Le tecnologie hardware e software utilizzate nella building automation sono sempre più simili a quelle che si incontrano nelle applicazioni di automazione industriale. E viceversa.
Controllori programmabili (Plc), bus di campo, sistemi di acquisizione dati e supervisione (Scada) e molte altre tecnologie erano in passato appannaggio del mondo industriale. D’altra parte, i Plc erano stati introdotti per sostituire quadri a relè sempre più ingombranti, costosi e ‘rigidi’ nel loro funzionamento; i bus di campo erano nati per ridurre i cablaggi nelle architetture di automazione distribuite geograficamente; i moderni Scada hanno sostituito i vecchi quadri sinottici che ormai solo i cultori di Star Trek ricordano; e così via.
L’evoluzione ha tuttavia ampliato le possibilità di queste tecnologie, che sono diventate sempre più economiche, facili da utilizzare e adatte anche ad applicazioni esterne al mondo industriale.
Il risultato è che, già da molti anni, i piccoli Plc (che spesso sono considerati relè programmabili), i bus di campo, gli Scada basati su pc, gli inverter, i sistemi di identificazione automatica eccetera sono presenti anche negli edifici automatizzati. Nello stesso tempo, tecnologie come i sistemi Hvac, i software di protezione della sicurezza dei dati, le architetture client-server hanno fatto a pieno diritto il loro ingresso in campo industriale.
Sotto il cofano
Spesso, tuttavia, questo ‘superamento di confini’ è solo apparente. Ad esempio, è vero che i Plc sono presenti oggi in ogni applicazione di automazione sia industriale sia civile. Tuttavia, i produttori offrono quasi sempre una gamma comprendente apparecchiature diverse per i due ambiti. In campo civile si tende a privilegiare soprattutto la facilità di installazione e programmazione, mentre in campo industriale vi sono spesso moli di I/O molto più impegnative, sono richiesti tempi di risposta molto più rapidi, le condizioni di funzionamento possono essere molto severe (in termini di temperatura, umidità, presenza di polveri e di agenti corrosivi, eccetera) e, in generale, lo sviluppo dei programmi può avvenire su piattaforme più sofisticate e con linguaggi più ‘informatici’. Così, se nella building automation proliferano i Plc di fascia medio-bassa, in campo industriale troviamo spesso macchine multi-task, interfacciate con sistemi IT di fascia più elevata, in grado di gestire processi molto rapidi, complessi e nei quali la risposta in real-time può essere fondamentale.
In altri casi, la differenza non riguarda tanto la taglia delle apparecchiature quanto differenze software o di protocollo.
Consideriamo ad esempio i bus di campo. Nel settore industriale troviamo soluzioni affermate come Profibus, Profinet, CanOpen, Devicenet, AS-interface e, più di recente, un’intera gamma basata su Ethernet: Powerlink, Ethernet/IP, Modbus/IP, EtherCat e così via. Nel settore civile sono invece diffusi BACnet, Lonworks, Konnex e, in generale, molte soluzioni proprietarie. Che cosa differenzia una soluzione dall’altra? Da un punto di vista puramente tecnico, spesso le differenze sono minime. Il problema è, casomai, di tipo commerciale. Solo i produttori che appoggiano una certa soluzione, infatti, mettono a disposizione apparecchiature in grado di interfacciarsi con quella soluzione. Ed essendo molto difficile (se non impossibile, anche per motivi economici) sviluppare una propria interfaccia, se si sceglie il bus di campo ‘sbagliato’ non si troveranno i prodotti con l’interfaccia necessaria. In teoria, quindi, nulla vieta di utilizzare BACnet per controllare i movimenti di un robot, ma compiendo questa scelta si renderanno molto difficili i propri giorni, perché nessun produttore di robot (a quanto ci risulta) utilizza BACnet. Analogamente, si potrebbe tranquillamente adottare Powerlink per gestire il sistema Hvac di un edificio, ma sarà impossibile (sempre con beneficio di inventario) trovare un condizionatore o un fancoil con interfaccia Powerlink.
Minimo comune denominatore
Nonostante le differenze che abbiamo evidenziato con alcuni esempi, vi sono anche molti elementi comuni fra la building automation e l’automazione industriale. Uno di questi è il cablaggio strutturato, una tecnologia che può a buon diritto essere definita un minimo comun denominatore fra i due settori.
In campo civile, il cablaggio strutturato di un edificio consente di avere un’infrastruttura di rete integrata dove dati, voce e video ‘viaggiano’ su un unico sistema di interconnessione. Tra i molteplici vantaggi che si ottengono si possono citare la maggiore affidabilità della struttura dati e la flessibilità nell’aggiunta, sostituzione o eliminazione di postazioni di lavoro.
In campo industriale, l’interscambio dati tra il sistema informativo aziendale e i reparti produttivi è ormai una realtà consolidata. Non solo i grossi impianti, ma anche le singole macchine o apparecchiature possono essere controllate da postazioni remote, nonché fornire e ricevere dati relativi alla loro produzione.
Il cablaggio strutturato per edifici, basato sulla norma EN 50173 (Iso/ Iec 11801), sta quindi passando dall’ufficio al settore di produzione. In particolare, la norma Cei EN 50173-3 (Tecnologia dell’informazione - Sistemi di cablaggio strutturato - Parte 3: Ambienti industriali) specifica come realizzare il cablaggio strutturato per supportare una vasta gamma di servizi di comunicazioni - tra i quali applicazioni per l’automazione, controllo di processo e monitoraggio - da utilizzare all’interno di ambienti industriali. La norma contiene prescrizioni supplementari adatte agli ambienti industriali, nei quali la distanza massima entro cui devono essere distribuiti i servizi di comunicazione è di 10000 m. In particolare, la norma specifica:
a) una struttura e una configurazione modificate per il cablaggio strutturato all’interno degli ambienti industriali nei quali sono utilizzate applicazioni per la tecnologia dell’informazione a supporto di funzioni di monitoraggio del processo e di controllo;
b) le opzioni di realizzazione;
c) ulteriori prescrizioni che rispecchiano la gamma di ambienti di funzionamento nei locali industriali.
Le prescrizioni per la sicurezza (sicurezza e protezione elettrica, potenza ottica, protezione dagli incendi, eccetera) e per la compatibilità elettromagnetica (Emc) esulano dal campo di applicazione della norma.
Un sistema di cablaggio strutturato consente di ottenere numerosi vantaggi. In primo luogo, la flessibilità, intesa come la possibilità di connettere su una piattaforma comune applicazioni diverse, normalmente gestite con cablaggi specifici o proprietari. Secondo, l’affidabilità, intesa come la capacità di garantire prestazioni ottimali e facili interventi per la soluzione dei guasti. Terzo, la gestibilità, ossia la possibilità di effettuare riconfigurazioni, modifiche e ampliamenti in modo semplice e rapido. Infine, l’economicità, grazie alla sicurezza del ritorno dell’investimento.
Oggi, quindi, il sistema di cablaggio strutturato è entrato a buon diritto a fare parte delle infrastrutture di edificio o industriali al pari dell’impianto elettrico o di quelli per la sicurezza e sorveglianza.
Internet delle cose
C’è un’altra tecnologia che interessa sia la building automation sia la sfera dell’automazione industriale: la cosiddetta ‘Internet delle cose’.
Secondo Wikipedia, il concetto di Internet of Things si riferisce a una rete di oggetti in grado di comunicare fra loro. L’idea è tanto semplice quanto difficile è la sua applicazione. Se tutti gli elettrodomestici presenti in un’abitazione, o i libri, le scarpe o le parti di un’automobile fossero dotati di minuscoli dispositivi di identificazione, la vita quotidiana sul nostro pianeta potrebbe subire una notevole trasformazione. Non esisterebbero più prodotti fuori scorta nei magazzini e si ridurrebbero gli sprechi, perché potremmo sapere esattamente che cosa si sta consumando in ogni parte del mondo. Anche i furti diventerebbero una cosa del passato, perché potremmo sapere dove si trova un certo prodotto, anche il più piccolo ed economico.
Quindi, se gli oggetti della vita quotidiana, dallo yogurt agli aeroplani, fossero dotati di tag radio, essi potrebbero essere identificati e gestiti da computer esattamente come fanno gli esseri umani. E la prossima generazione di applicazioni Internet (protocollo IPv6) sarà in grado di identificare molti più oggetti dell’attuale versione IPv4. Si calcola che l’Internet delle cose dovrebbe riuscire a codificare da 50 a 100.000 miliardi di oggetti e a seguirne i movimenti partendo dall’ipotesi che, in media, ogni essere umano è circondato da un numero di oggetti compreso fra 1.000 e 5.000.
Una visione alternativa, dal mondo del Semantic Web, punta invece a rendere indirizzabili tutte le ‘cose’ (non solo quelle dotate di un tag) attraverso i protocolli di naming esistenti. In questo caso, gli oggetti non converserebbero fra loro, ma potrebbero essere individuati da altri agenti, come potenti server centralizzati che operano per conto dei loro proprietari umani.
Ovviamente, i due approcci convergono, dato che un crescente numero di oggetti sta diventando sempre più indirizzabile e intelligente. Ma l’approccio dell’indirizzabilità universale può includere anche cose che non possono avere di per sé comportamenti di comunicazione, come i dati astratti.
La Rete sta quindi diventando sempre più un tessuto connettivo che pervade oggetti e luoghi concreti, ‘circonda’ le persone e crea un mondo in cui tutti potranno essere connessi a ogni sorta di oggetto, e così gli oggetti tra loro, dando vita a un numero enorme di nuovi servizi, anche attraverso strumenti web 2.0 come Twitter, Facebook, Flickr, eccetera.
Ethernet nella building automation
Concludiamo con un cenno a una tecnologia nata in campo IT, successivamente utilizzata in modo diffuso in campo industriale e oggi ‘rientrata’ anche nel settore civile: Ethernet. Perché ciò che ha già avuto successo nel campo dell’Office Automation e dell’automazione industriale, ha ottime probabilità di diffondersi anche nell’automazione degli edifici.
Ethernet, nei suoi vari ‘dialetti’, è oggi usata sempre più spesso come mezzo trasmissivo per la comunicazione tra dispositivi di automazione. I vantaggi sono chiari: da una parte Ethernet facilita lo scambio dati veloci fra i singoli componenti, dall’altra i dati di automazione possono essere raccolti, in maniera relativamente semplice, per la loro gestione in programmi di livello superiore (Mes o Erp, come abbiamo sottolineato in precedenza). La rete Ethernet, infatti, offre il vantaggio sia di potere collegare i dispositivi sul campo, sia di potere accedere facilmente dal campo ai livelli superiori di gestione dell’azienda.
Il collegamento dei dispositivi di automazione al mondo dell’Information Technology tramite un’infrastruttura esistente o di nuova installazione ha anche un altro effetto positivo: la possibilità di accedere ad allarmi o dati di supervisione impianto, indipendente dal punto di accesso, via Internet/Intranet.
Nella building automation è ancora oggi uno standard la stesura di un bus a due fili, una tecnologia utilizzata con successo da decenni. Ma nella building automation si utilizza spesso anche Ethernet, per collegare fra loro in maniera efficace le linee a due fili. Per questo scopo vengono impiegati router che, ad esempio, canalizzano telegrammi LonWorks o Knx/Eib su protocollo IP. Ulteriori router traducono nuovamente le informazioni nel rispettivo bus di campo, rendendo ‘trasparente’ la presenza di Ethernet.
Nei progetti di building automation viene spesso installato almeno uno dei tre protocolli standardizzati BACnet, LonWorks o Knx/Eib e quale dei tre protocolli utilizzare è nella maggior parte dei casi - come abbiamo evidenziato - una questione di scelta commerciale e di ‘filosofia’ di progettazione.
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