Il controllo diventa smart

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1 Building Automation Realtà aumentata. Esistono applicazioni che mostrano come l apparecchio potrebbe integrarsi in un ambiente, sfruttando la telecamera presente sul tablet o sullo smarphone. Con Daikin 3D (nella foto) è possibile scegliere il climatizzatore e vederlo a casa prima di acquistarlo. È sufficiente stampare su un foglio A4 o A3 il marker e posizionarlo sulla parete dove si desidera installare l unità. Inquadrando il foglio con il tablet compare nella foto il climatizzatore scelto nelle dimensioni reali. È possibile avvicinarsi, osservarlo da diverse angolazione e scattare una foto. Allo stesso modo, si posiziona il foglio con il marker sul terrazzo o balcone destinato ad accogliere l unità esterna per vederla comparire magicamente sullo schermo Il controllo diventa smart Invasione di App per tablet e smartphone quest anno a MCE Expocomfort: dal semplice controllo dell impianto a funzioni avanzate di monitoraggio e analisi dei consumi energetici di Dario Fusco Il tema dell efficienza energetica non ha mai avuto tanta rilevanza come in questi ultimi anni: il settore dell HVAC è in continua evoluzione e sia gli addetti ai lavori, che i clienti finali sono più che mai consapevoli e attenti a questa tematica. Dall ultima edizione di Mostra Convegno Expocomfort (MCE), tenutasi a Rho lo scorso mese di marzo, è emersa una grande attenzione da parte delle aziende in merito al controllo e al monitoraggio dei consumi. Non sembra più sufficiente disporre di apparecchiature efficienti in termini di performance, è necessario anche poterle controllare in modo facile e immediato da qualsiasi luogo, ottimizzarne il consumo ed elaborare nuove strategie di utilizzo. Sempre più smart Numerose aziende hanno introdotto quest anno apparecchiature di controllo e strumenti che potremmo definire smart : intelligenti e facili da usare, basate su protocolli Internet e controllati tramite PC, smartphone e tablet, sia per quanto riguarda i singoli apparecchi, sia per il controllo di sistemi edificio complessi. Particolare attenzione 36

2 è stata dedicata ad integrare sistemi proprietari all interno di pacchetti di gestione più ampi e complessi. Prima di passare ad esaminare le soluzioni in commercio, vale la pena illustrare la struttura di un sistema di automazione, evidenziando le principali differenze che intercorrono tra sistemi per edifici ad uso residenziale e commerciale. HVAC, automazione degli edifici e domotica Le operazioni di monitoraggio e di controllo degli impianti HVAC possono essere viste come parte di un sistema più ampio, ovvero quello dell automazione degli edifici: dall inglese building automation system (BAS), i sistemi di automazione degli edifici hanno l obiettivo di facilitare le utenze nella gestione, nella manutenzione e nel funzionamento dell edificio, come rappresentato nella Figura 1. Il grafico mostra come gli aspetti da considerare siano molteplici e, di conseguenza, l automazione integrata dell intero sistema sta diventando un aspetto fondamentale dal punto di vista dell efficienza e del comfort, sia per quanto riguarda i grandi edifici ad alta densità antropica (come uffici, ospedali, centri commerciali, etc.), sia per quanto riguarda il settore residenziale. Caldaia in remoto. Sistema di controllo remoto delle nuove caldaie a condensazione Immergas Victrix TT attraverso una app per tablet e smartphone scaricabile gratuitamente. Figura 1. Gli aspetti funzionali dei sistemi di automazione degli edifici Struttura dei sistemi di automazione Nella maggior parte delle applicazioni, i sistemi BAS possono essere riconducibili alla struttura rappresentata in Figura 2, sebbene non sempre tutti i componenti rappresentati siano sempre presenti. Nel grafico si distinguono tre diversi livelli: il livello fisico (field level), il livello di automazione (automation level) e il livello di gestione (o management level). Si tratta di una struttura di tipo piramidale in cui il controllo diventa sempre più integrato salendo di livello. Livello fisico. È costituito da tutti i 37

3 Figura 2. Struttura tipica di un sistema di automazione dispositivi che rilevano e controllano le grandezze di interesse, quali attuatori, sensori di movimento, rilevatori di fumo, valvole, serrande, ventilatori, lettori di schede, motori, irrigatori, interruttori della luce, attrezzature specifiche ospedaliere ecc. Nei sistemi più semplici, i dispositivi del livello fisico sono controllati manualmente, mentre in quelli avanzati è necessario un sistema di controllo più sofisticato. Normalmente, si collegano i dispositivi del livello fisico ad un controllore più avanzato nel livello di automazione, tramite la cosiddetta rete fisica. I dispositivi nel livello fisico agiscono poi come slaves, mentre i controllori del livello di automazione sono definiti master ; alcuni dispositivi nel livello fisico si possono collegare direttamente alla rete primaria. La rete fisica è la rete che collega il livello di campo con il livello di automazione. Il collegamento può essere effettuato secondo quattro diverse tipologie: cablato, bus, linea elettrica o wireless. Livello di automazione. comprende tutti i controller avanzati che, in tempo reale, controllano e regolano i dispositivi al livello fisico. Di solito, tali controller sono digitali e vengono programmati tramite controllo proporzionale, integrale o differenziale, oppure mediante qualsiasi altro controllo logico o combinazione di PLC o RTU? Un PLC (Programmable Logic Controller) funziona come un normale computer: può essere liberamente programmato per acquisire qualsiasi numero di dati in ingresso e controllare qualsiasi numero di dati di uscita, purché vi sia sufficiente potenza di elaborazione. Un Remote Terminal Unit (RTU) ha solitamente una potenza di elaborazione minore e meno porte rispetto ad un PLC: ciò è dovuto al fatto che un terminale remoto è concepito per adempiere ad un compito specifico e all utente resta il solo compito di regolarlo. Questi dispositivi possono poi essere eventualmente collegati alla rete primaria, direttamente o attraverso una rete secondaria. La rete primaria è anche comunemente indicata come Backbone o management network e collega il livello di automazione e il livello di gestione. Una rete primaria è di solito una rete LAN che può essere separata o condivisa con quella comunemente adottata in un edificio. La rete secondaria, invece, è una sotto-rete di quella primaria e serve a collegare il livello di automazione alla rete primaria stessa. Lo scopo di una rete secondaria consiste nel raccogliere i dati provenienti dai dispositivi del livello di automazione che operano con un protocollo diverso dal protocollo nella rete primaria e connettere tali dispositivi al resto del sistema. controlli logici. I controllori possono essere inoltre suddivisi in due macro categorie: PLC (Programmable Logic Controller) e RTU (Remote Terminal Unit). Livello di gestione. Questo livello comprende tutti i dispositivi che gestiscono il sistema di automazione e che interagiscono con il personale e la rete Internet. In genere sono presenti: Stazione di comando centrale (CCS): è il cuore del sistema che può avere diversi ruoli a seconda della configurazione dell impianto stesso. In un sistema centralizzato, questi dispositivi gestiscono gran parte del controllo in tempo reale, utilizzando i diversi PLC e RTU unicamente per trasmettere e acquisire le informazioni. In un sistema decentralizzato, invece, una CCS non esegue alcun controllo in tempo reale, in quanto PLC e RTU sono in grado di operare indipendentemente, anche nel caso in cui il contatto con il CCS venga interrotto; Server Web: è un applicazione software che funge da punto di accesso alla rete internet per il sistema di automazione e consente di controllare il sistema da qualsiasi posizione in cui è possibile connettersi al web; Database che accedono alle attività: dispositivi di memorizzazione in cui vengono immagazzinate le informazioni provenienti dal sistema; Interfacce di comunicazione: sono gli apparecchi che traducono i messaggi provenienti da protocolli diversi da quello della rete primaria. Protocolli aperti o proprietari I sistemi di automazione possono essere suddivisi in molteplici modi, in base alla apertura del sistema, alla loro centralizzazione o versatilità, che dipendono in ogni caso dal protocollo di comunicazione adottato, ovvero l insieme di regole che determinano le modalità di funzionamento di un determinato sistema di comunicazione. 38

4 SISTEMI APERTI O Chiusi? Nel caso in cui un sistema utilizzi un protocollo aperto, il sistema si definisce anch esso aperto. I vantaggi di tali sistemi sono evidenti: Non dipendono da un solo produttore; Sono sistemi estremamente flessibili e facilmente modificabili; Esiste una vasta letteratura in merito. D altra parte, essi risultano relativamente costosi, soprattutto per edifici medio-piccoli, sia per quanto riguarda le apparecchiature, sia per la programmazione. Parallelamente ai sistemi aperti, esistono i sistemi cosiddetti proprietari, dove il protocollo di comunicazione è, come già detto, ad uso esclusivo dell azienda sviluppatrice. I vantaggi di questo tipo di configurazione sono anche qui diversi: Minor costo delle apparecchiature; Facilità di progettazione e programmazione; I principali svantaggi riguardano, da un lato, la dipendenza dal solo marchio che ha fornito il sistema (la qual cosa può essere vista come un vantaggio dal lato del fornitore) e, dall altro, la scarsa flessibilità nel caso in cui il sistema debba essere modificato e/o integrato. I protocolli possono essere suddivisi in due grandi categorie: aperti o proprietari. Un protocollo di comunicazione aperto è un protocollo le cui caratteristiche sono note, poiché lo sviluppatore ha deciso di metterlo a disposizione di chiunque voglia farne uso. Tra questi si distinguono quelli standard, il cui linguaggio di programmazione è stato concordato fra vari produttori o associazioni, con l obiettivo di rendere intercambiabili i dispositivi che lo utilizzano e flessibili i sistemi che lo adottano, senza che gli utenti siano necessariamente legati alle singole case produttrici. Un protocollo proprietario invece è generalmente ad uso esclusivo del produttore delle apparecchiature in oggetto e può comunicare con gli altri protocolli solo mediante opportune interfacce (da programmare). Quando e quanto conviene? Per ottenere un impianto integrato, ovvero un sistema che non controlli solo l HVAC, ma tutti gli aspetti automatizzabili di un edificio, è necessario muoversi su tutti e tre i livelli: fisico, automazione e gestione. Il vantaggio principale dell integrazione dei sistemi è o meglio, dovrebbe essere la riduzione dei costi operativi, obiettivo più facile da Alcuni protocolli standard KNX È il più utilizzato in Europa ed è riconosciuto come uno dei protocolli di riferimento per il controllo degli edifici, soprattutto per quanto riguarda il residenziale. La sua applicazione classica è il controllo della luce, anche se oggi ricopre efficacemente tutti gli ambiti principali della BAS, quali la gestione dell energia, il monitoraggio dei consumi, il controllo del sistema HVAC, il controllo dei dispositivi elettronici, la sicurezza, etc. Caratteristica principale del protocollo è la grande distribuzione dell intelligenza, in quanto ogni dispositivo ha un suo cervello con una logica implementabile. BACnet È l acronimo di Building Automation and Control Networks ed è probabilmente il protocollo più diffuso a livello globale. Sviluppato dalla ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers), è stato rilasciato come standard ANSI / ASHRAE nel Questo protocollo si distingue per il fatto di essere concepito per il livello di gestione e per il livello di automazione, mentre è poco indicato per il livello fisico. LonTalk È un protocollo di comunicazione standardizzato che opera su una piattaforma chiamata LonWorks, sviluppata alla fine degli anni novanta dalla società Echelon. Al contrario di BACnet e KNX, LonWorks non è stato concepito unicamente per l automazione degli edifici, ma come una piattaforma di automazione universale. È un sistema complesso, ma la sua grande flessibilità lo rende applicabile in diversi settori. Si basa su una rete peer-to-peer decentralizzata di nodi, dove la comunicazione tra i nodi stessi è realizzata mediante un sistema logico di variabili di rete. Modbus Sviluppato da Modicon nel 1979 per il controllo dei processi industriali, ha conquistato una considerevole fetta di mercato anche nei sistemi di automazione degli edifici. La sua principale caratteristica è la una struttura di tipo Master-Slave. Internet È incluso nella suite di protocolli TCP / IP (Transmission Control Protocol over Internet Protocol). Questo protocollo standard è quello che registra la più rapida espansione, per via dell abbassamento dei costi e per il fatto che è una tecnologia già presente molti edifici per il cablaggio di computer e apparecchi informatici. Figura 3. I principali protocolli standard di comunicazione 39

5 Centralizzati o con intelligenza distribuita I sistemi di automazione degli edifici, o BAS, possono essere classificati anche in funzione della distribuzione dell intelligenza del sistema. Un sistema centralizzato è caratterizzato da un unità centrale che funge da cervello, il quale controlla l intero complesso delle funzioni: non sono quindi necessari ulteriori dispositivi intelligenti. Ciò rende questo tipo di configurazione economico e semplice, ma anche molto sensibile ad un guasto dell unità centrale. È l applicazione ideale per edifici commerciali, per esempio ristoranti ed alberghi. I sistemi ad intelligenza distribuita non possiedono un unità centrale che comanda tutto l impianto, ma ogni unità terminale è dotata di un intelligenza a bordo, che le permette di essere autonoma. Il vantaggio risiede nella robustezza e affidabilità intrinseca: in caso di guasto di un componente, il sistema continua a funzionare; naturalmente questo vantaggio ha un prezzo. Esistono poi i sistemi cosiddetti ibridi, a metà strada tra intelligenza distribuita e sistema centralizzato, configurazione molto comune negli impianti di media taglia. Da sinistra a destra, esempi di sistema a intelligenza centralizzata, distribuita e ibrida raggiungere negli edifici ad uso non residenziale. Occorre però ricordare che, se da un verso l automazione degli edifici non residenziali porta a comprovati benefici economici, la domotica pare ancora lontana dall essere conveniente. Per integrare i vari sistemi, infatti, è necessario più o meno lo stesso numero di dispositivi, che si tratti di edifici residenziali o commerciali, ma in questo caso il costo di tali componenti può essere distribuito su molte utenze, risultando quindi più facilmente da ammortizzare. Di conseguenza, l automazione dei sistemi residenziali spesso si ferma al livello fisico o al livello di automazione, senza che i sistemi che controllano i diversi ambiti giungano ad una piena integrazione. Due filosofie di progettazione Nella pratica esistono sostanzialmente due filosofie per la progettazione di un impianto BAS. La prima è ricorrere a macchine già dotate di sistemi di controllo con protocollo standard o, eventualmente, acquistare solo le macchine senza i sistemi di controllo, da integrare successivamente con dispositivi capaci di comunicare attraverso il protocollo desiderato. È compito del system integrator integrare tutti i dispositivi in un unico sistema, implementarne la logica di funzionamento e mettere a disposizione dell utente un interfaccia per la gestione. Questa è un ottima soluzione, ma relativamente costosa sia in termini di componenti che di programmazione. In alternativa, le case produttrici forniscono spesso sistemi di controllo proprietari, progettati ad hoc per i propri apparecchi; sarà poi una scelta condivisa tra progettista ed utenza quella di integrare i vari bus proprietari in un sistema unico, ricorrendo a specifiche interfacce. Ed è questa seconda filosofia quella più utilizzata, quantomeno dalle case produttrici delle macchine nell ambito HVAC; molte aziende infatti preferiscono sviluppare un proprio linguaggio proprietario, con tutti i vantaggi del caso. Visitando MCE, si è potuto notare come la maggior parte delle aziende HVAC che forniscono i macchinari a livello fisico, adottano la tecnologia wireless per il controllo, che può avvenire anche da remoto attraverso specifiche applicazioni per smartphone o tablet: si tratta di applicazioni dall utilizzo intuitivo, ma al tempo stesso dotate di un numero crescente di funzionalità. Per i sistemi più complessi, le aziende propongono invece controlli centralizzati sviluppati internamente, anch essi facilmente gestibili da remoto, che sempre più integrano i vari aspetti della gestione dell edificio, in grado di fornire moltissime informazioni utili, tracciare grafici, immagazzinare dati, etc. t 40

6 VISTI IN FIERA: MCE 2014 Termostati senza fili Calore sotto Sistema di supervisione e controllo controllo di fancoil e pompe di calore Aquadue Control sviluppato da Olimpia Splendid, multi zona e multiscenario. Si basa su un pannello touch screen con icone che rendono l accesso e la gestione del comfort efficace e intuitiva. Il controllo può essere portato su tablet, smartphone o Pc per la gestione e il monitoraggio da remoto. Wi-Fi Thermostat Control System di In.Ar Technology consente di regolare la temperatura ambiente da PC, tablet o smartphone, attraverso una App gratuita. La connessione avviene senza fili, sfruttando la rete wi-fi dell abitazione, grazie ad un dispositivo fornito dall azienda: la wi-fi box, una scatoletta dotata di due antenne, una atta a captare la connessione del router wi-fi, l altra puntata sull apparecchio generatore o regolatore di calore. Anche fuori casa, via Internet, si possono ottenere informazioni su clima e settaggi, modificare la temperatura o cambiare profilo del servizio, anche di un singolo ambiente. Bus proprietario Argoclima ha presentato a MCE il nuovo controller TC43, basato sul bus proprietario i-series, sistema centralizzato, chiuso, concepito sui tre livelli dell automazione. Questo controller touch screen è dotato di un microprocessore che consente di centralizzare i comandi di tutto il sistema i-series, sia in mono che in multi-split. Inoltre, abbinato al gateway WB43, che può essere installato anche senza TC43, fornisce un accesso al sistema da remoto tramite un comune browser. Il sistema è rivolto sia ai clienti finali che ai tecnici: questi ultimi, in fase di installazione o manutenzione, possono accedere a parametri riservati e configurare opzioni diverse da quelle di fabbrica. Ua porta USB standard posizionata alla base del terminale consente di registrare log del sistema e aggiornare il software al fine di introdurre miglioramenti e nuove funzioni. Dal piccolo al grande Hitachi ha stretto un accordo con Somfy per l applicazione del sistema domotico Tahoma al controllo wireless (anche remotabile) delle pompe di calore Yutaki e di tutti i condizionatori delle serie residenziale. Per quanto riguarda la linea commerciale, Hitachi propone il sistema centralizzato CS Net Web per il controllo simultaneo si un massimo di 160 unità interne e 64 esterne, attraverso il protocollo di comunicazione proprietario H-Link. Le caratteristiche sembrano interessanti: completo controllo delle funzionalità, programmazione fino a 4 anni, calcolo dei consumi energetici, archivio storico dei dati di funzionamento e possibilità di visualizzare le unità inserite nel lay-out dell edificio. La piattaforma CS NET Manager fornisce invece una piattaforma di controllo e visualizzazione che espande la capacità di calcolo e immagazzinamento dati di CS Net Web. Per integrare il sistema proprietario Hitachi con gli standard aperti più utilizzati, sono disponibili interfacce che possono tradurre il protocollo H-Link in BAC- Net, Modbus, Knx, Lontalk. Esiste anche la possibilità di integrare una macchina non Hitachi all interno del sistema con protocollo H-Link, anche in questo caso tramite apposita interfaccia. 41

7 VISTI IN FIERA: MCE 2014 Anche in cloud Mitsubishi ha presentato in Fiera due novità: MelCloud è un sistema di controllo wi-fi che permette di gestire tramite App o PC i prodotti Mitsubishi della linea Family e Mr Slim, con possibilità di estendere l ambito di applicazione anche a molte delle macchine già sul mercato da qualche anno. La seconda novità è RMI Cloud Computing per la gestione, la supervisione, il monitoraggio energetico e la manutenzione delle soluzioni City Multi VRF. L utente può impostare la modalità operativa dell impianto, le temperature e la programmazione oraria in base alle condizioni meteo. È anche possibili accedere a informazioni e dati tecnici, ricevere notifiche via sms o su eventuali malfunzionamenti, analizzare e scaricare mensilmente report sui consumi energetici dell impianto. Clima via telefono Sistema Combi Control di Toshiba, con il quale è possibile gestire da un telefono cellulare il funzionamento degli impianti di climatizzazione, attraverso l inserimento di una Sim card nel dispositivo. L apparecchio può essere installato anche in un secondo momento ed è compatibile con la maggior parte dei prodotti clima Toshiba. La peculiarità del sistema è di essere utilizzabile con qualsiasi telefono, senza la necessità di un collegamento a rete internet. In alternativa, Toshiba propone il sistema Toshiba&wifi, con il quale controllare da telefono o tablet, questa volta via wi-fi, accensione, spegnimento, temperatura e velocità dei climatizzatori. Il controllo è applicabile a quasi tutti i modelli residenziali Toshiba, alla linea light commercial e ai sistemi VRF, con la possibilità di poter installare il prodotto anche su versioni installate da qualche tempo. 42 My Wind e Zen Manager Articolata anche la proposta di Samsung per la climatizzazione domestica in chiave smart. Con My Wind è possibile memorizzare le impostazioni operative preferite, mentre Smart Check è una pratica funzione di autodiagnosi che segnala eventuali guasti del dispositivo, fornendo informazioni utili e il numero del servizio clienti da contattare. Un altra applicazione interessante è Smart Installing, la quale consente di avviare il collaudo automatico del condizionatore per verificare così che i collegamenti, il flusso e la quantità di refrigerante siano corretti. Samsung ha anche sviluppato Zen Manager, un sistema per il controllo e il monitoraggio dei suoi sistemi DVM S, anche attraverso smartphone e tablet (nella foto). Il sistema consente il controllo a distanza di più impianti contemporaneamente.

8 VISTI IN FIERA: MCE 2014 Standard LON Ilon è una centralina di domotica sviluppata da Toshiba per l automazione domestica, con l biettivo di migliorare il comfort e ridurre i consumi energetici, utilizzando il protocollo standard aperto LON. L interfaccia è stata concepita per garantire all utente una visualizzazione immediata e personalizzabile dello stato di funzionamento da qualsiasi dispositivo connesso alla rete. Le funzioni più interessanti sono la visualizzazione, in percentuale, della potenzialità termica richiesta dalle singole unità interne, rispetto ai gruppi esterni, lo stato di collegamento delle macchine e il monitoraggio dello stato di funzionamento dell impianto; in particolare, questa funzione di data logging permette di monitorare costantemente e con uno storico di una settimana tutti i parametri dell impianto, dallo stato di on/off alla temperatura ambiente. La gestione degli impianti VRF e light commercial di Toshiba è invece affidata a un sistema chiamato Smart Manager. Abbinato al Data Analyzer, fornisce informazioni e grafici sullo stato di funzionamento, consumi ed eventuali anomalie, oltre a limitare il range di set-point, permettendo un risparmio energetico nelle tipiche applicazioni del terziario. Un controllo per tutto Il nuovo controllore centralizzato AC Smart Premium d LG, messo a punto per famiglia LG V-Net, può attivare o disattivare dispositivi tra cui gli split tradizionali, condizionatori d aria in copertura, unità di ventilazione, ventilatori, luci, o qualsiasi altro dispositivo elettrico. Tra le numerose funzionalità presenti, la possibilitò di avere report sullo stato di funzionamento e sui consumi energetici per ogni dispositivo, o per l intero sistema; si possono anche effettuare controlli automatici sui picchi, per definire una soglia di potenza elettrica al fine di limitare la potenza massima assorbita dall impianto, e sulla domanda limitare la capacità erogata dall unità esterna. 43