Home&Building Automation: come funziona lo Standard KNX?

Abbiamo introdotto lo Standard KNX partendo dalla sua nascita e sviluppo fin dagli anni 90, aggiungendo poi quelle che sono le caratteristiche principali che lo caratterizzano e che sono proprie dei sistemi di comunicazione standardizzati. Ora cominciamo ad analizzarne le caratteristiche tecniche e tecnologiche, in particolar modo prendendo come mezzo trasmissivo di riferimento il cavo BUS ritorto, illustrandone la conformazione strutturale, le logiche di comunicazione, la tipologia dei dispositivi in campo e le principali caratteristiche tecniche e limiti applicativi.

Il sistema

I sistemi di automazione degli edifici fanno parte della “famiglia” dei sistemi cosiddetti a “Logica Programmata”, quelli basati su standard KNX in particolare, fanno parte di quelli a “Logica Programmata Distribuita”, ovvero l’intelligenza del sistema, ovvero la logica di connessione e funzionamento tra i vari ingressi ed uscite, è distribuita sui vari dispositivi installati, senza alcuna priorità gerarchica (ad esempio logica master-slave), permettendo non solo di avere una migliore distribuzione, anche fisica e quindi installativa, del sistema, ma anche avere garanzia di funzionamento dell’impianto laddove uno dei dispositivi si guastasse. Per questo motivo, un sistema basato su KNX può essere definito come un insieme dei seguenti punti:

• Dispositivi di ingresso;
• Dispositivi di uscita;
• Dispositivi di sistema;
• Mezzo trasmissivo;
• Sistema BMS.

Entriamo più nel dettaglio, facendo una breve descrizione delle varie categorie elencate.

Figura 1: Gli attuatori hanno il compito di agire in conseguenza dell’elaborazione degli ingressi e dei comandi (attuatore 4 uscite Vimar)

Dispositivi di ingresso

Fanno parta di questa categoria tutti i dispositivi KNX che hanno il compito di “portare” informazioni verso il sistema, ovvero acquisire comandi, valori e dati e renderli dispositivi al sistema per l’attuazione di logiche, visualizzazioni, eccetera. Per semplicità quindi possiamo parlare di dispositivi di comando come pulsantiere, dispositivi per la rilevazione dei valori ambientali (temperatura, umidità, CO2, illuminazione, vento, pioggia, …), dispositivi che convertono comportamenti elettro-meccanici, in informazioni “digitali” utili al sistema (l’esempio classico è il “ragnetto” KNX che permette di trasformare una qualsiasi serie civile, in un punto di comando KNX). Osservazione generica, che vale per i dispositivi di ingresso, ma in realtà anche per quelli di uscita, l’evoluzione dei dispositivi avuta negli anni, le scelte tecniche e tecnologiche dei vari brand associati, ha portato e sta portando sempre più ad avere dispositivi che hanno un’intelligenza molto fine e potente e che spesso porta anche ad avere dispositivi che, pur mantenendo la filosofia della logica distribuita, fa sì che lo stesso dispositivo possa avere un certo numero di ingressi, ma anche di uscite, e/o viceversa. La cosa importante, che in realtà dovrebbe valere per qualsiasi tecnologia e sistema, e che il tecnico deve sempre avere bene in mente, è quella di conoscere bene le funzionalità e le caratteristiche del dispositivo che si sceglie di utilizzare, cominciando magari dalla lettura del proprio manuale tecnico.

Dispositivi di uscita

Al pari di quelli di ingresso, i dispositivi di uscita o attuatori, sono i dispositivi che hanno il compito appunto di attuare ciò che deriva dall’elaborazione degli ingressi e dei comandi che, elaborati attraverso la logica di programmazione, portano al verificarsi di determinate azioni. Ovviamente quindi stiamo parlando dei dispositivi che sono “fisicamente” connessi agli utilizzatori dell’impianto, le luci, i motori, le elettrovalvole, e tutti i tipi di azionamento in generale, che quindi, come per i dispositivi di ingresso, sarà importante scegliere in modo da avere caratteristiche elettriche e meccaniche idonee e compatibili con l’utilizzatore a cui vanno connessi.

Figura 2: Tra i dispositivi di sistema, gli alimentatori hanno lo scopo di garantire il corretto funzionamento del sistema (Alimentatore elettronico autoprotetto Gewiss)

Dispositivi di sistema

Appartengono a questa categoria una vasta gamma di dispositivi, quali:

• Alimentatori Bus (160 mA, 320 mA, 640 mA, …);
• Accoppiatori di linea ed area;
• Interfacce di comunicazione (KNX/IP, KNX/USB, eccetera);
• Gateway di comunicazione (KNX/DALI, KNX/BacNET, KNX/Modbus, eccetera).

In generale fanno parte di questa categoria tutti i dispositivi non riconducibili alle prime due e che in generale hanno lo scopo di garantire il corretto funzionamento del sistema (vedi gli alimentatori), la comunicazione tra il tecnico ed il sistema (vedi le interfacce di comunicazione) e l’integrazione tra il sistema KNX ed eventuali altri tipi di sistemi presenti nell’edificio (vedi interfaccia KNX/DALI per esempio).

Mezzo trasmissivo

KNX prevede di poter utilizzare diversi tipi di mezzi trasmissivi, ovvero i mezzi attraverso il quale il protocollo di comunicazione viene trasmesso e permette la comunicazione tra i vari dispositivi. I mezzi su cui KNX può essere trasmesso sono:

• Doppino Twistato
• Radio Frequenza
• Power Line PL-110
• TCP-IP

Il mezzo più diffuso, specie per tutti i collegamenti di “basso livello”, ovvero quelli di campo, ambiente per ambiente, è il doppino Twistato, che è composta da una coppia polarizzata identificata con i colori rosso e nero e che comunque esiste anche nella versione a 2 coppie (la seconda è bianco-giallo) e con diverse tipologie di guaine a seconda del tipo di posa, ma che nella sua versione più classica, quella di colore verde, possiede un isolamento fino a 4.000 V.

Figura 3: Per i collegamenti di “basso livello”, il mezzo più diffuso è il doppino Twistato

L’evoluzione

Detto della “composizione” di un sistema KNX e detto dei suoi mezzi trasmissivi, prima di analizzarne le “regole del gioco” è bene sottolineare che, vista anche l’evoluzione del mondo tecnologico, lo Standard KNX ha avuto negli anni scorsi un’evoluzione che l’ha reso, agli occhi di chi non lo credesse, al “passo con i tempi”, ovvero al passo con quello che ormai chiamiamo comunemente il mondo IoT o Internet delle Cose. Anche KNX è un sistema che mette in connessione “cose” e che, dall’introduzione delle KNX Web Services, apre l’applicazione e l’integrazione dello standard al mondo Web ed alle rispettive applicazioni, divenendo lui stesso parte ed attore del mondo IoT.