Di che si tratta. Concetto innovativo che è sinonimo di Controllore Logico
Programmabile (PLC) per l'Home Automation (Domotica). Caratterizzato da un
sistema ...
Ing. Alessandro Pisano Università degli Studi di Cagliari Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica
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Cagliari, 25 settembre 2009
Impianti domotici Una opportuna interconnessione tra sensori, attuatori e dispositivi di comando più o meno intelligenti. Verrà fatta una panoramica di natura generale su: - Architetture - Mezzi trasmissivi - Protocolli e standard - Dispositivi di controllo
Impianto tradizionale
Impianto tradizionale Ogni funzione prevede un cablaggio separato e dedicato Assenza di “integrazione”
Impianto a bus
Impianto a bus
Espandibilità Intelligenza distribuita Integrazione totale
Il collegamento fisico tra i vari dispositivi è un doppino intrecciato, al quale sono connessi in parallelo tutti i dispositivi per tramite di un dispositivo elettronico di interfaccia (Bus Coupling Unit, BCU) Il BUS provvede contemporaneamente all’alimentazione elettrica dei dispositivi ed allo scambio di informazioni tra di essi.
Impianti a bus Alle apparecchiature tradizionali si sostituiscono dei dispositivi “intelligenti” in grado sia di elaborare informazioni che di comunicare tra loro.
E’ l’architettura che esalta al meglio le potenzialità dei sistemi domotici di ultima generazione Presenta diversi ulteriori vantaggi
Cablaggio semplificato - 1
Cablaggio semplificato - 2 I dispositivi attuatori, cioè preposti al controllo dei carichi, debbono essere connessi sia alla linea BUS che alla rete elettrica domestica per l’alimentazione dei carichi stessi.
Gli apparecchi di comando e i sensori sono invece connessi solamente alla linea BUS.
Interessanti alternative Power line communication (trasmissione a onde convogliate) Comunicazione Wireless
Panoramica sui mezzi trasmissivi I mezzi trasmissivi possibili per la rete di interconnessione di un sistema domotico sono
Onde convogliate Utilizza i conduttori di distribuzione dell’energia elettrica. Il principale vantaggio nell'utilizzare le onde convogliate risiede nel fatto che viene sfruttata la linea elettrica esistente, evitando il problema dell'installazione di nuovi cavi. Tutti i componenti del sistema sono collegati in parallelo e comunicano tra loro attraverso la rete elettrica grazie ad opportuni dispositivi. I comandi vengono inviati sulla rete elettrica e raccolti dalle utenze interessate attraverso un codice di indirizzamento univoco. Possibili problemi con questa tecnologia sono quelli relativi alle interferenze, che possono essere superati con l'adozione del cosiddetto filtro di linea. Va rimarcata la bassa velocità di trasmissione (pochi kbps) della tecnologia standard Sperimentazioni avanzate per la trasmissione a banda larga.
Panoramica sui mezzi trasmissivi Infrarossi La trasmissione ad infrarossi è un metodo di comunicazione senza fili, limitato principalmente dal vincolo di direzionalità del segnale e dalla forte attenuazione in presenza di ostacoli tra il trasmettitore e il ricevitore.
Panoramica sui mezzi trasmissivi Radiofrequenza. Metodo di trasmissione wireless basato su onde radio. La trasmissione radio in bassa potenza è un mezzo per realizzare semplici controlli, riducendo al minimo l'installazione. Copre facilmente l'intera casa senza bisogno di ripetitori, ma occorre evitare di trasmettere segnali non desiderati agli impianti delle abitazioni vicine. Un problema nella standardizzazione di questo mezzo, sta nel fatto che le bande consentite di frequenza variano da paese a paese.
Linea BUS E' un sistema di trasmissione di segnali che utilizza una coppia di conduttori dedicati. Il doppino twistato è il mezzo di trasmissione più semplice, ma richiede un maggiore lavoro di installazione per la posa dei cavi, rispetto ai mezzi fino ad ora considerati. Questa tecnica di trasmissione è molto flessibile e si presta bene soprattutto in abitazioni molto grandi con un gran numero di componenti.
Panoramica sui mezzi trasmissivi Fibra Ottica Mezzo di trasmissione che permette il trasferimento dati tramite segnali luminosi che viaggiano all’interno di una guida d’onda. Altissime velocità di trasferimento dati e immunità dai disturbi elettromagnetici i punti forti. Costo elevato dei supporto trasmissivi e delle interfacce
Scelta del mezzo trasmissivo Funzionalità richieste all’impianto domotico Budget Caratteristica dell’intervento Se l’impianto domotico viene progettato (e, soprattutto, realizzato ) congiuntamente all’impianto elettrico, la soluzione a linea BUS diventa maggiormente competitiva.
Standard tecnologici e protocolli X-10 Economico. Comunicazione a onde convogliate. Semplice da installare e da configurare. Supporta funzionalità piuttosto limitate. Konnex Supporta vari mezzi trasmissivi. Apparati a compatibilità certificata. Ambiente di sviluppo software standardizzato.
Ethernet Aperto al mondo PC e ad Internet. Potenzialmente indicato per ambienti office. Supporto wireless (WLAN). Possibilità di comunicazione a onde convogliate. Protocolli wireless Installazione minima.
X-10 X10 è uno standard storico dell'automazione domestica, presente ormai da vent'anni in America, che ha avuto una larga diffusione anche in Europa, e sembra mantenere, grazie anche alle innumerevoli periferiche disponibili sul mercato, una salda posizione nel panorama delle soluzioni HA. È costituito da una o più unità centrali che dialogano in maniera bidirezionale con dispositivi periferici, utilizzando un sistema ad onde convogliate su rete elettrica per la trasmissione dei dati a
bassa velocit à (50 bps in Europa). Il sistema centrale può anche essere interfacciato al PC, oppure pilotato a distanza grazie a telecomandi a infrarossi.
X10 I dispositivi sono spesso direttamente inseribili nelle prese della rete domestica.
Ogni dispositivo è identificato da un indirizzo composto da una lettera (A-P) chiamata “House Code, e un numero (1 16) chiamato “Unit Code. Con questo protocollo si possono, dunque, collegare fino a 16x16 = 256 dispositivi o gruppi di dispositivi.
Lo Standard Aperto X-10 LA TECNOLOGIA
I DISPOSITIVI
È molto economica. I dispositivi si dividono in moduli e controller. È facilmente installabile. I moduli rispondono sia Sfrutta la tecnica P.L.C. . ai comandi inviati al La portata dei segnali è di 80 loro indirizzo specifico mt. sulla rete elettrica. che a comandi inviati Per l’invio di un comando sono in broadcast . necessari 47 cicli di corrente (0,94 sec).
Konnex (KNX) KNX, è nato in seguito alla convergenza tra tre consorzi a
livello europeo EIBA - European Installation Bus Association BCI - Batibus Club International EHSA - European Home System Association con lo scopo di realizzare e promuovere uno "standard unico" per applicazioni di Home e Building Automation. E' basato sulle migliori caratteristiche delle tre tecnologie di partenza e, di fatto, sul cuore dello standard EIB, con cui mantiene una totale compatibilità; integra inoltre le modalità di configurazione e i mezzi trasmissivi di BatiBus ed EHS.
KNX (cont.) Il sistema KNX è un sistema decentralizzato ad intelligenza distribuita, dove l’intelligenza risiede in ogni singolo dispositivo. I media supportati dallo standard KNX sono : Twisted pair Powerline communication Radio frequenza Infrarossi
Konnex KNX Sono disponibili 3 modalità di configurazione : S-mode (System mode ), ad uso di installatori esperti, modalità che mette a disposizione l’utilizzo di tutte le funzioni disponibili, dunque permette di rispondere ad ogni tipo di esigenza. E-mode (Easy mode): ad uso di installatori con competenze medie, mette a disposizione meno funzioni rispetto al System mode. I componenti sono già parzialmente preconfigurati con parametri standard. A-mode (Automatic mode): I tipi di componenti Amode dispongono di meccanismi di configurazione automatica. Sicuramente un limite di questa tecnologia è la lentezza (meno di 10 kbps), dunque KNX è poco adattabile alla gestione video. La moderata velocita di trasmissione è comunque a vantaggio dell ’affidabilità del sistema.
Ethernet In particolari contesti (office automation) può essere preesistente all’intervento una ampia rete LAN. In questi casi la soluzione Ethernet TCP-IP può risultare interessante. Una ampia gamma di “smart sensors”, “smart actuators”, e “smart controllers” supporta nativamente la comunicazione TCP-IP. Sono stati di recente proposti sul mercato: Switch Ethernet con trasmissione ad onde convogliate
Protocolli per la comunicazione wireless in radio frequenza WiFi
Bluetooth
ZigBee
WiFi WiFi - Standard “802.11 b” Interoperabile con le reti Ethernet Velocita massima 11 Mbps Distanze fino a 100 metri Una sua evoluzione, lo standard 802.11a garantisce una maggiore copertura (fino a 300 metri) ed una velocita fino a 5 volte superiore. Lo standard 802.11° è stato autorizzato in Europa solo dal 2003.
Bluetooth Trasmissioni a distanza limitata (< 10 metri) Basso assorbimento di potenza Robusto alle interferenze ambientali Comunicazione con cifratura a chiave privata.
Zigbee Standard 802.11.4 Il protocollo 802.11.4 – ZigBee è stato definito allo scopo di supportare reti di comunicazione a costi e consumi energetici molto minori rispetto ad altri più noti protocolli wireless. Caratterizzato da una velocità di trasferimento dei dati relativamente bassa (28 Kbyte), ha però interessanti caratteristiche di sicurezza e immunita ai disturbi Si tratta inoltre di uno standard aperto.
Zigbee Rispetto a bluetooth consuma meno, è più lento, ma va molto più lontano. Grazie alla funzionalità di multi-drop ciascun dispositivo (visto come un nodo della rete) è in grado di comunicare con i dispoisitivi vicini fungendo da “ripetitore di segnale”, fino a coprire distanze nominalmente superiori al km
Tabella riassuntiva
Controllori centralizzati Soluzioni a microcontrollore (ARM, Motorola,..)
Domotica con “Industrial PLC”
Home PLC
Centraline di controllo Controllore con display Touch screen. Processore ARM.
Centraline di controllo
Sistemi a base PLC
Industrial (micro) PLC
Home PLC Di che si tratta Concetto innovativo che è sinonimo di Controllore Logico Programmabile (PLC) per l'Home Automation (Domotica). Caratterizzato da un sistema di apparati sviluppati seguendo gli standard industriali, ma con l'implementazione di caratteristiche e fuznzilnalità proprie dell'automazione domestica. Le caratteristiche che contraddistinguono il PLC domotico da quello industriale vanno dal range esteso della tensione di alimentazione , ad una estetica gradevole, e la disponibilità di librerie specifiche per l'automazione di funzioni domotiche. Un HomePLC può avere più protocolli ma deve possedere almeno un protocollo aperto, libero e standard, il Modbus RTU nativo in questi apparati permette di utilizzare questi apparati in modo universale. Un HomePLC è predisposto per dialogare pressoché con tutti gli standard "de facto" più utilizzati: a fibra ottica, RS485, Ethernet (TCP/IP), Wi-Fi, Power Line
Home PLC
Uno sguardo al futuro Applicazioni della visione artificiale
