Lo standard KNX offre la possibilità di migliorare e ottimizzare il consumo energetico e il comfort soprattutto nel building automation di grandi strutture pubbliche e aziendali dove il controllo capillare di dispositivi e impianti tecnologici rappresenta un’attività onerosa.
Negli ultimi anni è sempre maggiore la richiesta di comfort e versatilità nella gestione di impianti tecnologici, per esempio sistemi di illuminazione, aria condizionata e riscaldamento, in strutture sia pubbliche che aziendali. Riuscire poi anche ad automatizzare tale gestione utilizzando le potenzialità dei dispositivi mobili, e qui il riferimento è a smartphone e tablet, rappresenta una sfida tecnologica attuale e assolutamente interessante per molte realtà sia accademiche che industriali. Nel perseguire tali obiettivi non bisogna però sottovalutare un aspetto che sta guadagnando sempre più importanza soprattutto in vista dell'attuale aumento del costo dell'energia, ovvero l'efficienza energetica degli edifici, che permette di garantire notevoli risparmi sui consumi energetici e quindi sui costi correlati; inoltre, una gestione più consapevole dell'energia si rifletterebbe anche in una maggiore tutela per il futuro dell'ambiente. Questo impiego efficiente dell'energia è ottenibile solo attraverso un controllo e un monitoraggio intelligente di tutti i dispositivi utilizzati all'interno di un edificio, e la building automation realizzata tramite lo standard KNX offre proprio questa possibilità. I costi di investimento totali sono distribuiti quindi su una molteplicità di benefici: semplificazione dell'utilizzo e possibilità di controllo da remoto di impianti anche complessi, aumento della qualità di vita e della sicurezza per beni materiali e persone, risparmio energetico e conseguente riduzione dei costi, aumento dell'indipendenza per le persone disabili. Questa tecnologia offre inoltre una gestione degli impianti estremamente flessibile ai cambiamenti e alle estensioni. Se un edificio è dotato di un impianto KNX, allora i dispositivi possono controllare in maniera distribuita, per esempio, riscaldamento e condizionamento, in modo tale che gli apparati siano in funzione durante l'utilizzo dell'edificio e vengano spenti al di fuori di questo periodo. Ancora, in base alle condizioni climatiche esterne, riscaldamento, condizionamento, illuminazione e tapparelle possono essere gestite o in modo automatico oppure direttamente dall'utente per mezzo di un'interfaccia accessibile anche da remoto, per esempio, come si accennava prima, sul proprio dispositivo mobile. Sempre nell'ottica di una minimizzazione del consumo energetico, anche i carichi elettrici possono essere monitorati tramite un sistema di gestione basato su KNX. E' possibile, infatti, acquisire i dati di consumo e utilizzare poi un sistema di controllo per gestire in modo efficiente l'energia, andando, per esempio, a rilevare automaticamente un consumo energetico eccessivo che può essere dovuto a un guasto, e intervenendo tempestivamente per la riparazione e l’eliminazione del problema. Tenendo presente che gli edifici contribuiscono per un 40% al consumo energetico totale, l'utilizzo di KNX per la creazione di una rete cablata intelligente che collega tutti i dispositivi in un sistema totalmente decentralizzato porterebbe a un risparmio di energia assolutamente considerevole. Da aggiungere inoltre che, una volta che l'impianto KNX sia stato installato e le varie funzioni siano state programmate nei dispositivi, il consumo energetico potrà essere ottimizzato attraverso l'implementazione di specifici strumenti software, senza bisogno di aggiungere ulteriori dispositivi all'impianto.
Cosa è KNX
KNX è l'unico standard aperto approvato come standard europeo (EN50090 - EN13321-1) e mondiale (ISO/IEC 14543) per l'automazione di edifici commerciali e residenziali, che nasce dall'accordo delle tre associazioni europee EIBA (European Installation Bus Association), BCI (Batibus Club International) e EHSA (European Home System Association), che hanno unito competenze e tecnologie, e fondato l'Associazione KONNEX per la promozione e lo sviluppo dello "standard unico" KNX per applicazioni di Home & Building Automation. Lo standard KNX è basato sulla consolidata tecnologia EIB e integra le modalità di configurazione e i mezzi trasmissivi di Batibus e di EHS, ponendosi come punto di riferimento per i sistemi con tecnologia bus. Da evidenziare in particolare che KNX presenta un sistema bus decentralizzato che collega tra loro tutti gli apparecchi e i dispositivi dell'impianto. Ciascun dispositivo che si interfaccia al bus è indipendente e dotato di un proprio microcontrollore, così da creare un sistema a "intelligenza distribuita", in cui ciascun dispositivo gestisce autonomamente la comunicazione e la funzione cui è adibito. Tale sistema è basato su un protocollo per la comunicazione seriale tra le apparecchiature, in grado di evitare collisioni e di garantire flessibilità progettuale, flessibilità nelle ristrutturazioni e insensibilità ai guasti. In particolare, quest'ultima caratteristica garantisce che il guasto di un dispositivo non pregiudichi il funzionamento dell'intero impianto: detto diversamente, solo ciò che si guasta non funziona. Grazie al bus KNX, tutti i dispositivi a esso collegati (che possono essere sensori o attuatori per il controllo di apparecchiature di gestione degli edifici come illuminazione, veneziane/tapparelle, sistemi di sicurezza, riscaldamento, sistemi di climatizzazione, elettrodomestici, e altro ancora), oltre a poter ricevere comandi e a fornire informazioni a uno strumento di monitoraggio e controllo centrale, sono in grado di scambiare informazioni tra loro per la realizzazione di funzioni più complesse. La differenza sostanziale rispetto all’implementazione di un impianto elettrico tradizionale risiede nel fatto che la potenza passa solo attraverso gli attuatori, mentre i dispositivi di input sono collegati soltanto al bus; quest'ultimo è alimentato con una bassissima tensione (SELV, Safety Extra Low Voltage), così da aumentare la sicurezza dell'impianto e dell'utente finale. Infine, la più grande risorsa della tecnologia KNX è l'interworking: con questo termine si evidenzia la garanzia che tutti i dispositivi conformi allo standard KNX possano comprendere e inviare messaggi KNX senza che sia necessario utilizzare apparecchiature aggiuntive. La tecnologia KNX, infatti, è disponibile a tutti i costruttori e non è dunque una soluzione proprietaria, e in questo modo l'utente finale ha a disposizione una soluzione modulare e flessibile, che non vincola a uno specifico costruttore. Questo consente a dispositivi KNX di costruttori diversi di poter essere integrati in un unico impianto, perché tutti conformi allo stesso protocollo di comunicazione e quindi totalmente interoperabili tra loro.
Caratteristiche e benefici dello strumento ETS
L'interworking consente agli installatori KNX l'impiego di un unico strumento per la progettazione e la messa in servizio degli impianti, ovvero il software ETS (Engineering Tool Software), commercializzato dall'associazione Konnex International. Ovunque nel mondo, i progettisti e gli installatori possono utilizzare lo stesso strumento per ogni progetto KNX e per tutti i dispositivi certificati KNX, con la garanzia di ottenere uno scambio affidabile dei dati. Tutti i prodotti certificati KNX sono accompagnati da database per il software ETS ed è davvero agevole realizzare un progetto di building automation e automaticamente fornire al cliente la documentazione correlata. L’Engineering Tool Software dispone inoltre di strumenti di monitoraggio e analisi del sistema, in grado di analizzare un impianto e seguire in tempo reale qualsiasi prodotto di qualsiasi costruttore. Tramite l’utilizzo di questo software è possibile definire agevolmente sia la struttura dell’edificio in cui viene installato l’impianto domotico, sia la posizione di ciascun dispositivo in maniera conforme alla realtà. Gli strumenti forniti da ETS per la progettazione di reti KNX permettono due principali operazioni: binding e parametrizzazione. Il binding consente di collegare logicamente tra di loro diversi dispositivi appartenenti all’impianto, in modo tale che uno stesso messaggio KNX possa essere ricevuto da tutti i dispositivi logicamente collegati. Questo consente la gestione di funzionalità più avanzate quali la creazione di particolari scenari (giorno, notte, relax). La parametrizzazione, invece, consiste nell'impostazione dei parametri sui dispositivi, in base alla documentazione fornita dal costruttore dello stesso dispositivo.
Integrazione standard KNX con il mondo Android
Una recente attività dell'IDA Lab, Identification Automation Laboratory, laboratorio del Dipartimento di Ingegneria dell'Innovazione dell'Università del Salento, si è rivolta all'integrazione dello standard KNX con la tecnologia mobile e, in particolare, con il sistema operativo Android. Questa attività è svolta in collaborazione con l’azienda Gewiss, tra i leader nel campo dell’Home & Building Automation. Grazie al supporto ricevuto da Gewiss, è stato possibile configurare un pilota di un impianto KNX nell’IDA Lab, utile a riprodurre e sperimentare l'architettura di rete mostrata nella figura impianto. L'obiettivo è quello di permettere la piena gestione di tutti i dispositivi che fanno parte dell’impianto, sia tramite accesso locale che da remoto, e di monitorare, anche attraverso il proprio dispositivo mobile, lo stato del proprio impianto in qualunque momento e da qualunque luogo. Grazie ad appositi feedback inviati in tempo reale dall’impianto KNX al dispositivo Android, l’utente è costantemente informato sullo stato del proprio home automation system e può gestire in modo efficiente ogni componente domotico, al fine di ottenere il massimo comfort col minimo consumo energetico. Quindi, tramite questo sistema, oltre ad agire direttamente sull’impianto, è possibile rilevare eventuali modifiche manuali apportate ai dispositivi, per esempio accensione o spegnimento di una luce, sollevamento o abbassamento di una tapparella, interazioni con i dispositivi di climatizzazione, apertura di una finestra, o essere informati tempestivamente su eventuali anomalie nel funzionamento dell’impianto. L’applicazione è nativamente priva di qualunque configurazione e, solo dopo la messa in esercizio dell'impianto KNX tramite il software ETS, viene totalmente customizzata in funzione dell’impianto realizzato. Infatti, una volta terminata l’installazione e la configurazione dell’impianto, un apposito tool Java, chiamato “App Configurator” (anch’esso realizzato dallo staff dell’IDA Lab), fornisce il file di configurazione per la customizzazione dell'App. L'App Configurator supporta l'installatore nel settaggio dei parametri di accesso all’impianto, nella costruzione delle schermate dell'App Android e nel posizionamento delle componenti di controllo/monitoraggio all’interno delle schermate. Come dalla figura impianto è possibile vedere, l’impianto KNX è provvisto di un particolare dispositivo, il KNX/IP router, che ha il compito di gestire lo scambio di telegrammi KNX con lo smartphone Android attraverso la rete IP (Internet). Il router di confine, opportunamente configurato, consente invece di gestire alcuni requisiti essenziali, primo fra tutti l'accesso sicuro all'impianto. In definitiva, grazie a questo sistema, è possibile attuare una gestione intelligente dei dispositivi che permette di risparmiare energia e di abbassare i costi a essa correlati.
