-227-

Capitolo 13

BUS DI CAMPO PER BUILDING AUTOMATION

13.1 Premesse

Con la dizione di building automation si intende riferirsi all’automazione mediante sistemi a BDC

di impianti tecnologici in edifici ad uso civile (abitativo) e/o terziario (1); i sistemi a BDC vengono

installati negli edifici per aumentare le prestazioni di tali impianti senza complicarne il cablaggio.

Negli edifici in questione, che prendono il nome di edifici intelligenti, spesso non esiste un unico

sistema che sovrintende a tutte le funzioni, ma coesistono invece diversi sottosistemi elettronici che

sono in grado di assolvere funzioni complesse e che devono essere integrate fra loro; con una

soluzione a BDC, gli apparecchi dell’impianto divengono in grado di dialogare tra loro: un pulsante

potrà “dire” ad una lampadina di accendersi e la lampadina comunicherà l’avvenuta accensione (o

meno) al dispositivo di comando.

Con il cablaggio tradizionale, del tipo “punto a punto”, è necessario un numero molto elevato di

linee, tutte di potenza (basti pensare alle “complicazioni” di un impianto di deviata o di invertita per

l’accensione di luci da più punti di comando); inoltre, ogni comando richiede una linea delicata che

arriva all’oggetto da comandare e qualsiasi modifica, anche banale, comporta il rifacimento del

cablaggio stesso. Con la tecnologia a BDC, invece, la separazione fra linea di potenza e linea di

comando è netta: la linea potenza (a 230 V) arriva solamente alle utenze, mentre il cavo BUS

(realizzato in SELV) collega tutti i dispositivi intelligenti (cfr. Fig.13.1).

Dal punto di vista della tipologia, i componenti di un impianto intelligente sono molto meno

numerosi di quelli di un impianto tradizionale in quanto lo stesso componente può svolgere diverse

funzioni. Per fare ciò occorre programmare il componente rispondendo ai seguenti tre quesiti:

1. “Come si chiama?”: è necessario fornire al dispositivo un indirizzo fisico unico in tutto il

sistema;

2. “Cosa deve fare e come?”: quale funzione il componente deve realizzare e secondo quali

modalità. Ad esempio, ad un “pulsante” bisogna “dire” che deve accendere una luce e che si

deve comportare, a seconda dell’occorrenza, come un interruttore, un deviatore, un invertitore o

un pulsante vero e proprio;

3. “Con chi lo deve fare?”: con quale componente deve realizzare la funzione specifica. Il

“pulsante” dell’esempio precedente deve sapere che per accendere una determinata luce deve

comandare uno specifico relè di uscita.

13.2 Normalizzazione della progettazione a bus di campo per Building Automation

Nel corso del 1998 le associazioni facenti capo ai tre sistemi europei batiBUS, EIB ed EHS hanno

intrapreso un cammino convergente con lo scopo di normalizzare la progettazione, l’installazione e

l’utilizzazione di impianti misti a BUS basati sulle tre tecnologie. In particolare sono state

individuate tre diverse classi di impianti dipendenti dalle modalità progettuali, di installazione e di

utilizzazione:

1 Le immagini e gli schemi presentati in questo capitolo sono, per la maggior parte dei casi, ricavati dalle guide tecniche

e dai cataloghi del BDC per building automation denominato “My Home” della casa costruttrice bTicino, reperibili

gratuitamente sul sito http://www.btscuola.it.

Francesco Della Torre - Azionamenti elettrici

-228-

∗ Grandi impianti: tipici del terziario avanzato e dell’industria, richiedono una progettazione di

sistema basata sull’impiego di tecniche informatiche;

∗ Medi impianti: caratteristici del settore terziario e domestico, consentono una progettazione

semplice, non necessariamente mediante mezzi informatici;

∗ Piccoli impianti: vi appartengono gli impianti ad uso domestico; non richiedono progettazione

e sono realizzati con semplici applicazioni “fai-da-te”, mediante apparecchi che possono essere

installati e fatti funzionare direttamente dall’utente finale.

Fig.13.1: Confronto fra la realizzazione di un impianto con cablaggio tradizionale (a) e con BDC (b);1=

combinatore telefonico, 2= centralina tecnologica (antifurto e rilevazione fughe di gas), 3=rilevatore di gas,

4= sirena, 5= punti di comando, 6= porter, 7= ronzatore, 8= videocitofono, 9= personal computer,

10= centralina di gestione del BDC, 11= BDC

I tre sistemi europei sono basati su supporti fisici diversi ed inoltre presentano altre differenze,

riassunte in Tab.13.1; le sigle riportate in tale tabella e riguardanti i supporti fisici significano:

∗ TPn= “Twisted pair” (doppino) di classe n;

∗ PLm= “Power line” (onde convogliate) alla frequenza di m Hz.

7

1

2

3

4

5

6

7

8

10

3

4 5

6

8

11

9 (b)

(a)

Capitolo 13: Bus di campo per Building Automation

-229-

EIB BatiBUS EHS

Mezzo fisico TP1/PL TP0 PL/TP

Alimentazione SELV, 24 V-DC SELV 13.8V-DC 230V, 50/60 Hz /

SELV 15V-DC

Codifica del segnale NRZ NRZ NRZ

Velocità trasmessa 9.6 kBps/1.3 kBps 4.8 kBps 2.4 kBps PL

48 kbps TP

Tipo di accesso CSMA/CA CSMA/CA CSMA/ack (PL)

Architettura Mista Libera Gerarchica

Topologia Lineare, a stella, ad albero Libera Rete distribuzione

Livelli OSI Fisico, Colleg. Dati, Rete,

Trasport, Appl.

Fisico, Colleg. Dati,

Applicazione

Fisico, Colleg. Dati,

Rete, Applicazione

Numeri massimo di

punti interconnessi

>14x103

Cavo da 0.8 mm

Con doppino tipo

telefonico 75; 1000 con

avo da 0.8 mm2

256 per linea

Tab.13.1: Parametri caratteristici dei tre tipi principali di BDC per building automation

L’obiettivo tecnico fondamentale della convergenza tra i vari sistemi è quello di unificare il livello

applicativo in modo che l’utente finale possa usufruire dei servizi avanzati offerti dai vari sistemi

come conviventi in un unico impianto, senza preoccuparsi, com’è auspicabile, della tecnologia sulla

quale è basato il singolo BDC: il complesso residenziale o commerciale “europeo” potrà così essere

progettato e realizzato, ad esempio, con montante e controllo centrale basato su EIB, impianto

d’appartamento (o di piano) basato su batiBUS, mentre le applicazioni semplici e circoscritte

potranno essere realizzate direttamente dall’utente finale con le onde convogliate di EHS.

In corrispondenza ai servizi offerti si svilupperanno tre figure professionali:

∗ Progettista di sistemi: capace di integrare le risorse informatiche dei tre sistemi;

∗ Progettista di impianti: capace di stendere le specifiche, di scegliere i componenti e di fornire

al progettista di sistemi il flusso di dati in ingesso ed in uscita all’impianto progettato;

∗ Installatore evoluto: capace di installare sistemi ed impianti nel rispetto delle norme di

sicurezza e compatibilità elettromagnetica.

13.3 Il sistema batiBUS

L’architettura di base del sistema batiBUS, rappresentata schematicamente in Fig.13.2, è composta

da:

∗ Trasmettitori (TX): fungono da interfaccia tra i normali sensori dotati di uscita a contatto e la

linea del BDC;

∗ Ricevitori (RX): hanno il compito di eccitare i relè attuatori sulla base dei messaggi ricevuti

dalla linea del BDC;

∗ Alimentatore batiBUS, dedicato alla comunicazione;

Francesco Della Torre - Azionamenti elettrici

-230-

∗ Alimentatore ausiliario per i relè attuatori collegati alle uscite dei ricevitori e per i sensori attivi

che non possono assorbire energia dal supporto di comunicazione del BDC.

Fig.13.2: Architettura di base del sistema batiBUS

L’alimentatore batiBUS, funzionante a 14,5V- 300mA, permette di alimentare una linea con

resistenza e capacità massime di, rispettivamente, 12Ω e 400nF, mantenendo la distorsione del

segnale (valore massimo della media dei tempi di BIT misurati a 8 V, con durata nominale di un

BIT pari a 208 µs) entro il limite massimo del 30%. L’alimentatore ausiliario deve avere

caratteristiche di sicurezza equivalenti a quelle richieste per il sistema batiBUS (tensione SELV e

rispondenza alle Norme sugli alimentatori di sicurezza CEI-EN 60742 ed EN 60950).

La linea batiBUS può alimentare la parte ricetrasmittente dei trasmettitori e dei ricevitori, ma

non i dispositivi esterni ad essi collegati. Un sensore attivo, cioè dotato di elettronica di bordo,

collegato in ingresso ad un trasmettitore o ad un relè pilotato da un ricevitore non deve assorbire

corrente dalla linea batiBUS, perciò deve essere alimentato mediante l’alimentatore ausiliario. Per

alimentare due relè può essere utilizzato un trasformatore con un secondario a 12V collegato ai

morsetti appositi di un ricevitore; il comando dei relè d’uscita può essere realizzato anche in

corrente alternata perché la particolare struttura dei piloti d’uscita lo consente.

Il supporto fisico è costituito da un doppino telefonico intrecciato (minimo 5 spire al metro) ed

eventualmente schermato; può avere interfacce verso altri mezzi (infrarosso, onde radio, onde

convogliate). L’intreccio del cavo protegge dagli accoppiamenti induttivi indesiderati con campi

magnetici vicini, compito svolto anche dallo schermo, il quale inoltre protegge dagli accoppiamenti

capacitivi con i conduttori adiacenti. Esso deve essere collegato, insieme al conduttore a potenziale

negativo della linea bus, al terminale negativo di ogni punto batiBUS. L’isolamento del cavo deve

garantire la sicurezza prevista per il sistema SELV, perciò, quando installato nelle stesse condutture

dei cavi di potenza, il cavo del bus deve avere almeno l’isolamento richiesto per la tensione più

elevata presente oppure avere lo stesso isolamento del cavo di potenza (come da Norma CEI 64-8).

Altre caratteristiche peculiari del supporto fisico del sistema batiBUS sono:

Alimentatore batiBUS

TX1 TX2

Sensore

attivo

RX1 RX2

Alimentatore ausiliario

Attuatore1

Attuatore 2

Linea batiBUS

Capitolo 13: Bus di campo per Building Automation

-231-

∗ Topologia dell’interconnessione: lineare, a stella, anello o loro combinazioni. Non vi è

limitazione elettrica al tipo di configurazione topologica;

∗ Massima lunghezza dell’interconnessione: imposta dai valori di resistenza e capacità massime

ammissibili per il cavo e dalle capacità totale dei punti connessi alla linea;

∗ Massima resistenza della linea tra alimentatore batiBUS e punto più lontano: 12 Ω;

∗ Massima capacità della linea: 250 nF;

∗ Massima capacità di un punto qualsiasi connesso alla linea: 50 pF;

∗ Massima capacità totale dei punti connessi alla linea: 150 nF;

∗ Distanze massime dall’alimentatore batiBUS di due punti in comunicazione, con alimentatore

in centro: vedasi Tab.13.2 e Fig.13.3.

Sezione cavo del

bus

[mm2]

Lunghezza massima

(Lmax)

[m]

0,5

100

0,75

200

1,5

400

2,5

600

Tab.13.2

Fig.13.3: distanze massime per il sistema batiBUS

L’indirizzamento prevede l’identificazione di ogni terminale (punto) con tre codici definiti

“indirizzo”, “tipo” ed “estensione”. Sono disponibili 240 indirizzi per ogni tipo di punto terminale e

sono realizzabili 32 tipi di punto; ad esempio:

∗ 00: centrale;

∗ 05: ingresso binario;

∗ 04: uscita binaria;

∗ 0E: comando manuale;

∗ 01: trasmettitore telefonico;

∗ …

Ogni punto può avere un indirizzo senza estensione (codice di estensione “00”) oppure con

estensione (codice di estensione “04”); nel secondo caso dispone di altri byte che ampliano

l’insieme dei punti indirizzato. Esistono poi varie modalità di indirizzamento:

∗ Diretto (point to point): da un punto ad un altro punto avente indirizzo, tipo ed estensione

specificati nel messaggio in linea;

D=2⋅Lmax

Alimentatore

RX RX

D<2⋅Lmax

L1< Lmax

RX RX

Alimentatore

L2= Lmax

L1= Lmax L2= Lmax

Francesco Della Torre - Azionamenti elettrici

-232-

∗ Di gruppo (multicast): da un punto a più punti (definiti “gruppo”) aventi la prima cifra di

indirizzo, tipo ed estensione specificati nel messaggio in linea. Ogni gruppo è costituito da 16

punti ed in totale sono realizzabili 15 gruppi;

∗ Generale (broadcast): da un punto a tutti i punti della rete aventi codice ed estensione

specificati nel messaggio; l’indirizzo generale di rete è FF;

∗ Esteso (extended): da un punto con codice avente estensione 04 ad un altro punto con

estensione 04. Le informazioni riguardanti l’indirizzo sono contenute nei byte denominati TAE

(tipo di indirizzo esteso), EADR (estensione dell’indirizzo) ed altri opzionali che definiscono

gruppo, zona e lista indirizzi.

L’alimentatore standard batiBUS prevede una limitazione a gradino a 300mA e tipicamente è

usato a 150 mA. I punti direttamente alimentabili sono all’incirca 75, supponendo che ogni punto

assorba dalla linea circa 2mA in stato di ricezione (risveglio del processore ed ascolto del

messaggio in linea). Con alimentazione ausiliaria indipendente dei punti terminali possono essere

interconnessi 1000 punti.

I segnali sul BDC sono in bassissima tensione di sicurezza (SELV); la velocità di trasmissione è

4800 BAUD. Si ha un segnale di tipo NRZ in banda base, cioè corto-circuito o apertura della linea

bus per la completa durata di ogni bit (208 µs). La linea è di tipo polarizzato, dunque richiede la

corretta connessione dei potenziali positivo e negativo.

La trasmissione è di tipo asincrono a caratteri composti da 8 bit + bit di start + bit di parità

dispari, cioè 11 bit in totale. Ogni punto può incominciare spontaneamente la trasmissione; il

messaggio può essere al massimo di 32 caratteri, di cui 26 per i dati e 6 per il controllo degli errori.

L’accesso al mezzo è di tipo CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance);

la risoluzione delle possibili collisioni avviene BIT per BIT in modo tale che tra due o più possibili

BIT presenti in linea rimanga valido quello che ha la preponderanza fisica (cioè quello che chiude la

linea bus nell’istante considerato). Quest’ultimo rimane in stato di trasmissione fino al termine del

messaggio, mentre gli altri punti che hanno rilevato la collisione arrestano la trasmissione e si

pongono in ricezione; essi trasmetteranno in tempi successivi, con un massimo di tre tentativi

incluso il primo. La comunicazione può essere bidirezionale, Half Duplex oppure distribuita (senza

necessità di centrali di controllo). I tempi di risposta della rete sono:

∗ Minimo: 50 ms con rete libera;

∗ Tipico: 200 ms con traffico normale;

∗ Nel 99% dei casi: inferiore a 1 s.

Il progetto e la successiva installazione del sistema batiBUS avvengono seguendo le seguenti fasi:

1. Disegno dello schema dell’impianto similmente a quello riportato in Fig.13.2; traccimento

dei collegamenti dai punti agli utilizzatori e ai comandi; inserzione dell’alimentatore

batiBUS e dell’alimentatore ausiliario per i carichi dei punti;

2. Annotazione, accanto ad ogni punto, della sua funzione nell’applicazione. Ciò risulta utile,

oltre che in fase di progettazione, anche per futuri interventi di manutenzione e/o

ampliamento del sistema;

3. Dimensionamento del cavo del BDC in base alle indicazioni della Tab 13.2 verifica delle

caratteristiche di isolamento previste dalla Norma EN 50090-2-2, soprattutto se il cavo deve

essere steso nelle stesse canalizzazioni della rete di potenza;

4. Verifica che nei punti in cui il cavo è scoperto (ad es. nelle scatole di derivazione) siano

rispettate distanze in aria e superficiali con il cavo della rete di potenza di almeno 10 mm

5. Nella fase di installazione, predisposizione su ogni punto installato dell’indirizzo e del modo

di funzionamento scelto e collegamento dei sensori ai punti TX e dei relè ai punti RX.

Capitolo 13: Bus di campo per Building Automation

-233-

13.4 Il sistema EIB

Il sistema EIB presenta una struttura gerarchica nella quale il componente più elementare è

costituito dalla linea BUS (cfr. Fig.13.4); impiegando degli accoppiatori di linea (LC) possono

essere gestite fino a 12 linee per la costituzione di una zona; impiegando degli accoppiatori di zona

(BC) vi è poi la possibilità di gestire sino a 15 zone contemporaneamente. Il sistema EIB può essere

collegato ad altri sistemi di gestione mediante opportune interfacce; ogni linea è completa di un

alimentatore EIB ed è elettricamente isolata dalle altre.

Fig.13.4: Architettura di base del sistema EIB; DEV indica i dispositivi EIB

La velocità di trasmissione e le tecniche di generazione e ricezione di impulso impiegate per essa

sono designate in modo che non si renda necessario l’impiego di una resistenza terminale per ogni

linea bus e venga resa possibile qualsiasi topologia di rete. La trasmissione dei dati sulla linea bus è

simmetrica; in tal modo le informazioni sono costituite dalla differenza di potenziale fra i due cavi

del bus piuttosto che dalla differenza di potenziale verso terra.

La trasmissione dei dati è basata su telegrammi; un telegramma consiste in una sequenza di

caratteri, di cui quelli contenenti informazioni analoghe vengono raggruppati in campi. I dati

compresi nel campo di sicurezza e nel campo di controllo sono necessari a garantire un traffico

scorrevole del telegramma e vengono valutati dai dispositivi a cui sono indirizzati.; il campo di

indirizzamento comprende gli indirizzi di sorgente e di destinazione, ossia l’indirizzo fisico (2) che

indica la zona e la linea in cui è ubicato il dispositivo di trasmissione e le informazioni riguardanti

le parti con le quali deve essere stabilita la comunicazione. Queste possono essere costituite da un

singolo dispositivo, da un gruppo di dispositivi collegati alla stessa linea, da un gruppo di

dispositivi collegati ad una linea differente oppure da un gruppo di dispositivi distribuiti su diverse

linee (un dispositivo può anche appartenere a diversi gruppi). Vi è infine l’indirizzo di gruppo, il

quale specifica il legame delle comunicazioni nel sistema. Inoltre è previsto un campo dati, che

2 Per indirizzo fisico si intende un indirizzo fisso che viene assegnato al dispositivo bus durante la fase di

inizializzazione e che viene unicamente impiegato per la messa in funzione e la manutenzione.

Alimentatore

DEV

Linea 1

DEV

DEV

DEV

DEV

DEV

Linea 2

Francesco Della Torre - Azionamenti elettrici

-234-

viene impiegato per la trasmissione dei dati correnti (comandi, messaggi, impostazioni, valori

misurati,…)

I dispositivi bus EIB sono composti da un’unità di accoppiamento bus (BCU) e da un modulo di

applicazione (AM/terminale); il dato da elaborare viene inizialmente inviato tramite il bus collegato

alla BCU, la quale trasmette e riceve i vari tipi di dato, garantisce l’alimentazione in tensione dei

circuiti elettronici, memorizza importanti informazioni quali l’indirizzo fisico, uno o più indirizzi di

gruppo ed il programma di applicazione (compresi i relativi parametri).

L’installazione del sistema EIB può essere progettata a linea, a stella o ad albero; in un impianto

ampiamente ramificato è importante assicurare che non si verifichino anelli (cioè che diverse linee

non siano collegate ad anello). I dispositivi possono essere installati nei quadri di distribuzione (e

montati su normali barre DIN), in scatole da incasso (portafrutti) o ancora direttamente nelle utenze

finali (ad esempio in una lampada). Lungo il percorso dei cavi è permessa l’installazione di ogni

tipo di dispositivo bus.

La linea dati incorporata nelle barre DIN stabilisce la connessione far i dispositivi montati sulla

stessa ed il sistema bus EIB; il contatto avviene mediante il semplice aggancio del dispositivo alla

barra. Tutti i dispositivi bus e le strisce dati vengono collegati col relativo cavo bus mediante uno

specifico connettore, mentre il cavo bus è collegato ai componenti mediante dei morsetti di

connessione. La linea dei dati è costituita da un cavo rivestito in plastica comprendente due doppini

telefonici in classe 1, uno schermo ed un conduttore di schermo.

13.5 Impianti di illuminazione realizzati mediante sistemi a bus di campo

La gestione dell’illuminazione mediate un sistema a BDC presenta maggiore semplicità installativa,

flessibilità, affidabilità, migliore economia d’esercizio e facilità di gestione. Questi ultimi due pregi

si esplicano nei seguenti aspetti:

∗ Condivisione, fra tutti i componenti, del cavo di collegamento su cui sono trasmesse le

informazioni;

∗ Cavi di potenza utilizzati soltanto per collegare gli attuatori ed i carichi; in tal modo, al crescere

della complessità dell’impianto, il vantaggio dei sistemi a BDC diviene sempre più evidente;

∗ Associazione dei comandi agli attuatori in maniera logica, cioè mediante un’opportuna

programmazione dei componenti.

Tradizionalmente si controlla una lampada da un interruttore oppure, da più punti, con deviatori e/o

invertitori; il cablaggio del sistema determina, in maniera vincolata dalla topologia dei

collegamenti, quali comandi controllano i punti luce. La struttura a BDC, invece, consente di

realizzare funzioni evolute raggruppando gli attuatori su più livelli: si possono realizzare comandi

di gruppo, di ambiente e generali.

Due o più lampade in una stanza possono essere comandate dallo stesso interruttore ed ognuna

di esse dal proprio interruttore separato. Si può associare un comando alle luci di un intero ambiente

oppure si può installare un interruttore di accensione/spegnimento generale dell’illuminazione

dell’intero edificio. Oltre che mediante i rispettivi interruttori, tutte le luci possono essere

comandate automaticamente in base alle diverse situazioni che si possono verificare; combinando

temporizzatori e sensori di presenza si può realizzare facilmente una sofisticata gestione

dell’illuminazione, impensabile con i sistemi tradizionali.

All’esigenza di comandare e controllare le lampade si aggiunge, sempre più spesso, la necessità

di visualizzarne lo stato, in un unico punto oppure in più punti dell’impianto. La realizzazione di

display o quadri sinottici è molto semplice perché, attraverso il bus, tali dispositivi interrogano

direttamente gli attuatori ed i sensori per poi mostrarne lo stato mediante accensione di opportune

Capitolo 13: Bus di campo per Building Automation

-235-

spie e/o aggiornamento di un immagine video. Le informazioni visualizzate per ogni singolo

dispositivo possono essere di tre tipi:

∗ Binaria, per la sola informazione di tipo “acceso/spento”;

∗ Numerica, per i segnali dei sensori analogici;

∗ Scalare, per i valori in percentuale (ad esempio, per i regolatori di luminosità).

Il sistema a BDC per building automation permette inoltre di gestire l’impianto basandosi su

scenari pre-impostati; uno scenario è una particolare condivisione di illuminazione, descritta dalla

regolazione della luminosità di ciascuna lampada dell’ambiente, associata ad un particolare evento

(scenari possibili, ad esempio per un salone, potrebbero essere denominati come “cena”, “cocktail”,

“lettura”, “conversazione”, “ballo”). Il sistema consente di memorizzare gli scenari e di richiamarli

con la semplice pressione di un tasto.

Impiegando fotosensori si può realizzare una regolazione automatica dei livelli di luminosità per

coniugare comfort e risparmio energetico. Una semplice soluzione consiste nell’usare un sensore

all’esterno dell’edificio per comandare automaticamente l’accensione e lo spegnimento delle luci

interne a seconda del livello di illuminazione esterna; il dispositivo impiegato è in grado di

controllare l’impianto di illuminazione rilevando la luminosità ambientale attraverso una sonda ed

inviando opportune segnalazioni di comando agli attuatori collegati alle lampade. Il valore di

luminosità rilevato è confrontato con una soglia impostata nel dispositivo ed è possibile attivare o

disattivare un’utenza, un valore predefinito di luminosità oppure aumentare o diminuire la

luminosità delle lampade di un valore percentuale prestabilito. E’ inoltre possibile rendere

insensibile l’apparecchio a rapide variazioni di luminosità non dovute ad un reale oscuramento

ambientale. Una soluzione ancor più evoluta consiste nell’uso di numerosi fotosensori distribuiti

all’interno dell’ambiente, con l’obiettivo di mantenere la luminosità a livelli ottimali nei punti

chiave.

Esiste inoltre la possibilità di avere una temporizzazione (ad esempio in locali adibiti ad ufficio)

per accendere e spegnere automaticamente le luci (ad esempio secondo il calendario delle festività e

degli orari aziendali).

Fig.13.5: Illuminazione di una chiesa realizzata mediante sistema a BDC per building automation

Un altro ambito in cui i sistemi a BDC stanno divenendo fondamentali è quello del recupero

edilizio: l’introduzione di nuove normative riguardanti la sicurezza degli impianti elettrici rende

Francesco Della Torre - Azionamenti elettrici

-236-

sempre più frequente la necessità di adeguare vecchi impianti, e questo coinvolge anche edifici di

rilevante interesse storico ed artistico, nei quali non si ha piena libertà d’azione in quanto i lavori di

muratura devono essere ridotti al minimo per non danneggiare le linee architettoniche o le opere

artistiche. Di fatto, molto spesso, i cavi del nuovo impianto devono passare nei vecchi condotti,

normalmente di dimensioni molto ridotte. La soluzione a bus diventa in molti casi l’unica

applicabile grazie alla semplicità dei suoi cablaggi; in Fig.13.5 è riportato, ad esempio, il progetto

per l’illuminazione mediante sistema a BDC di una chiesa.

L’uso del sistema a BDC rende infine possibile l’integrazione fra diversi impianti tecnologici:

diviene infatti molto semplice realizzare funzioni che coinvolgono contemporaneamente diversi

sistemi integrati fra loro, in modo da poter controllare l’illuminazione secondo lo stato di altri

sistemi. Un esempio di questa applicazione è l’antifurto: quando ci si allontana da casa e lo si

inserisce è possibile comandare il sistema di illuminazione in modo da simulare la presenza di

persone in casa; a determinate ore (o in funzione della luminosità esterna) vengono accese le luci

dell’abitazione lungo determinati percorsi, ad esempio dal garage al salotto o dalla cucina alla

stanza da letto.

13.6 Impianti di termoregolazione realizzati mediante sistemi a bus di campo

Il controllo del sistema di riscaldamento è diventato al giorno d’oggi sempre più accurato ed

efficiente grazie ad un generale processo di ottimizzazione dei vari elementi coinvolti, quali la

centrale termica, i gruppi radianti e la rete di trasporto del calore; grazie alla sempre maggiore

diffusione dei termoprogrammatori si è inoltre riusciti a permettere un più razionale sfruttamento

delle risorse energetiche con ovvi benefici economici. Nella sua forma classica il sistema di

termoregolazione ha tipicamente lo scopo di mantenere automaticamente nel tempo il valore di

temperatura dell’ambiente; la temperatura viene misurata mediante un sensore opportunamente

collocato nell’ambiente stesso e viene confrontata con i valori prefissati; se viene rilevato uno

scostamento superiore ad una certa soglia di sensibilità, il termoprogrammatore agisce

sull’elemento di regolazione dell’impianto così da ripristinare il valore desiderato. Nel sistema di

riscaldamento classico il termoprogrammatore svolge così le funzioni di misura della temperatura e

di regolazione in base alle impostazioni previste dall’utente.

Tali sistemi presentano scarsa adattabilità ai mutamenti del ritmo di vita dell’utente e della

situazione dell’edificio, che si traducono in variazioni di tipo tecnologico (manutenzioni,

ristrutturazioni,…) e/o topologico (diverso utilizzo dei locali, variazione delle dimensioni,…). In

entrambi i casi è necessario agire direttamente sull’impostazione del termoregolatore, quasi sempre

perdendo la configurazione precedente; tutto ciò obbliga l’utente a dover continuamente pianificare

la sua presenza nell’edificio riducendo così sensibilmente l’efficacia del termoregolatore stesso, la

cui funzione fondamentale dovrebbe essere quella di lavorare in modo automatico, cioè senza

l’intervento umano. Inoltre molto spesso risulta insufficiente misurare il solo livello della

temperatura nell’ambiente da riscaldare; utilizzando ulteriori sensori che tengono conto anche della

temperatura esterna dell’aria, del fattore di irraggiamento e di altri parametri climatici (come ad

esempio l’umidità) è possibile realizzare un ben più efficiente sistema di controllo dell’impianto di

riscaldamento con ovvi benefici in termini di comfort e di risparmio energetico.

Svariate apparecchiature di tipo assai diverso debbono coesistere per poter offrire all’utente un

effettivo livello di comfort, servizi e, non da ultimo, una riduzione dei consumi e, di conseguenza,

dei costi. E’ perciò necessario poter accedere a diversi dispositivi che in generale devono acquisire

dati (temperatura, umidità, fattore di irraggiamento,ecc.), inviare e/o ricevere informazioni con altri

elementi del sistema, elaborare e quindi inviare i comandi ai relativi attuatori. Ogni dispositivo

presente in un sistema di termoregolazione ad intelligenza distribuita è detto nodo ed è tipicamente

costituito da:

Capitolo 13: Bus di campo per Building Automation

-237-

∗ Un sensore e/o attuatore;

∗ Un microcontrollore;

∗ Un’interfaccia al mezzo fisico di comunicazione.

La parte sensore/attuatore è quella più classica, legata esclusivamente al tipo di sensore-attuatore

che costituisce la fonte di informazioni o l’attuazione finale dei vari comandi generati. Il

microcontrollore contiene il software dedicato all’applicazione specifica, gestisce tutte le operazioni

di comunicazione ed identifica univocamente il dispositivo.

Il sistema intelligente di termoregolazione è in generale costituito da sensori di temperatura,

termoprogrammatori ed attuatori (pompe, termoventilconnettori, valvole,ecc.), il cui funzionamento

non è più legato ad una particolare connessione fisica ma ai dati che scambiati tra i vari dispositivi

presenti nella rete, senza alcuna unità centrale di controllo; in tal modo, anche apparecchiature non

strettamente legate al sistema di termoregolazione possono fornire informazioni al

termoprogrammatore che potrà eventualmente utilizzarle per modificare il suo funzionamento. Il

sistema così concepito è intrinsecamente pronto ad eventuali modifiche delle condizioni

tecnologiche dell’edificio, ovvero per supportare una nuova situazione è sufficiente una

riconfigurazione dei parametri di funzionamento senza alcuna modifica dei cablaggi esistenti.

Fig.13.6: Esempio di impianto di termoregolazione intelligente realizzato mediante sistema a BDC per

building automation

Francesco Della Torre - Azionamenti elettrici

-238-

Dal punto di vista dell’utente vengono mantenute inalterate tutte le modalità di funzionamento

tipiche di un buon termoregolatore, alle quali si aggiungono però le seguenti:

∗ La possibilità di regolazione della temperatura di zona in modo autonomo o in dipendenza da

altre centraline di controllo, adibite ad esempio alla gestione globale dell’edificio;

∗ Il controllo di attuatori ad intelligenza distribuita, indipendente dal costruttore;

∗ La presenza di un relè per il comando diretto degli attuatori;

∗ La rilevazione della temperatura di zona tramite la sonda a bordo o con una esterna ad

intelligenza distribuita.

In generale, tramite lo scambio delle informazioni, è possibile ricevere dalla centralina di gestione e

da altre apparecchiature i seguenti comandi ed impostazioni:

∗ Impostazione della temperatura di regolazione;

∗ Tipo di regolazione (riscaldamento/raffrescamento);

∗ Disattivazione/attivazione della regolazione;

∗ Impostazione dell’orologio.

Analogamente, possono essere forniti alla centralina globale o ad altri dispositivi dell’impianto i

seguenti dati:

∗ Temperatura rilevata nella zona del sensore utilizzato (interno o esterno);

∗ Temperatura di regolazione;

∗ Differenziale termico;

∗ Tipo di regolazione (riscaldamento/raffrescamento);

∗ Stato della regolazione (attiva/disattiva);

∗ Stato della tastiera (attiva/disattiva);

∗ Dati dell’orologio.

In Fig.13.6 viene riportato un progetto di termoregolazione tipico realizzato mediante sistema a

BDC.

13.7 Impianti di videocitofonia realizzati mediante sistemi a bus di campo

Con il sistema a BDC non è più necessario implementare, nella realizzazione di impianti citofonici

e videocitofonici, complicati schemi di collegamento, ma è sufficiente far giungere ai vari

appartamenti/uffici presenti in un edificio:

∗ 6 conduttori per impianto citofonico (il doppino per il bus, due fili per l’alimentazione e due fili

per la trasmissione del segnale fonico);

∗ 8 conduttori + un cavo coassiale per impianti videocitofonici (gli stessi sopra elencati + due fili

per l’alimentazione video + il cavo coassiale per il segnale video).

La personalizzazione dell’impianto avviene esclusivamente collegando nuovi dispositivi ai

conduttori già predisposti e realizzando semplici derivazioni dalla colonna montante. Il sistema di

cablaggio è in genere progettato per gestire le seguenti funzioni:

∗ Identificazione dei posti interni (postazioni citofoniche e/o videocitofoniche);

Capitolo 13: Bus di campo per Building Automation

-239-

∗ Attivazione/disattivazione di servizi speciali, come accensione delle luci scale, chiamata a

centralino, attivazione sistema anti-intrusione, ecc.;

∗ Apertura serrature elettroniche.

Caratteristica peculiare del sistema a BDC è la possibilità di integrare il servizio citofonico o

videocitofonico con quello telefonico, in modo da poter utilizzare il terminale telefonico anche per

espletare le funzioni citofoniche; l’integrazione è possibile tramite dispositivi d’interfaccia

telefonica o centralini telefonici (tipo PABX).

Possono essere sviluppate due tipologie principali d’impianto:

∗ Impianti monocolonna: ottimizzazione del numero di posti interni, con uno o più posti di

chiamate principali;

∗ Impianti pluricolonna: ottimizzazione del numero di posti interni di ciascuna colonna, con uno

o più posti di chiamata principali e un posto di chiamata secondario per ciascuna colonna.

Per quanto riguarda l’installazione dell’impianto, è necessario, soprattutto per evitare disturbi

esterni, seguire le seguenti regole:

∗ I conduttori della colonna montante e quelli delle derivazioni citofoniche devono essere posati

ad una distanza minima di 3 cm dalle linee di potenza presenti nell’edificio aventi sezione di

2,5 mm2;

∗ Per conduttori di potenza con sezione maggiore di 4 mm2, i conduttori del sistema bus-

citofonico devono essere posti in condutture separate;

∗ Vanno comunque rispettate le massime distanze imposte dal tipo di sistema bus adottato.

Negli impianti citofonici i dispositivi di sistema sono strutturalmente interconnessi per mezzo di

cablaggio a 6 conduttori, due dei quali “twistati”. Gli impianti videocitofonici necessitano inoltre,

come già detto, di due fili e di un cavo coassiale aggiuntivi. La sezione dei conduttori di

alimentazione e dei due conduttori del canale fonico deve essere tale da garantire su ognuno di essi

una resistenza totale inferiore a 5 Ω ; in Tab.13.3 viene indicata la massima distanza tra il modulo di

chiamata ed il dispositivo di decodifica più distante.

Sezione [mm2] Lunghezza massima [m]

0,5 100

0,75 200

1,5 400

2,5 600

4 1200

Tab.13.3

L’alimentatore con sezionamento ha il compito di fornire energia ai vari dispositivi

dell’impianto; ogni alimentatore provvede a fornire energia ad un determinato numero di dispositivi

(ossia ad un gruppo) e l’impianto risulta così facilmente sezionabile con lo scopo di facilitarne la

manutenzione. L’alimentatore bus ha invece il compito di fornire energia alla linea dati del bus; in

ogni impianto è presente un solo alimentatore bus per la linea dati dell’impianto citofonico, dunque

in un sistema integrato si devono considerare i limiti dimensionali in funzione degli altri impianti.

E’ presente inoltre un dispositivo di blocco radiofrequenza che provvede alla soppressione dei

disturbi radio presenti sulle linee di alimentazione.

Francesco Della Torre - Azionamenti elettrici

-240-

In Fig.13.7 è riportato un esempio di impianto videocitofonico con chiamata via telefono su linea

urbana realizzato mediante sistema a BDC.

Fig.13.7: Esempio di impianto videocitofonico con chiamata via telefono su linea urbana realizzato

mediante sistema a BDC

13.8 Impianti per il controllo degli accessi realizzati mediante sistemi a bus di campo

Un impianto per il controllo degli accessi può essere applicato a qualunque tipologia di edificio

(industriale, residenziale o del settore terziario); l’edificio intelligente, grazie alla sua rete di

comunicazione a BDC, si presta ad attuare una strategia di sicurezza che consiste nel permettere

l’ingresso ai soli individui appartenenti al gruppo delle persone autorizzate. Impianti di questo

genere trovano comune impiego, ad esempio, nelle seguenti realtà:

∗ Ospedali, per il controllo accessi in particolari reparti;

∗ Alberghi, in cui si predispone la gestione di servizi specifici come lo stato delle camere (libera,

occupata, da riordinare,…), le funzioni di chiamata/presenza del personale, l’apertura delle

Capitolo 13: Bus di campo per Building Automation

-241-

stanze mediante tessere magnetiche che vengono generate al momento del “check-in” del

cliente e disabilitate al momento del “check-out, ecc.

La vera funzione di controllo accessi viene svolta attraverso lettori di tessere magnetiche (lettori

badge) disponibili in due versioni, con o senza tastiera numerica per l’immissione di un codice

personale di identificazione. Ciascun lettore è in grado di gestire n livelli di priorità d’accesso

mediante un database di password e per ciascun livello sono programmabili delle fasce temporali di

accettazione delle tessere. La verifica di abilitazione dell’accesso viene effettuata anche su un

codice d’impianto per prevenire lo scambio di tessere fra impianti differenti.

Ulteriore applicazione del controllo accessi è, come mostrato in Fig.13.8, quella che si attua per

vigilare su ingressi non sempre presidiati (negozi, centri commerciali, banche, ecc.).

Fig.13.8: Controllo accessi realizzato con BDC per la sorveglianza dell’ingresso di un negozio che non è

possibile presidiare con continuità

13.9 Impianti per il controllo remoto realizzati mediante sistemi a bus di campo

Francesco Della Torre - Azionamenti elettrici

-242-

Grazie ai sistemi a BDC è possibile l’intervento sul sistema intelligente a scopo di manutenzione

e/o supervisione da una postazione remota. Per “controllo remoto di un sistema bus preposto alla

supervisione di impianti tecnologici” si intende un sistema che fornisce le seguenti funzioni:

∗ Segnalazioni remote d’allarme o di eventi generici per i quali l’utente o un addetto alla

sorveglianza e manutenzione necessiti di rimanere sempre aggiornato ( “monitoraggio” del

sistema);

∗ Capacità di interfacciare, tramite un mezzo di comunicazione veloce, sistemi bus di due edifici

o zone poste ad una certa distanza;

∗ Disponibilità di una postazione di monitoraggio dell’impianto dislocata in una posizione

remota rispetto all’impianto stesso.

Tali sistemi vengono tipicamente impiegati per installazioni in ampie aree composte da diversi

edifici distanziati fra loro, per i quali si richiede un monitoraggio centralizzato in un punto oppure

una comunicazione fra i diversi impianti per la presenza di relazioni funzionali o aree comuni tra un

edificio e l’altro. In genere tali requisiti nascono dalla necessità di coprire con il sistema bus aree

molto estese (ad es. aeroporti) oppure di collegare edifici distinti appartenenti ad uno stesso

complesso abitativo (palazzine o complessi residenziali multiproprietà) o terziario (catene

commerciali, capannoni industriali, edifici commerciali all’interno di una stessa area di proprietà).

13.10 Impianti per il telecontrollo realizzati mediante sistemi a bus di campo

La segnalazione degli allarmi o degli eventi critici per i quali si richiede un intervento immediato di

riparazione o intervento diventa un’esigenza sempre più presente negli impianti tecnologici degli

edifici; si possono prevedere messaggi o segnalazioni da inviare sul bus mediante opportune

interfacce con sensori (sia analogici che digitali), con contatti magnetici o generici dispositivi

tradizionali in grado di rilevare malfunzionamenti o guasti. I dispositivi di segnalazione possono

essere semplici spie luminose, avvisatori, display alfanumerici, pannelli sinottici oppure dispositivi

dedicati al telecontrollo qualora si desideri inoltrare la segnalazione tramite messaggio vocale sulla

rete telefonica . Sono disponibili combinatori telefonici dotati di ingressi per contatti generici di

segnalazione, che possono inviare sul bus messaggi specifici per la segnalazione di allarme locale o

remota tramite rete telefonica pubblica. La situazione di allarme può essere anche segnalata con

dispositivi tradizionali ottico-acustici o tramite messaggio vocale.

E’ infine possibile comandare le utenze collegate al sistema bus dalla rete telefonica: con la

tastiera di un comune telefono si può attivare un carico o un gruppo di utenze collegate al bus ed un

eventuale messaggio vocale avvisa dell’effettivo cambiamento di stato del dispositivo controllato;

si ricorda che attualmente le stesse funzionalità sono possibili anche via Internet.

L’impianto sorvegliato dal sistema di controllo remoto a bus deve rispondere alle normative

vigenti in merito allo specifico sistema di sicurezza. Nel caso in cui la soluzione impiantistica con

tecnica a bus non risponda a qualche Norma specifica dedicata a sistemi di sorveglianza e sicurezza,

l’utilizzo dei dispositivi a tecnica bus deve comunque rispettare le Norme preposte all’ambito

specifico (ad es. settore antincendio).

13.11 Gestione dell’energia realizzata mediante sistemi a bus di campo

Il progresso tecnologico ha aumentato la sicurezza ed il comfort nelle abitazioni, negli uffici, nei

negozi e sui posti di lavoro, con aumento dei consumi energetici e della potenza elettrica impegnata

e dei relativi costi. Una gestione mirata ed intelligente può ridurre i consumi ed il valore della

potenza impegnata; nel terziario e nell’industria può essere molto utile la gestione dei costi

energetici in funzione del reale consumo se la conduzione dell’ufficio, del centro commerciale o

Capitolo 13: Bus di campo per Building Automation

-243-

dell’industria è fatta con il sistema del “full cost” e dei centri di costo, ma può anche risultare utile

in un condominio, in un campeggio, in un porto,…

La possibilità di allocare i consumi in questo modo consente anche, per esempio, di stipulare un

unico contratto in MT con l’ente erogatore e di ripartire poi il costo dell’energia tra i vari utenti con

notevoli risparmi, dovuti ai seguenti aspetti:

∗ La potenza impegnata in MT, grazie alla gestione, può esser molto inferiore alla somma delle

potenze impegnate con singoli contratti in BT;

∗ Il sistema di contabilizzazione della bolletta per l’utente MT determina costi energetici specifici

inferiori rispetto alla bolletta per utenti in BT.

I sistemi bus semplificano la gestione energetica: è sufficiente installare un contatore di energia che

possa dialogare con il bus e dispositivi per inserire e disinserire i carichi, anch’essi dotati di

interfaccia bus; in tal modo, tramite software di controllo, si può ottenere un’efficiente gestione

dell’energia. Il programma software esegue la memorizzazione dei consumi di ogni utente, controlla

che nessuno di loro esca dai parametri di fornitura che gli sono stati assegnati, legge tutti i contatori

automaticamente ogni 15 minuti e memorizza il tutto su un apposito file che può essere analizzato

come normale foglio di calcolo (ad esempio come file Excell).

13.12 Gestione degli elettrodomestici realizzata mediante sistemi a bus di campo

Tale gestione permette di:

∗ Configurare ed interagire con gli apparati installati nell’abitazione tramite una postazione

centralizzata;

∗ Registrare, interpretare e visualizzare in modo chiaro e possibilmente con un linguaggio grafico

personalizzabile eventuali messaggi di malfunzionamento delle apparecchiature e soprattutto di

allarme provenienti dai sensori collegati all’impianto;

∗ Visualizzare in una postazione centralizzata eventuali messaggi di allarme legati a

malfunzionamenti o ad eventi critici provenienti dagli elettrodomestici (ad esempio,

scongelamento o sovracongelamento del frigorifero, perdite d’acqua dalla lavatrice, fughe di

gas, ecc.) con eventuale inoltro del messaggio a società di assistenza o pronto intervento

esterne;

∗ Segnalare eventuali messaggi di allarme non critici ma ugualmente importanti per il corretto

funzionamento degli apparati (ad esempio, mancanza di detersivo nella lavatrice, livello di sale

insufficiente nella lavastoviglie, ecc.);

∗ Impostare i vari programmi di funzionamento degli apparati ed eventuali parametri dalla stessa

postazione centralizzata;

∗ Fornire la possibilità di avere segnalazioni remote di allarme critico via telefono o modem

oppure comandare e programmare gli elettrodomestici da una postazione remota;

∗ Creare un interfaccia utente basata su touchscreen con pulsanti grafici personalizzabili che

consentano un accesso diretto ad aree specifiche della casa (ad esempio, cucina, soggiorno,

ecc.), ad aree funzionali (illuminazione, forza motrice) oppure al controllo delle singole utenze.

L’utente deve essere messo in condizione di poter in ogni istante aggiungere nuovi dispositivi o

rimuoverne alcuni completando la configurazione di questi con la messaggistica desiderata. Gli

elettrodomestici sono dotati di un’apposita scheda elettronica di comunicazione che consente il

trasferimento dei dati e delle informazioni da e verso il sistema e che costituisce l’interfaccia tra la

centralina di controllo dell’apparato ed il sistema bus. Il collegamento tra l’elettrodomestico ed il

sistema bus viene realizzato collegando l’uscita della scheda di interfaccia, configurata con

Francesco Della Torre - Azionamenti elettrici

-244-

un’apposita applicazione dedicata all’elettrodomestico utilizzato, con una linea seriale ed un

connettore bus.

Applicazioni tipiche sono:

Frigorifero

∗ Istruzioni circa il giusto caricamento dei vari piani presenti nella cella e della disposizione del

cibo all’interno;

∗ Allarmi relativi ad eventuali situazioni anomale, quali l’innalzamento imprevisto di

temperatura (se, ad esempio, lo sportello viene lasciato inavvertitamente aperto) oppure

sovracongelamento, ecc.

Forno e piano di cottura

∗ Programmazione della cottura (tempo ed intensità) in funzione dei cibi;

∗ Controllo del forno basato sui tempi di cottura e sulle temperature previste; delle animazioni

video aiutano l’utente domestico durante la preparazione dei cibi.

Lavastoviglie

∗ Segnalazione dell’istante di avvio della lavastoviglie, del livello del sale e del detersivo, della

fase di risciacquo del cestello superiore;

∗ Impostazione dei programmi di lavaggio in funzione del tipo di stoviglie, piatti o bicchieri.

Lavatrice

∗ Impostazione del programma di lavaggio e dell’istante di avvio mediante touchscreen;

∗ Visualizzazione di eventuali anomalie che possono verificarsi durante il lavaggio (ad esempio,

mancanza d’acqua), ma anche segnalazioni preventive che possono bloccare l’avvio di un

programma (ad esempio, carenza di detersivo).

Scaldabagno

∗ Lo scaldabagno elettrico intelligente, in quanto elemento ad alto consumo d’energia, include il

controllo del carico elettrico assorbito durante il suo funzionamento;

∗ Impostazione della temperatura di riscaldamento dell’acqua;

∗ Selezione della temperatura desiderata per ciascun rubinetto tramite apposite elettrovalvole

collegate all’impianto.

Televisore

∗ Visualizzazione in una finestra video (o anche a pieno schermo) delle informazioni relative al

sistema bus.

In Fig.13.9 viene presentato un sistema a BDC atto alla rilevazione di fughe di gas e conseguente

tele-segnalazione di allarme.

Capitolo 13: Bus di campo per Building Automation

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Fig.13.9: Sistema a BDC atto alla rilevazione di fughe di gas e conseguente tele-segnalazione di allarme.

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