t ore
diagnost ica ed il monit oraggio del sist ema indipendent ement e dal cost rut t ore
dei disposit ivi. Il sof t ware ET S viene commercializzat o dal consorzio Konnex in
t re versioni:
Demo versione dimost rat iva a t it olo grat uit o ut ilizzabile solo per
piccolissimi proget t i di prova;
Lite versione leggera con f unzioni limit at e per la realizzazione di proget t i
medio/piccoli;
Prof essional versione prof essionale complet a di t ut t e le f unzioni per la
realizzazione anche di impiant i di grandi e grandissime dimensioni.
T ramit e il sof t ware ET S inst allat o su un comput er è possibile operare la
conf igurazione indipendent ement e dall’impiant o ovvero senza essere
collegat i alla linea bus (of f line), una volt a t erminat a la conf igurazione sul
comput er ci si può collegare all’impiant o t ramit e opport una int erf accia, ad
esempio RS232, USB, Et hernet , ecc, ed ef f et t uare il download permet t endo
così all’impiant o di f unzionare aut onomament e; l’operazione è analoga se si
ha la necessit à di ef f et t uare modif iche o cont rolli su un impiant o esist ent e.
Il consorzio Konnex at t raverso rigorosi cont rolli cert if ica e garant isce olt re i
vari cost rut t ori anche i component i che vengono cert if icat i sulla base di t re
modalit à di conf igurazione:
–
S-Mode (System Mode) è un meccanismo di conf igurazione molt o
avanzat o che richiede personale alt ament e specializzat o, at t raverso
l’impiego del sof t ware ET S è adat t o per la realizzazione di impiant i complessi
con sof ist icat e f unzioni di cont rollo;
–
E-Mode (Easy Mode) i component i con quest a modalit à di
conf igurazione sono realizzat i con un insieme di paramet ri di def ault che
permet t ono una rapida e f acile inst allazione anche da part e di personale con
una limit at a preparazione t ecnica;
–
A-Mode (Automatic Mode) è un meccanismo di conf igurazione che
comprende disposit ivi che possono conf igurarsi aut omat icament e senza
l’int ervent o di t ecnici part icolarment e espert i e per quest o ut ilizzabili
diret t ament e dall’ut ent e f inale.
La st rut t ura di un sist ema KNX, vedi f igura 8, è compost a da vari disposit ivi
raggruppat i in linee appart enent i ad un cert o numero di aree collegat e t ra loro
at t raverso il mezzo di t rasmissione; ogni linea può raggruppare al massimo 64
disposit ivi, ogni area può essere compost a al massimo da 15 linee e ogni
sist ema può comprendere al massimo 15 aree, di conseguenza ad ogni
singolo sist ema è possibile connet t ere f ino a 14400 disposit ivi diversi.
Fig.8: Archit et t ura dello st andard Konnex
Le varie linee sono collegat e a quelle principali at t raverso gli accoppiat ori di
linea AL, ment re le linee principali possono essere collegat e f ra loro
at t raverso gli accoppiat ori di area AA; gli accoppiat ori hanno la f unzione di
isolare elet t ricament e le part i del sist ema in modo t ale che un event uale
guast o elet t rico di un singolo disposit ivo non compromet t a il f unzionament o
dell’int ero sist ema. Il collegament o f ra le linee e la dorsale può essere
realizzat o indif f erent ement e in qualsiasi modo, vedi f igura 9, devono però
essere rispet t at e le seguent i condizioni dello st andard KNX:
lunghezza massima di una singola linea 1000 m;
numero massimo dei disposit ivi su una singola linea 64;
dist anza massima t ra due disposit ivi 700 m;
dist anza massima di un disposit ivo rispet t o all’aliment at ore 350 m;
numero massimo di aliment at ori per ogni linea 2, post i a 200 m uno
dall’alt ro;
in presenza di 30 o più disposit ivi collegat i su una linea bus di lunghezza
inf eriore o uguale a 10 m occorre posizionare l’aliment at ore nelle
immediat e vicinanze.
Fig.9: Collegament i della linea Bus
Lo st andard KNX suddivide i disposit ivi in due cat egorie:
–
dispositivi di sistema sono gli aliment at ori a bassissima t ensione di
sicurezza 24 V in corrent e cont inua e i vari accoppiat ori ovvero t ut t i quei
disposit ivi che svolgono le at t ivit à di support o al sist ema;
–
dispositivi dedicati che consent ono l’at t uazione delle f unzionalit à del
sist ema come i sensori, i comandi, gli at t uat ori. Quest i disposit ivi sono
compost i da due unit à dist int e una esclusivament e f unzionale come ad
esempio il t ast o di un pulsant e o una sonda di int ensit à luminosa o di velocit à
del vent o, e una esclusivament e elet t ronica denominat a BCU (Bus Coupling
Unit ) che diret t ament e connessa con la linea bus consent e lo scambio e
l’int erpret azione dei segnali t ra l’unit à f unzionale e il rest o dell’impiant o. L’unit à
BCU è un vero e proprio micro comput er compost a da: un microprocessore;
una memoria EEPROM (Elect ronically Erasable Programmable Memory) che
gest isce i paramet ri di conf igurazione; una memoria ROM (Read Only Memory)
che gest isce il sist ema operat ivo; una memoria RAM (Random Access
Memory) che gest isce i comandi e lo st at o del disposit ivo; un modulo di
t rasmissione che permet t e il disaccoppiament o dei segnali dall’aliment azione,
vedi f igura 10.
Fig.10: St rut t ura di un disposit ivo
dedicat o Konnex
Il prot ocollo di comunicazione Konnex è basat o sulla t rasmissione digit ale dei
dat i di t ipo seriale nella quale l’inf ormazione è f ormat a dalla sequenza di bit (il
più piccolo element o nel sist ema numerico binario, la sequenza di 8 bit
f ormano 1 byt e) ognuno dei quali può assumere il valore di 1 oppure 0. In
prat ica lo st at o logico 1 equivale al valore della t ensione di aliment azione del
sist ema, ment re lo st at o logico 0 equivale alla riduzione del valore della
t ensione di aliment azione con un impulso della durat a di 35 μs. La
comunicazione avviene con l’invio di messaggi chiamat i telegrammi in
presenza di un qualsiasi event o come l’azionament o di un pulsant e o lo st at o
di un sensore, vedi f igura 11; nell’int ervallo T 1 il disposit ivo verif ica che la linea
bus non sia impegnat a da alt ri t elegrammi, al t ermine della t rasmissione del
t elegramma il/i disposit ivo/i dest inat ario/i con il t empo T 2 verif ica la corret t a
ricezione e a verif ica posit iva invia la conf erma; nel caso in cui il t elegramma
non viene ricevut o in modo corret t o la sua t rasmissione può essere ripet ut a
f ino a t re volt e, se la ricezione del t elegramma non viene conf ermat a la
procedura viene int errot t a ed è regist rat a nella memoria del mit t ent e. Ciascun
t elegramma è cost it uit o da diversi campi suddivisi in pacchet t i da 8 bit più
alcune inf ormazioni per verif icare errori di t rasmissione; in prat ica un
t elegramma è cost it uit o in successione dai seguent i campi:
campo di controllo cont iene inf ormazioni di cont rollo per il disposit ivo
ricevent e al f ine di ordinare il t raf f ico di t elegrammi;
campo indiriz z o cont iene il nome del disposit ivo che invia il
t elegramma e quello del disposit ivo al quale è dest inat o;
campo dati cont iene le ist ruzioni da eseguire come un comando o un
rilevament o o un allarme;
campo sicurez z a cont iene le inf ormazioni di verif ica e sicurezza
af f inchè un t elegramma non venga rilanciat o in cont inuazione;
campo conf erma cont iene le inf ormazioni relat ive alla corret t a
ricezione del messaggio da part e del dest inat ario.
Fig.11: St rut t ura del t elegramma
Al f ine di evit are inut ili ripet izioni in caso di linea bus occupat a o di un
messaggio di allarme, il sist ema è in grado di assegnare ai t elegrammi uno
st at o di priorit à nel seguent e ordine:
LOW nessuna priorit à, messaggio normale con priorit à bassa;
HIGH per comandi rapidi, priorit à media;
ALLARM per messaggi di allarme, priorit à alt a;
SYST EM per messaggi di gest ione del sist ema, priorit à alt issima.
Il Panorama normativo
Il sist ema normat ivo per quant o riguarda la Home and Building Elect ronic
Syst em vede coinvolt i i seguent i organismi:
CENELEC con il T C205;
ISO/IEC JT C 1/SC 25 “Int erconnessione di apparecchiat ure di
t ecnologia dell’inf ormazione”;
CEI con il CT 205 “Sist emi bus per edif ici”;
La serie normat iva più import ant e per quant o riguarda la HBES (Home and
Building Elect ronic Syst em) è la CENELEC EN 50090 (recepit a in It alia come CEI
EN 50090) che suddivisa in nove sezioni, st abilisce: i requisit i del sist ema e dei
component i; i crit eri per la proget t azione, l’inst allazione, la verif ica e il
collaudo, vedi f igura 12.
Fig.12: St rut t ura della norma EN 50090
Alt re norme t ecniche di rif eriment o sono:
CEI 0-2 Guida per la def inizione della document azione di proget t o degli
impiant i elet t rici;
CEI 64-8 Impiant i elet t rici ut ilizzat ori di bassa t ensione. Sist emi per la
dist ribuzione dell’energia elet t rica;
CEI 64-50 Guida per l’int egrazione nell’edif icio degli impiant i elet t rici
ut ilizzat ori e per la predisposizione di impiant i ausiliari, t elef onici e di
t rasmissione dat i;
CEI 64-100-1-2 Guida per la predisposizione delle inf rast rut t ure per gli
impiant i elet t rici, elet t ronici e per le comunicazioni;
CEI 79-3 Impiant i di rilevament o e segnalazione int rusione, f urt o,
sabot aggio e aggressione;
CEI 83-11 Guida per i sist emi bus negli edif ici pregevoli per rilevanza
st orica ed art ist ica;
CEI 100-7 Guida per l’applicazione delle Norme sugli impiant i di ricezione
t elevisiva;
CEI 103-1 Impiant i t elef onici int erni;
CEI 205-2 Guida ai sist emi bus su doppino per l’aut omazione nella casa
e negli edif ici, secondo le norme CEI EN 50090;
CEI 205-14 Guida alla proget t azione, inst allazione e collaudo degli
impiant i HBES;
CEI 205-18 Guida all’impiego dei sist emi di aut omazione degli impiant i
t ecnici negli edif ici. Ident if icazione degli schemi f unzionali e st ima del
cont ribut o alla riduzione del f abbisogno energet ico di un edif icio;
CEI 205-24 Requisit i generali per i sist emi elet t ronici per la casa e
l’edif icio (HBES) e sist emi di aut omazione e cont rollo di edif ici (BACS);
CEI 306-2 Guida per il cablaggio per t elecomunicazioni e dist ribuzione
mult imediale negli edif ici residenziali;
CEI 306-6 Sist emi di cablaggio generico. Requisit i generali e uf f ici;
CEI EN 50173-1 T ecnologia dell’inf ormazione – Sist emi di cablaggio
st rut t urat o – Requisit i generali;
CEI EN 50173-4 T ecnologia dell’inf ormazione – Sist emi di cablaggio
st rut t urat o – Abit azioni;
CEI EN 50174-1 T ecnologia dell’inf ormazione – Inst allazione del
cablaggio – Specif iche ed assicurazione della qualit à;
CEI EN 50174-2 T ecnologia dell’inf ormazione – Inst allazione del
cablaggio – Pianif icazione e crit eri di inst allazione all’int erno degli edif ici;
UNI 9795 Sist emi f issi aut omat ici di rivelazione, di segnalazione manuale
e di allarme d’incendio.
L’evoluzione della progettazione impiantistica
elettrica
Con l’impiego della domot ica non è più suf f icient e realizzare un corret t o
dimensionament o e cablaggio per garant ire la f unzionalit à di un impiant o
elet t rico ma occorre una corret t a programmazione; rispet t o alle ormai
obsolet e inst allazioni elet t riche t radizionali un sist ema domot ico present a
not evoli vant aggi met t endo a disposizione degli ut ilizzat ori dell’impiant o t ut t e
quelle f unzioni di aut omazione, comf ort e sicurezza che garant iscono una
migliore qualit à della vit a int egrando le seguent i f unzionalit à:
gest ione riscaldament o, condizionament o e vent ilazione;
gest ione dei carichi elet t rici con dist acco di quelli non priorit ari (lavat rice,
f orno, ecc.) in caso di superament o della pot enza impegnat a;
accensione, spegniment o e regolazione aut omat ica dell’int ensit à
dell’illuminazione degli ambient i;
creazione di scenari predef init i at t uabili aut omat icament e;
chiusura o apert ura di t ende ed oscurant i in base alle condizioni
climat iche est erne;
monit oraggio dei locali a dist anza mediant e t elecamere; gest ione degli
allarmi t ecnici (ant incendio, ant int rusione, allagament i, f ughe di gas);
gest ione della t elef onia;
gest ione della dif f usione sonora e t elevisiva;
cont rollo e monit oraggio dell’ef f icienza energet ica t ramit e let t ura,
visualizzazione e paramet rizzazione dei valori dei cont at ori con
cont abilizzazione, elaborazione graf ica e st orici dei consumi;
gest ione delle zone di allarme;
cont rollo degli int errut t ori di prot ezione inst allat i nei quadri elet t rici.
A seguit o di quest a rapida evoluzione t ecnologica anche la proget t azione di
un impiant o elet t rico ha subit o una radicale t rasf ormazione, da semplice
proget t azione impiant ist ica elet t ricaè divent at a progettaz ione
impiantistica integrata. In part icolare si parla di proget t azione impiant ist ica
int egrat a quando non vi è più una net t a separazione t ra i diversi t ipi di
impiant o inst allat i in un edif icio, il risult at o è un unico sist ema mult if unzione
programmabile capace di cont rollare, coordinare e comandare le varie f unzioni
sia localment e che a dist anza. Negli impiant i t radizionali i vari proget t ist i
operano in modo indipendent e l’uno dall’alt ro, nel caso invece di un impiant o
domot ico occorre una f at t iva e cost ant e int erazione t ra le varie proget t azioni
impiant ist iche e di conseguenza t ra i vari inst allat ori: l’elet t ricist a, l’idraulico, il
serrament ist a, l’ant ennist a, l’elet t ronico, l’inf ormat ico.
La dif f usione di equipaggiament i elet t ronici sempre più sof ist icat i nell’ambit o
domest ico è divent at o ormai un f enomeno inarrest abile che rende di
f ondament ale import anza un’at t ivit à di cont inuo coordinament o t ra le diverse
proget t azioni impiant ist iche che deve essere assunt a dal progettista
domotico (System Integrator) con compet enze soprat t ut t o elet t riche ma
anche orient at e alla gest ione della casa, alle t elecomunicazioni, alla sicurezza
di cose e persone, all’int rat t eniment o, alla t ermoidraulica, all’inf ormat ica; in
pratica la f igura prof essionale del progettista domotico (System
Integrator) è la naturale evoluz ione del tradiz ionale progettista elettrico.
Quest a nuova f igura prof essionale deve essere perf et t ament e a conoscenza
delle esigenze t ecnologiche di t ut t i gli impiant i di un det erminat o edif icio
garant endo una perf et t a sint onia con t ut t e le alt re f igure prof essionali al f ine
di ot t enere le migliori soluzioni possibili e soprat t ut t o t ut elare il commit t ent e
dalle f acili ed economiche soluzioni non st andardizzat e.
Le fasi della progettazione impiantistica integrata
Il compit o di un buon proget t ist a domot ico, così come avviene anche per la
proget t azione elet t rica t radizionale, olt re ovviament e a quello di un corret t o
dimensionament o delle linee e delle prot ezioni è anche quello di at t uare una
procedura di esecuzione del proget t o che deve essere realizzat a rispet t ando
nell’ordine le seguent i f asi:
1. analisi delle esigenz e e necessità del committente in quest a f ase
preliminare è necessario rivolgersi diret t ament e ai dist ribut ori dei servizi
in modo t ale da f ar emergere in maniera chiara t ut t e le necessit à e
f unzionalit à da soddisf are, in quest a f ase errori di valut azione ed
event uali incomprensioni comport ano errat e proget t azioni e di
conseguenza errat e inst allazioni dei sist emi;
2. valutaz ione degli impianti e relativi componenti in quest a f ase è
necessario predisporre un accurat o elenco di t ut t i gli impiant i e le
relat ive apparecchiat ure da inst allare evidenziando t ut t e le modalit à di
cont rollo e comando delle varie f unzioni in modo da evit are incongruenze
e incompat ibilit à t ra gli impiant i ed il sist ema di cont rollo;
3. scelta del sistema domotico in quest a f ase devono essere scelt i t ut t i
i component i del sist ema domot ico, la cent rale di comando e cont rollo
con event uali f ut ure espansioni, il mezzo di t rasmissione, il prot ocollo di
comunicazione, i disposit ivi di uscit a e di ingresso; le scelt e ef f et t uat e
devono ot t enere un giust o compromesso t ra esigenze da soddisf are,
carat t erist iche f unzionali del sist ema e cost i;
4. elaboraz ione del progetto in quest a f ase vengono def init e le posizioni
delle apparecchiat ure (quadri elet t rici, cent rali di cont rollo, comandi,
at t uat ori, sensori, apparecchiat ure di videocont rollo, ecc) e si realizzano
layout planimet rici con la disposizione di t ut t e le apparecchiat ure e i
comandi, delle scat ole di derivazione, dei quadri elet t rici, delle cent rali di
comando con i relat ivi schemi; si def iniscono gli schemi elet t rici dei
quadri e si esegue il calcolo delle linee di pot enza e delle prot ezioni, si
def iniscono inolt re event uali part icolari inst allat ivi st ret t ament e
dipendent i dalla complessit à del proget t o;
5. mappa dei segnali e dei comandi, schema delle connessioni si
t rat t a di predisporre apposit e t abelle allo scopo di def inire gli indirizzi di
t ut t i i disposit ivi di ingresso e di uscit a del sist ema e le relat ive
connessioni, t enendo cont o di t ut t e le necessit à e f unzioni richiest e dal
commit t ent e;
6. specif iche e prescriz ioni per la programmaz ione e manutenz ione
del sistema in quest a f ase occorre predisporre t ut t a la
document azione necessaria per una corret t a programmazione e messa
in f unzione del sist ema nonché le prescrizioni per la manut enzione
ordinaria dell’impiant o.
Alcuni consigli utili
Con la cont inua evoluzione t ecnologica ed energet ica a livello mondiale,
soprat t ut t o all’impiant ist ica elet t rica, è richiest o un cont inuo adeguament o
alle moderne t ecnologie al f ine di realizzare impiant i sempre più sof ist icat i in
rispet t o delle prescrizioni normat ive relat ive soprat t ut t o al raggiungiment o di
un consist ent e risparmio energet ico; a quest o proposit o non c’è alcun dubbio
sugli innumerevoli vant aggi che si possono ot t enere con la realizzazione di un
impiant o domot ico, per quest i mot ivi in f ase di proget t azione e di inst allazione
è bene rispet t are le seguent i raccomandazioni:
valut are con molt a at t enzione l’impiego degli at t uat ori e il loro
collegament o al carico che ovviament e deve essere il più breve
possibile, quest o al f ine di evit are scat ole di derivazione con un numero
eccessivo e a volt e inut ile di at t uat ori;
durant e la posa dei cavi è necessario applicare una corret t a e indelebile
nomenclat ura alle linee elet t riche e di comunicazione, molt o spesso in
prossimit à di quadri e scat ole di derivazione ci si t rova di f ront e ad un
groviglio indist int o di cavi con l’impossibilit à di ef f et t uare qualsiasi
operazione soprat t ut t o in caso di una event uale modif ica;
le linee elet t riche di aliment azione per le varie ut enze t ipo lampade,
gruppi prese, mot ori, ecc, devono essere port at e diret t ament e sulle
ut enze e devono essere prot et t e at t raverso uno o più quadri elet t rici
esat t ament e come avviene per un impiant o t radizionale rispet t ando le
vigent i normat ive che regolano gli impiant i elet t rici in bassa t ensione;
nessuna norma invece prescrive che il collegament o bus a doppino
int recciat o sia realizzat o in una t ubazione dedicat a, è necessario però
che siano rispet t at e le prescrizioni normat ive relat ive alla t ensione di
isolament o dei diversi cavi present i nella st essa t ubazione;
a causa del f at t o che un impiant o domot ico, a dif f erenza di un impiant o
t radizionale, non può essere operat ivo f ino alla def init iva
programmazione è consigliabile ut ilizzare at t uat ori con la f unzione di
azionament o manuale per permet t ere un collaudo f unzionale delle linee
elet t riche prima della def init iva programmazione del sist ema, in quest o
modo event uali malf unzionament i possono essere imput at i solo ad
errori di programmazione;
alla luce della nuova norma CEI 64-8 set t ima edizione che int roduce
anche prescrizioni per gli impiant i realizzat i con soluzioni domot iche, alla
cont inua dif f usione di impiant i per la produzione di energia da f ont e
rinnovabile come ad esempio il f ot ovolt aico e alla norma CEI 0-21
relat iva alla regola t ecnica per la connessione di ut ent i at t ivi e passivi
alle ret i di bassa t ensione delle imprese dist ribut rici di energia elet t rica;
è evident e che la realizzazione del classico quadro elet t rico generale da
12/24 moduli DIN generalment e post o a f ianco della port a d’ingresso non
è più suf f icient e ma è necessario usuf ruire di un vero e proprio locale
tecnico dove pot er sist emare e gest ire t ut t e le apparecchiat ure che le
norme richiedono e che la moderna impiant ist ica met t e a disposizione
del proget t ist a e dell’inst allat ore. La superf icie del locale t ecnico deve
essere ovviament e f unzione della superf icie di est ensione dell’int ero
impiant o e della sua complessit à, soprat t ut t o in presenza di varie
cent raline di comando e diversi disposit ivi di cont rollo (cont rollo carichi,
videosorveglianza, T V, videocit of ono, ant int rusione, ant incendio,
dif f usione sonora, dist ribuzione dat i, ecc.). In part icolare dovrà essere in
grado di cont enere almeno, come dot azione minima: due quadri a
paret e per il mont aggio di apparecchiat ure f ino a 24 moduli DIN su ogni
f ila, uno dedicat o esclusivament e alla dist ribuzione di pot enza e uno per
la dist ribuzione dei comandi, cont rolli, segnali T V, dat i, t elef ono, allarmi
t ecnici; ai f ini di una corret t a operat ivit à det t o locale t ecnico dovrà
essere f acilment e raggiungibile, individuabile mediant e apposit a
t arghet t a sulla port a ed essere sit uat o possibilment e nelle vicinanze
dell’ingresso principale compat ibilment e con le esigenze archit et t oniche;
la realizzazione di un impiant o domot ico risult a est remament e razionale
ma anche molt o onerosa in t ermini di predisposizione dell’impiant o, è
pert ant o sconsigliabile l’impiego di quest a soluzione nel caso di
rist rut t urazione ment re è sicurament e molt o vant aggiosa in caso di
nuova inst allazione; quando si deve int ervenire su un impiant o esist ent e,
è bene valut are con molt a at t enzione il panorama delle of f ert e dei vari
cost rut t ori, il mercat o pot rebbe of f rire soluzioni delle quali
moment aneament e non si è a conoscenza;
una proget t azione impiant ist ica int egrat a si può rit enere corret t ament e
realizzat a solo se non si limit a esclusivament e alle necessit à
moment anee, pert ant o è buona norma realizzarla in modo da
permet t ere con f acilit à una sua possibile evoluzione f ut ura, ad esempio
nella proget t azione dei quadri elet t rici e di comando è pref eribile
ut ilizzare involucri con una percent uale di moduli liberi maggiore di quella
previst a dalle normat ive, ment re nella posa delle t ubazioni è bene
prevederne alcune libere soprat t ut t o nella dist ribuzione principale
(quadri e dorsali).
a dif f erenza di un impiant o elet t rico t radizionale dove ogni f unzione f a
rif eriment o ad un cablaggio separat o e soprat t ut t o dedicat o, ad
esempio un int errut t ore può comandare solo il circuit o su cui è inst allat o
oppure un anemomet ro può comandare solo le t ende est erne; in un
impiant o domot ico non esist ono f unzioni scont at e, per mezzo di una
ef f icient e programmazione degli indirizzi è la capacit à e soprat t ut t o
l’esperienza del proget t ist a che riesce a sf rut t are in modo vant aggioso
la possibilit à di colloquio int elligent e t ra i vari disposit ivi, ad esempio le
inf ormazioni di un sensore possono essere ut ilizzat e per una vast a
gamma di compit i oppure; quest o f a si che un impiant o domot ico
ef f icient e non è il risult at o della quant it à e qualit à dei component i
inst allat i ma è solo ed esclusivament e il risult at o delle capacit à del
proget t ist a.
L’impiant o elet t rico domot ico, l’evoluzione t ecnologica dell’impiant o elet t rico
t radizionale was last modif ied: luglio 17t h, 2014 by BrunoOrsini
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