Il sistema di building automation
Tutti i contenuti tecnologici del capannone e della palazzina uffici annessa sono stati dotati di un sistema di building automation KNX realizzato con i dispositivi di ultima generazione provenienti dal mercato.
Tutti i corpi illuminanti della struttura sono stati dotati di reattori DALI e, cosa piuttosto originale, anche le più di mille lampade del capannone sono state equipaggiate con un doppio reattore DALI.
Tutti i punti luce sonno dimmerabili per consentire l’ottimizzazione dei consumi dell’illuminazione e sono controllati da 21 gateway KNX DALI MTN680191.
Ogni zona del capannone e degli uffici è stata dotata di un regolatore di presenza e luminosità ambientale Schneider Argus KNX, in questo modo, sia negli uffici sia nel capannone, la luminosità ottimale per il lavoro è sempre garantita e i consumi vengono ridotti al minimo necessario per consentire la gestione ottimizzata della produzione.

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La gestione della luce 
Il sistema DALI Professional, installato nella Sala Grande, permette la realizzazione e il controllo di scenari luminosi statici, dinamici e la gestione di gruppi di apparecchi, consentendo di sfruttare tutte le caratteristiche del controllore. DALI è particolarmente indicato in applicazioni che prevedono la gestione di gruppi di apparecchi, il richiamo di scenari e il controllo della luminosità tramite sensori.

Semplicità di programmazione
La semplicità di programmazione, grazie al software dedicato, consente di configurare l’illuminazione della sala in linea con le esigenze legate alla proiezione dei film. Di fronte a nuove esigenze, l’intero sistema può essere facilmente riconfigurato senza modifiche strutturali. In caso di guasto è sufficiente sostituire la lampada danneggiata ed effettuare il ripristino, in quanto DALI Repeater gestisce gli apparecchi come gruppi, l’eventuale sostituzione di un DALI Repeater non comporta costi di manutenzione onerosi, essendo sufficiente associare il nuovo dispositivo via software. L’utilizzo delle quattro linee DALI e la lunghezza del cavo (fino a trecento metri) ha permesso di semplificare l’impianto cablando le linee per zone di apparecchi, indirizzandole e programmandole tramite software dedicato. I DALI Repeater, controllando le singole file di lampade come gruppi, hanno garantito un ulteriore semplificazione oltre ad aumentare l’estensione del cavo DALI di ulteriori trecento metri. I pannelli di contollo (posizionati dietro le quinte, in sala proiezione e in sala regia) consentono di richiamare i differenti scenari in completa autonomia. Dalle centraline di controllo è possibile quindi attivare le tre scene dinamiche: la Scena di accensione che parte dalla platea verso il palco, la Scena di spegnimento dal palco verso la platea e la Scena di pausa per eventuali interventi del proiezionista.

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BACnet
In edifici di grandissime dimensioni si utilizzano molti sistemi di automazione, spesso sviluppati in periodi di tempo prolungati come soluzioni separate.
Lo standard BACnet è stato creato per poter gestire questi sistemi a un livello di gestione comune. BACnet è un protocollo di comunicazione per automazione degli edifici e reti di controllo, altrettanto adatto per il livello di gestione e di automazione, in particolare per riscaldamento, ventilazione e aria condizionata (HVAC), controllo illuminazione, sicurezza e tecnologia antincendio.
BACnet è riconosciuto come standard ANSI e CEN.
Sono presenti varie possibilità di connessione a KNX, vi sono gateway diretti che traducono il telegramma KNX nel protocollo BACnet. I rappresentanti delle Associazioni BACnet e KNX hanno creato una mappatura comune standardizzata per i due standard.

DALI
DALI significa “Digital Addressable Lighting Interface” (Interfaccia Digitale Indirizzabile per Sistemi di Illuminazione) ed è appunto una interfaccia indirizzabile. Come noto, l’applicazione ha come obiettivo primario la gestione dell’illuminazione in funzione dell’ambiente. L’integrazione in un sistema KNX di livello superiore viene effettuata tramite gateway. Tutto il processo di elaborazione del progetto e di indirizzamento di una installazione DALI può essere svolto con il programma ETS di KNX.
I dispositivi montati con una interfaccia DALI vengono controllati a livello centrale. Questa unità di controllo assume il ruolo di master responsabile del controllo e della scansione dei singoli componenti.
E‘ possibiile collegare uno dei tanti elementi operativi, in base alla struttura dell’unita di controllo DALI. E’ inoltre possibile integrare sensori di luminosità e installare circuiti per il controllo costante dell’illuminazione. In funzione della capacità del gateway, la funzionalità di una installazione DALI può essere integrata completamente nel sistema KNX durante la messa in servizio, il funzionamento e la diagnosi.

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Un dispositivo bidirezionale può sia ricevere sia trasmettere messaggi. Un attuatore è sempre un dispositivo bidirezionale e deve essere generalmente alimentato dalla rete 230 V. Dispositivi bidirezionali possono essere pannelli di controllo con interfacce verso altri mezzi di trasmissione.
Il ripetitore è un caso particolare di dispositivo bidirezionale, che permette di estendere la portata del segnale.

Livello 1 – Fisico
Le caratteristiche del livello fisico di un sistema HBES RF sono riportate dalla norma CEI EN 50090-5-3 “Mezzi e livelli dipendenti dai mezzi – Radio frequenza” prima edizione, pubblicata in inglese dal CEI nel marzo 2007 con classificazione 205-11 fascicolo 8735 E.
Gli stati logici 0 e 1 sono generati mediante una deviazione di +/- 50 kHz ripetto alla frequenza di trasmissione (868,3 MHz) secondo il metodo FSK (frequency shift keying). La velocità di trasmissione è di 32 768 cps, sufficiente per diverse decine di messaggi al secondo.

Livello 2 – Collegamento dati
La norma 50090-5-3 descrive anche le caratteristice del messaggio (Capitolo 5 – Data Link Layer Type RF).
Il messaggio HBES RF (vedi figura 1) è costituito di un byte “preamble” (livello fisico), un blocco dati 1, contenente il numero di serie del dispositivo, e una serie di blocchi dati, analoghi a quelli di un sistema HBES TP (coppia ritorta – vedi Sistemi  Bus n. 6 / 2011 – pagine 12, 13).

Ogni blocco è seguito da due ottetti CRC (cyclic redundancy check). Chiude il messaggio un byte di “postamble”.
I byte preamble e postamble, posti all’inizio e alla fine, servono per sincronizzare i dispositivi che ricevono il messaggio, con il dispositivo che  lo trasmette.
Il primo blocco dati è costituito da tre campi: controllo; numero di serie del dispositivo; checksum.
Il campo “controllo” (4 ottetti) contiene informazioni sulla lunghezza del messaggio.
Il campo “numero di serie” contiene il codice che identifica in modo univoco l’apparecchio; nei dispositivi unidirezionali è memorizzato in fase di produzione e non può più essere modificato.
Come accennato all’inizio, ciò permettere di escludere ogni possibilità di interferenze tra apparecchi diversi.
Il campo “checksum”, infine, è costituito, nel caso di HBES RF, di due ottetti e ha la tipica funzione di verificare l’integrità del messaggio ricevuto.

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Half duplex
Una comunicazione bidirezionale half duplex non permette la comunicazione simultanea in entrambe le direzioni Una rete Ethernet di personal computer, per esempio, è di tipo “full-duplex”, in quanto utilizza contemporaneamente le quattro coppie di cavo: due coppie vengono usate per ricevere i pacchetti e due per spedirli.
Questo rende il sistema “collision-free” (esente da collisioni); la rete HBES, come detto, è half duplex, ecco perchè ha bisogno di un metodo, il protocollo CSMA/CA, per evitarle.

Segnale digitale asincrono in banda base
Un segnale digitale di tipo seriale, come quello utilizzato dal sistema HBES, è asincrono, quindi non ha bisogno di un “clock” di sincronismo, basta un “bit start” e un “bit stop” all’inizio e alla fine di ogni byte “ottetto” che viene trasmesso: serie di otto bit più i bit di controllo.
Il fatto che sia in banda base vuol dire che utilizza tutta la banda disponibile: da zero alla frequenza massima trasmissibile.

Il metodo di accesso al mezzo CSMA
Per evitare le collisioni, in un sistema half duplex si utilizza il metodo di accesso al mezzo di trasmissione CSMA, acronimo inglese di  Carrier Sense Multiple Access, dove “carrier” non sta per portante (modulata).
Si tratta di una trasmissione dati che si basa sull’accesso multiplo (multiple access) tramite rilevamento del segnale (carrier sense).
Tutti i dispositivi  del sistema sono normalmente in stato di ricezione; un dispositivo inizia
a trasmettere solo quando rileva che sul mezzo non è presente un segnale.

Secondo il tipo di attesa prima di trasmettere, esistono alcune varianti:
CSMA/CD (Collision Detection) – è il metodo che rivela (detection) le collisioni: il dispositivo che deve inviare un segnale salva i dati contenuti in un buffer, se verifica che sul mezzo non ci sono segnali, trasmette il suo; mentre trasmette, confronta il segnale con quello nel buffer, se differiscono vuol dire che c’è stata una collisione, per cui interrompe la trasmissione;
CSMA/CA (Collision Avoidance) – è il metodo utilizzato dal sistema bus HBES, che evita (avoidance) le collisioni: dopo aver verificato che sul mezzo non ci sono segnali, il dispositivo inizia a trasmettere; se due o più dispositivi trasmettono contemporaneamente, prevale quello che trasmette un segnale con priorità più alta, mentre gli altri interrompono la trasmissione, per riavviarla successivamente; nel sistema HBES si hanno tre gradi di priorità in ordine decresente: allarme, controllo, comando; se i dispositivi trasmettono un segnale con la stessa priorità, prevale quello che ha un indirizzo fisico (che è unico) inferiore.

Il sistema SELV
I mezzi di trasmissione TP0 e TP1 costituiscono un sistema SELV (Safety Extra Low Voltage / bassissima tensione di sicurezza), che assicura la protezione combinata contro i contatti diretti e indiretti, secondo quanto riportato dalla norma CEI 64-8, art. 411.1. Un sistema SELV, per essere tale, deve avere una tensione nominale non superiore a 50 V di valore efficace in corrente alternata e 120 V in corrente continua.
Se la tensione nominale non è superiore a 25 V di valore efficace in corrente alternata e 60 V in corrente continua, la protezione contro i contatti diretti è sempre assicurata senza ricorrere a barriere, involucri o isolamenti, salvo in condizioni particolari di influenze esterne.
La norma 64-8 prevede diversi tipi sorgente SELV, tra i quali un trasformatore di sicurezza (norma CEI 96-7) o una sorgente elettrochimica indipendente.

Ricordiamo che le masse di un sistema SELV non devono essere collegate a terra, a masse estranee e a conduttori di protezione o a masse di altri circuiti elettrici.

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La Direttiva 2009/72/CE del 13 luglio 2009, relativa a norme comuni per il mercato interno dell’energia elettrica, all’interno del Terzo Pacchetto Energetico (direttive 2009/72, 2009/73 e 2008/92) afferma la necessita di rinnovare la rete elettrica: “Gli Stati membri dovrebbero incoraggiare la modernizzazione delle reti di distribuzione, ad esempio attraverso l’introduzione di reti intelligenti (N.d.R.: smart grid) costruite in modo da favorire la generazione decentrata e l’efficienza energetica”.
Tale direttiva descrive una serie di compiti che devono essere svolti sia dagli operatori del sistema di trasmissione elettrica sia da quelli di distribuzione elettrica.
Sempre a livello normativo europeo, la Commissione ha creato una Task Force sulle Smart Grid per consigliare la Commissione stessa su attività regolatorie a livello europeo e a coordinare i primi passsi verso l’implementazione delle Smart Grid all’interno dell’ambito europeo. La Task Force si è focalizzata sulle funzionalità e servizi da attuarsi attraverso le Smart Grid.
Con lo scopo di informare la Task Force per le Smart Grid sullo scenario normativo esistente in materia (inclusi gli eventuali lavori in corso) Cen Cenelec e ETSI hanno formato il Focus Group on Standards for the Smart Grids. Tale Focus Group ha tenuto conto delle raccomandazioni della Task Force, per predisporre specifiche prescrizioni non coperte dalle norme esistenti e supportare i Comitati Normativi Nazionali nel rispondere prontamente a eventuali mandati della Commissione Europea.

Contemporaneamente la Commissione Europea ha emanato il mandata M441 (valido dal 2009 a 2012) destinato a Cen, Cenelec e ETSI affinchè si focalizzassero sulla standardizzazione dell’interoperabilità dei contatori elettronici intelligenti (Smart Meter).

NORME PER SMART GRIDS
Rapporto finale del Gruppo di Lavoro Cen/Cenelec/ETSI

II Focus Group Cen, Cenelec e ETSI ha pubblicato (maggio 2011) un primo Rapporto da trasmettere alla Commissione Europea per fornire un percorso con il quale indirizzare le attività normative inerenti il settore.

Per uno sviluppo efficace di questo percorso è necessario coordinare tutte le novità e i cambi strutturali che l’evoluzione delle Smart Grid comporteranno, all’interno di un quadro normativo coerente. Presupposto necessario per questo cambiamento è pertanto il consolidamento della normativa tecnica, sia per una ricaduta industriale, sia per la creazione di un mercato aperto a diversi operatori.

La roadmap deve tenere conto dell’attività normativa dei seguenti settori:

- sviluppo delle apparecchiature utilizzate nei sistemi elettrici;

- interfaccia fra le reti;

- scambio di comunicazioni tra reti differenti;

- integrità e sicurezza dei sistemi informatici;

- modelli dei sistemi elettrici;

- gestione delle reti;

- regole per le industrie e le applicazioni domestiche;

- mercato.

Il Rapporto identifica le norme esistenti e le eventuali mancanze in esse o la mancanza di norme stesse, nel quadro di tutte le norme esistenti, che potrebbero essere rilevanti per la loro implementazione nel sistema delle Smart Grid.
Tra le raccomandazioni richieste per lo sviluppo dell’attività normativa specifica europea si segnala quella di prestare la massima attenzione nel fare riferimento ai lavori normativi internazionali; in particolare le raccomandazioni dovrannno privilegiare le norme di rilevanza globale, che vengono sviluppate in seguito agli accordi di Dresda tra la IEC e Cenelec.

Il Rapporto illustra le attività nazionali e internazionali nella  normazione, tenendo conto delle specifiche prescrizioni eurapee.
In esso sono descritte le norme per il futuro scenario di un sistema elettrico globale; si stabilisce l’imporrtanza delle norme stesse e le aree della loro applicazione, senza trascurare le opportunità risultanti dalla loro applicazione e gli effetti relativi al loro uso corretto.

Il rapporto si articola in una serie di raccomandazioni che dovrebbero essere seguite per uno sviluppo coerente della normativa sulle Smart Grid.
Tali raccomandazioni sono suddivise in tre filoni di interesse:

a) argomenti di carattere generale (orizzontali);

b) argomenti su settori specifici;

c) mercato ed operatori.

Fonte: Comitato Elettrotecnico Italiano – CT 313 “Reti Intelligenti”

Il Comitato Tecnico 313 “Reti Intelligenti’” del CEI ha lo scopo di presidiare le attività normative a livello internazionale ed europeo nel settore, nonchè di assicurare la presenza del “Sistema Italia” in un settore di forte espansione e di notevole interesse per i soci del CEI. Nel suo ruolo di ente super partes, il CEI, con la costituzione di questo Comitato Tecnico, offre a tutti i soci l’opportunità di partecipare fin dall’inizio a tutte le iniziative a livello internazionale, europeo e nazionale per raggiungere gli obiettivi prefissati dalla Comunità Europea per il 2020.

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Un’applicazione complessa (3 aree, 17 linee, 856 dispositivi), flessibile, ricca di funzioni avanzate, affidabile, che risponde alle esigenze di gente che tutti i giorni pensa alla sicurezza dei cittadini.

Tutto il complesso delle Centrali di Emergenza a Bolzano è controllato da una rete KNX su doppino intrecciato che ha una storia davvero interessante.

L’edificio primitivo era dotato di un impianto elettrico tradizionale, per la parte alloggi ed uffici, e di un impianto di automazione centralizzata su PLC, per tutti i servizi legati alla operatività dei pompieri: segnali di chiamata e partenza, apertura di cancelli e portoni, allarmi tecnici. Il controllore, ospitato in un armadio da 2200×2000x800 mm, raccoglieva segnali da trasduttori (finecorsa, prossimity, fotocellule, ecc.) sparsi in tutta la caserma ed operava una serie di uscite a relè, per assicurare i servizi richiesti.
Il compito affidato nel 1999 alla prima installazione KNX, allora EIB, fu quello di sostituire il cablaggio dal campo al controllore, raccogliendo con ingressi binari gli stati dei trasduttori, trasferendoli al PLC con altrettante uscite binarie.
Nella medesima occasione, si è provveduto anche alla automazione delle luci del cortile centrale ed al controllo di tende, finestre e oblò delle palestre, delle autorimesse e delle officine. Nella centrale operativa è stato installato un pannello LCD701, con funzioni di monitor dei portoni e degli allarmi tecnici. La topologia era costituita da una area suddivisa in 4 linee, per un totale di circa 200 dispositivi.
In occasione della realizzazione di un nuovo bar, alcune aule di formazione e dei locali di capoposto e ufficiale di giornata, la rete KNX è stata estesa alla quinta linea, con circa 50 dispositivi. Questa controlla direttamente tutte le luci, con interfaccia DALI, le tapparelle e le veneziane, e gli scenari delle aule.

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Lo standard KNX prevede due modalità di configurazione: System (con PC e software ETS) e Easy, per applicazioni tipicamente di domotica.
Oltre al vantaggio della semplicità, con la modalità Easy si riducono notevolmente il tempo ed i costi necessari per la formazione del personale tecnico. La semplificazione nelle operazioni di configurazione Easy è stata possibile grazie a due azioni.
La prima è stata quella di introdurre il concetto di “Blocco funzionale” (Channel Code) per la descrizione dei dispositivi, che ha consentito di rendere automatiche le operazioni di identificazione e configurazione attraverso la rete KNX. La seconda azione ha limitato la complessità delle funzioni messe a disposizione dai dispositivi KNX-Easy: principalmente perché tanto più elevata è la complessità di una funzione, tanto maggiore è il numero di parametri che devono poter essere impostati dall’operatore.
Questa limitazione delle funzioni rispetto ai dispositivi System, tuttavia, non deve preoccupare: le funzioni disponibili sono ampiamente sufficienti nella quasi totalità delle applicazioni domotiche. Ad esempio, una pulsantiera Easy può comunque comandare luci e carichi on/off, dimmer e tapparelle con 1 o 2 pulsanti e scenari con un numero illimitato di attuatori per ogni scenario.
Le caratteristiche di KNX-Easy lo rendono adatto alle applica-zioni più semplici, quantificabili in circa il 70-80% del mercato domotico, i cui limiti di utilizzo potrebbero essere sintetizzati nei due punti seguenti:
- applicazioni con un numero massimo di 50-80 dispositivi;
- applicazioni con le funzioni domotiche di uso più comune, con l’esclusione di sofisticate funzioni di supervisione e controllo integrato di sistemi multimediali.
Per le applicazioni domotiche non coperte da KNX-Easy, che riguardano principalmente ville con funzioni particolari, è necessario utilizzare KNX System e quindi configurare l’impianto con il software ETS.

Come funziona KNX-Easy
I dispositivi KNX-Easy, rispetto ai “fratelli maggiori” KNX-System, sono dotati di funzioni semplificate pre-programmate dal costruttore, con alcuni parametri di funzionamento e controllo predefiniti in fabbrica.
In modalità Easy si ha il vantaggio di una notevole semplificazione della configurazione…

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Un impianto elettrico deve tener conto – oltre ai desideri del committente – delle ragioni dell’architetto, del progettista e dell’installatore.
Innanzitutto deve adattarsi con semplicità alla evoluzione delle esigenze del committente, consentire il controllo ed il contenimento dei consumi energetici, essere comandato e controllato da una postazione dedicata e da posizioni locali, essere semplice e “friendly” nell’utilizzo.
Per l’architetto l’impianto elettrico deve essere invisibile, ben integrato nel design generale e dotato di pochi dispositivi che svolgano molte funzioni.
I pochi dispositivi che si vedono, oltre ad essere belli e piacevoli da toccare, devono trasmettere un messaggio di attualità (HI-TECH), senza essere aggressivi
Per il progettista deve essere realizzato secondo le norme CEI, il più possibile svincolato dal catalogo di un singolo…

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Il Comitato Tecnico 205 del Cenelec ha preparato il progetto di norma dal titolo “HBES – Standardization structure”, in collaborazione con KNX Association.
La bozza definitiva del documento è stata votata, in agosto, dai Paesi Membri del Cenelec e sarà probabilmente presto pubblicata come norma europea EN 50090-1, ossia come Parte 1 – da tempo in studio – della serie di norme 50090, di cui costituisce un’introduzione e una guida ai concetti fondamentali di un HBES (Home and Building Electronic Systems).
Il capitolo 5 “Elements of the HBES Open Communication System (OCS) Architecture” della 50090-1 sostituirà la norma EN 50090-2-1, pubblicata dal CEI nel 1998, che descrive l’architettura HBES con il modello di riferimento OSI (1) (Open System Interconnection); la norma verrà abrogata.

Il capitolo descrive l’architettura HBES/OCS che deriva dallo schema KNX.
La parte più importante è la definizione di un insieme di “oggetti comuni”  (Common Object definitions), che consentono ai costruttori di realizzare apparecchi interoperabili tra loro; indispensabile per l’interoperabilità anche un Run Time comune.

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