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1. Descrizione materiale Quantit Prezzo un Totale Interruttore unipolare 250V 16 Vimar Eikon art 20001 N 4 5 92 23 68 Deviatore unipolare 250V 16 Vimar Eikon art 20005 N 6 7 16 42 96 Pulsante unipolare 250V 10A Vimar Eikon art 20008 N 1 5 78 5 78 Presa 2P T 10A 250V Vimar Eikon art 20201 N 5 4 32 21 60 Presa 2P T 16A 250V bipasso Vimar Eikon art 20203 N 7 5 95 41 65 Pulsante a tirante 250V 10A Vimar Eikon art 20052 N 1 10 83 10 83 Ronzatore 230V Vimar Eikon art 20378 N 1 19 07 19 07 Suoneria 230V Vimar Eikon art 20373 N 1 24 68 24 68 Copriforo Vimar Eikon art 20041 N 22 0 79 17 38 Scatola rettangolare da incasso unificata 3 moduli GW 650 C Vimar V71303 N 16 0 27 4 32 Supporto 3 moduli Vimar Eikon art 20613 N 16 1 09 17 44 Placche 3 moduli Vimar Eikon art 20653 40 Reflex tecnopolimero N 16 3 20 51 20 Scatola di derivazione da incasso con coperchio bianco e viti di fissaggio Dimensioni 287x154x70 mm Vimar V70007 i Me ES dd 9 24 FK15N tubo nero FL 3321 d 20 m__109 2 0 30 32 76 N07V K 1 5mmq rossa cordina antifiamma m 72 3 0 22 15 91 N07V K 1 5mmq nera cordina antifiamma m 23 7 0 22 5 21 N07V K 1 5mmq marrone cordina antifiamma m 23 7 0 22 5 21 N07V K 1
2. Presa 2P T 16A 250V bipasso Vimar Eikon art 20203 N 7 5 95 41 65 Due pulsanti basculanti ed attuatore per 1 tapparella con uscita a rel 4 A 120 230 V da completare con tasto 2 moduli Vimar Eikon art 20527 12899 Pulsante a tirante 250V 10A Vimar Eikon art 20052 N 1 10 83 10 83 Ronzatore 230V Vimar Eikon art 20378 N 1 31907 19 07 Suoneria 230V Vimar Eikon art 20373 N 1 2468 24 68 Torcia elettronica portatile Vimar Eikon art 20395 N 2 6805 136 10 Copriforo Vimar Eikon art 20041 N 52 0 79 41 08 Passacavo con serracavo Vimar Eikon art 20044 N 2 1 59 3 18 Tasto neutro per pulsanti basculanti Vimar Eikon art 20531 S N 39 2 38 92 82 Tasto simbolo frecce direzionali per pulsanti basculanti Vimar Eikon art 20531 21 N 2 2 338 4 76 Scatola rettangolare da incasso unificata 3 moduli GW 650 C Vimar V71303 N 38 0 27 10 26 Supporto 3 moduli Vimar Eikon art 20613 N 38 1 09 41 42 Placche 3 moduli Vimar Eikon art 20653 40 Reflex tecnopolimero N 38 3 20 121 60 Scatola rettangolare da incasso unificata 4 moduli GW 650 C Vimar V71304 N 5 1 08 5 40 Supporto 4 moduli Vimar Eikon art 20614 N 5 1 38 6 90 Placche 4 moduli Vimar Eikon art 20654 40 Reflex tecnopolimero N 5 480 24 00 Scatola di derivazione
3. N g E E ES E APP APP APP APP Apparecchio bus ALM Alimentatore AL Accoppiatore di linea Fig 1 3 Ampliamento del sistema con altre linee Infine l ampliamento con altri campi permette configurando in modo opportuno l accoppiatore di linea di collegare pi campi Alla linea dorsale di collegamento possono essere collegati un massimo di 15 campi figura 1 4 Il numero di apparecchi collegabili in questo caso cresce a 960 15 14400 29 CAPITOLO 1 7 Campo 15 AC ALM JE Linea principale 2 AL ALM 2 1 Linea principale APP AL AL AL APP APP H I N jl I 3 APP APP ALM APP ALM APP ALM APP Linea 1 Linea 2 Linea 15 Fig 1 4 Ampliamento del sistema con altri campi AC accoppiatore di campo Grazie alla capacit di elaborazione decentralizzata ed alla modularit della configurazione se una linea bus cade il resto del sistema prosegue a funzionare senza problemi La modularit del sis
4. 91 4 1 4 Piattaforma a bus di tipo cablato 102 4 1 5 Piattaforma wireless 108 4 2 Progetto dell impianto elettrico di una unit abitativa di piccola grandezza PEE 116 4 2 1 Piattaforma tradizionale 117 4 2 2 Piattaforma a bus di tipo cablato 122 4 2 3 Piattaforma wireless 125 CAPITOLO 5 CONFRONTO FRA LE PIATTAFORME STUDIATE 2 c D 131 5 1 Impianti tradizionali e a bus a confronto 133 5 2 Impianti cablati e wireless a confronto 138 CONCLUSIONI 147 BIBLIOGRAFIA 151 PREMESSA L interesse maturato durante la formazione universitaria e la passione per il settore degli impianti elettrici e dell automazione mi ha spinto ad approfondire le mie conoscenze sulle soluzioni impiantistiche in ambito civile Mi sono dunque imbattuto nell ampio settore della Domotica oggi di grande attualit sia per il rapido sviluppo della tecnologia che per i provvedimenti in tema di efficienza energetica degli edifici Poter progettare impianti che permettono nuovi modi di abitare e mettere a
5. 103 CAPITOLO 4 TAVOLA 4 10 D 16 F N T120 7 F N T530 8 DP 530 4 DP 430 IH 110 13 F N T430 20 DP 520 17 F N T440 18 DP 440 p 10 F N T 160 13 F NT630 6 F N T700 b Montante FN T2100 12 DP 600 14 F N T540 15 DP 140 H 190 APP 5 Via Dante 21 Albiate MB Sottotetto Impianto elettrico Scala 1 50 104 CAPITOLO 4 Come si pu notare la differenza sostanziale rispetto la soluzione precedente risiede nella realizzazione del circuito Bus che collega tra loro tutti i dispositivi di comando mentre il circuito di potenza ora separato dalla linea di comando va ad alimentare attraverso il rispettivo attuatore il punto luce Per il calcolo del Preventivo di Spesa si deciso di utilizzare il Sistema domotico by Me della Vimar la cui componentistica utilizzata consultabile sul Catalogo Generale 2009 e i prezzi sono invece riportati nel Listino Generale 90 Vimar Con le stesse modalit e ipotesi utilizzate per la piattaforma tradizionale anche per la domotica cablata stato eseguito il medesimo studio sulle imprese artigiane del settore in base al quale si ottenuta la seguente tabella 4 5 Tab 4 5 Impianto Domotico cabla
6. ci significa che il cablaggio non pi cos vincolante per le funzioni da realizzare Una volta effettuata la predisposizione mediante la linea bus se si rende necessario un punto di comando aggiuntivo sufficiente collegare l apparecchio alla rete bus sistemi tradizionali degli edifici in cui si manifestata l esigenza di introdurre livelli crescenti di automazione degli impianti tecnici sulla scorta di quanto avvenuto in precedenza nei settori industriale e di processo sono solitamente basati su un unit centrale dotata di connessioni elettriche dirette e spesso monodirezionali con tutti i sensori e attuatori presenti Dunque si tende ad avere una centralizzazione dell intelligenza necessaria con un unit centrale molto complessa e con sensori e attuatori privi di capacit elaborativa Specialmente su fasce basse di prezzo un guasto della centralina significa l interruzione del sistema e un guasto dei sensori e 134 CAPITOLO 5 attuatori viene difficilmente diagnosticato a riduzione dell affidabilit del sistema Il passaggio da un sistema tradizionale ad uno a bus consiste nel portare al di fuori della centralina le sue capacit di connessione ed elaborazione La rete a bus presenta un intelligenza distribuita proprio perch formata da dispositivi a microprocessore dunque a differenza dell installazione tradizionale la presenza di centraline di controllo diventa facoltativa Infatti un sistema de
7. Quando la trasmissione del telegramma terminata gli apparecchi destinatari hanno a disposizione il tempo t per verificare la corretta ricezione Altermine della verifica i destinatari inviano la conferma da 20 a 40 ms Fig 1 5 Routine di invio del telegramma La procedura molto veloce se si tiene conto che t corrisponde a 5 2 ms e t a 1 35 ms Nel caso il telegramma non fosse stato ricevuto correttamente la trasmissione pu essere ripetuta fino a tre volte 31 CAPITOLO 1 Ogni telegramma figura 1 6 costituito da vere e proprie informazioni di utilit che traducono l evento che si verificato e da una sequenza di informazioni di servizio specifiche della trasmissione sul bus Controllo Contatore Lunghezza Checksum 8 bit 3 bit 4 bit 8 bit Fig 1 6 Struttura del telegramma KNX TP Per l invio l informazione viene suddivisa in pacchetti da 8 bit e completata da alcune informazioni di verifica per rilevare eventuali errori di trasmissione Con una velocit di 9600 kbit s il tempo di trasmissione di un telegramma pu variare da 20 ms a 40 ms Il campo informazione permette la trasmissione delle informazioni di utilit come comandi controlli valori messaggi ecc Il campo di controllo e quello di checksum sono necessari per assicurare un traffico ordinato dei telegrammi e vengono analizzati dall apparecchio ricevente Il campo indirizz
8. deve ascoltare il mezzo e capire se gi in corso una trasmissione 54 CAPITOLO 2 Se c gi un nodo che sta trasmettendo allora sar effettuata la ritrasmissione successivamente con un ritardo casuale La CSMA CA viene adottata nelle reti ZigBee semplici di tipo peer to peer come per esempio sistemi di sicurezza in cui il dispositivo in modalit sleep per il 99 99 del tempo La seconda tecnica consiste nell invio dalla parte del coordinatore di un superframe modalit beacon ad intervalli regolari di tempo multipli di 15 38ms fino a 2525 Tra un beacon e l altro ci sono 16 time slot slot temporali di pari ampiezza in ciascuno dei quali garantita l assenza di collisione come illustrato in figura 2 8 Periodo con contesa dello slot CAP E NIE SU R SI Sl IT THAT Inativo Time slot garantiti GTS Beacon Beacon Fig 2 8 Il superframe accesso al mezzo in modalit beacon Tutti i dispositivi si contendono i primi 9 time slot mentre gli ultimi slot temporali sono invece assegnati dal coordinatore ad un nodo specifico e sono detti GTS Guaranteed Time Slot Nel caso un nodo debba trasmettere una grande quantit di informazione il coordinatore pu assegnarli anche pi di un GTS Tale struttura garantisce una banda dedicata ed una bassa latenza rispetto alla prima tecnica 55 CAPITOLO 2 Inoltre consente di ridurre notevolmente il consumo delle batterie poich
9. l adattabilit e il risparmio economico dei sistemi wireless senza fili rispetto alle soluzioni cablate vantaggi dovuti soprattutto al mezzo di trasmissione all installazione e alle opere strutturali Si vuole quindi mostrare le peculiarit di maggior pregio difetto di ogni soluzione proposta al fine di sottolineare la diversit tra una soluzione pre domotica basata su una piattaforma analogica classica e una soluzione domotica a bus INTRODUZIONE La tesi infine si conclude con le mie personali riflessioni sull intero lavoro svolto al fine di mostrare luci e ombre del futuro degli impianti elettrici CAPITOLO 1 CAPITOLO 1 1 IMPIANTI ELETTRICI CIVILI 1 1 GENERALITA Gli impianti elettrici negli edifici civili comprendono tutte quelle parti di impianto che partendo da punti di allacciamento alla rete di distribuzione arrivano fino agli apparecchi utilizzatori degli edifici aventi destinazione residenziale abitazioni private o collettive uffici negozi studi professionali ecc Nel corso degli anni l impianto di casa uscito dal suo ambito originario di rete di comando e di distribuzione elettrica per integrare funzioni di informazione regolazione dell impianto termico sicurezza segnalazione e distribuzione di segnali audio telefonici o dati solo per citare le pi diffuse Tanti miglioramenti sono stati anche introdotti per vivere in modo pi confortevole o per svolgere meglio il proprio la
10. E 7 F N T170 H 120 L s FA APP 2 Via Castello 8 Albiate MB Monolocale Impianto elettrico Scala 1 50 126 CAPITOLO 4 La riduzione della spesa edile in questo caso del 25 sulla tradizionale si ottiene il Preventivo di Spesa riportato nella seguente tabella 4 13 Tab 4 13 Preventivo di Spesa Descrizione materiale Quantit Prezzo un Totale Kit base Smart Mesh Building N 1 25 00 25 00 Kit luce Smart Mesh Building N 2 76 00 152 00 Presa 2P T 10A 250V Vimar Eikon art 20201 N 5 4 32 21 60 Presa 2P T 16A 250V bipasso Vimar Eikon art 20203 N 7 5 95 41 65 Pulsante a tirante 250V 10A Vimar Eikon art 20052 N 1 10 83 10 83 Ronzatore 230V Vimar Eikon art 20378 N 1 19 07 19 07 Suoneria 230V Vimar Eikon art 20373 N 1 24 68 24 68 Copriforo Vimar Eikon art 20041 N 17 0 79 13 43 Scatola rettangolare da incasso unificata 3 moduli GW 650 C Vimar 1 gt i N 4 E 92 J 29 Supporto 3 moduli Vimar Eikon art 20613 N 11 1 09 11 99 Placche 3 moduli Vimar Eikon art 20653 40 Reflex tecnopolimero N 17 3 20 54 40 Scatola di derivazione da incasso con coperchio bianco e viti di fissaggio Dimensioni 287x154x70 mm Vimar V
11. ciascun dispositivo sa esattamente quando trasmettere ed sicuro che non ci saranno collisioni 2 4 5 LIVELLO RETE NETWORK Il layer network NWK ha il compito di associare e dissociare i dispositivi al coordinatore implementare la sicurezza ed instradare i frame alla loro destinazione Inoltre l NWK responsabile della creazione di una nuova rete e dell assegnazione di un indirizzo ai nuovi dispositivi associati Dal punto di vista del livello rete i dispositivi ZigBee possono suddividersi in Coordinatore ZC unico per ogni rete ha il compito di formare la rete ed agisce come router una volta che la rete si costituita Router ZR si tratta di un componente opzionale e si pu associare con lo ZC oppure con altri ZR ha il compito di instradare i messaggi EndDevice ZED si tratta di un componente opzionale e non partecipa al routing dei messaggi Il procedimento con cui vengono stradati i pacchetti attraverso i vari router basato su una tabella di routing contenuta all interno dei ZR Quando arriva un pacchetto viene estratto l indirizzo di destinazione e se presente all interno della tabella di routing allora si effettua il prelievo dell indirizzo successivo 56 CAPITOLO 2 Come si nota in figura 2 9 in alto la formazione di una nuova rete da parte di un coordinatore originata con una richiesta dal layer applicazione ed poi gestita a livello network e MAC In basso in figura
12. kit non rappresentano i nodi del sistema ma realizzano la completa funzionalit che il cliente finale desidera avere nella propria abitazione o ufficio All interno dei kit si trova quindi tutto il necessario per realizzare subito e senza la necessit di installatori semplici o qualificati la funzionalit desiderata indicata brevemente nel nome kit 66 CAPITOLO 3 c E c N o c 2 N gt lt e un modulo coordinatore e 2 moduli pulsante a 2canali e 2 moduli rel a 2canali pile di alimentazione Kit gestione consumi z 2 moduli pulsante a 2canali e 2 moduli luce a 2canali pile di alimentazione e 2 moduli di acquisizione monofase a un canale e un modulo zigbee ethernet e software Kit risparmio energetico luce 7 e 2 moduli sensore temperatura umidit e un display a colori e 2 moduli rel a 2canali pile di alimentazione e 2 moduli sensore luminosit e 2 moduli luce a 2canali e 2 moduli pulsante a 2canali pile di alimentazione Fig 3 4 Kit del sistema Smart Mesh Building e il relativo contenuto Per esempio il kit luce il cui contenuto indicato in figura 3 4 contiene tutto il necessario per gestire con funzionalit on off e dimmer al massimo 67 CAPITOLO 3 4 luci indipendenti di max 100W l una da 4 punti di comando interruttore indipende
13. 1 1344 13 44 Interruttore magnetotermico differenziale 25A Id 0 03A Bticino BTDIN 68130 25 4 moduli Ne pss 6248 Interruttore magnetotermico 16A Bticino BTDIN F810N 16 2 moduli N 1 1672 16 72 Interruttore magnetotermico 10A Bticino BTDIN F810N 10 2 moduli N 2 1672 33 44 Centralino da incasso con portello trasparente 24 moduli completo di scatola di N 1 32 09 32 09 incasso Vimar V52424 Alimentatore con uscita 29 V d c 800 mA alimentazione 120 230 V 50 60 Hz installazione su guida EN 50022 9 moduli Vimar art 01801 ie ne 49529 Totale 2 733 22 Descrizione Quantit Prezzo un Totale Manodopera elettrica h 23 668 30 00 710 25 Materiale Manodopera elettrica 3 443 47 Descrizione Totale Opere murarie 1 062 33 TOTALE 4 505 80 107 CAPITOLO 4 La manodopera elettrica come si pu notare all incirca invariata dato che le tempistiche delle due piattaforme sono pressoch uguali La spesa totale risulta il 41 38 maggiore rispetto la piattaforma tradizionale La differenza sostanziale risiede nel materiale di comando di costo superiore e nell impiego di apparecchi ora necessari nella piattaforma a BUS e cio la centrale di controllo e l alimentatore della linea BUS 4 1 5 PIATTAFORMA WIRELESS Le tavole 4 3 e 4 4 sono di nuovo valide per la localizzazione degli organi di comando delle prese dei punti luce e
14. 24 68 24 68 Torcia elettronica portatile Vimar Eikon art 20395 N 2 68 05 136 10 Copriforo Vimar Eikon art 20041 N 63 0 79 49 77 Passacavo con serracavo Vimar Eikon art 20044 N 2 1 59 3 18 Scatola rettangolare da incasso unificata 3 moduli GW 650 C Vimar V71303 N 42 0 27 11 34 Supporto 3 moduli Vimar Eikon art 20613 N 42 1 09 45 78 Placche 3 moduli Vimar Eikon art 20653 40 Reflex tecnopolimero N 42 3 20 134 40 Scatola rettangolare da incasso unificata 4 moduli GW 650 C Vimar V71304 N 1 1 08 1 08 Supporto 4 moduli Vimar Eikon art 20614 N 1 1 38 1 38 Placche 4 moduli Vimar Eikon art 20654 40 Reflex tecnopolimero N 1 4 80 4 80 Scatola per rel passo passo Vimar V70004 N 1 1 12 1 12 Scatola di derivazione da incasso con coperchio bianco e viti di fissaggio Dimensioni 287x154x70 mm Vimar V70007 di cede les FK15N tubo nero FL 3321 d 20 m 369 7 0 30 110 91 N07V K 1 5mmq rossa cordina antifiamma m 206 6 0 22 45 45 N07V K 1 5mmq cordina antifiamma m_85 9 0 22 18 90 N07V K 1 5mmq marrone cordina antifiamma m 75 9 0 22 16 70 N07V K 1 5mmq blu cordina antifiamma m 243 3 022 53 53 N07V K 1 5mmgq giallo verde cordina antifiamma m 243 3 022 53 53 N07V K 2 5mmq marrone cordina antifiamma m 81 9 0 36 29 48 N07V K 2 5mmq blu cordina a
15. Esso deve inoltre gestire il processo di rilevamento Discovery da parte di un dispositivo di quelli ad esso vicini Il tempo richiesto per far ci dell ordine di 30ms mentre le tecnologie concorrenti come Bluetooth possono impiegare fino a 5 6s prima di poter iniziare ad utilizzare completamente il dispositivo 52 CAPITOLO 2 Le principali funzioni del livello MAC sono implementate in software a differenza di quanto avviene per il livello fisico PHY layer e scritte generalmente in linguaggio C Esistono 4 possibili tipi di frame a livello MAC come illustrato in figura 2 7 Frame di dati Frame ACK Frame di comando MAC Frame di beacon Max 128 bytes variabile Frame Info Frame di Dati control sequenza indirizzo Det Check sequence Frame Numero Frame Frame Ack Control sequenza check MAC Frame di comando Frame Numero Info PORRE Frame Unit MAC control sequenza indirizzo check Frame di Beacon Frame Numero Info Payload Frame control sequenza indirizzo beacon check Bytes 1 127 timen Unit dati servizio PHY PHY Unit Unit dati del Protocollo PHY Fig 2 7 frame del MAC layer Il frame di dati costituito al massimo da 128 bytes esso numerato per assicurare l instradamento di tutti i pacchetti 53 CAPITOLO 2 Il campo Frame Check Sequence assicura che tutti i pacchetti siano ricevuti senza errori Questo migliora notevolm
16. Logo comune gt Strumento di configurazione ed ingegnerizzazione standard Configurazione Interoperabilit runtime 7 Kernel R Comunicazione E comune T E 3 Indirizzamento standard 2 Accoppiatore 1 tra mezzi TP1 TPO PL110 PL132 RF IR Ethemet trasmissivi Ctrl Approccio Controller LT Logical Tag PB Approccio Pusch Button LTE Logical Tag esteso Fig 1 1 Piattaforma KNX risultato della convergenza 23 CAPITOLO 1 Partendo dall alto dello schema l aspetto pi rilevante la definizione di un insieme di oggetti comuni per consentire ai costruttori di realizzare apparecchi interoperabili da collegare alla rete bus di segnale Per individuare i vari nodi di rete collegarli logicamente fra loro e definire come debba funzionare ogni applicazione necessario configurare gli apparecchi che arrivano indifferenziati dalla fabbrica Sono state definite tre diverse modalit di configurazione System Mode questa modalit richiede l uso del PC e del programma ETS Engineering Tool Software Easy Mode si tratta di una modalit semplificata che non prevede l uso del PC ma offre altri sistemi di configurazione come microinterruttori pulsanti configuratori portatili o fissi Auto Mode una modalit di autoconfigurazione degli apparecchi basata sul principio di collegamento plug amp play Attualmente si trovano sul mercato apparecchi che possono essere mess
17. dimostrato come tale risparmio aumenti al aumentare della metratura dell abitazione cio dell estensione dell impianto Infatti la riduzione del cablaggio comporta una spesa minore sui cavi e sulle opere di installazione sia elettriche che edili Conseguentemente si ha anche una maggiore semplicit d installazione proprio perch non si devono installare o collegare cavi un sistema senza fili immediatamente operativo Nei capitoli precedenti infatti si mostrato che sono necessarie per una soluzione cablata almeno 7 fasi lavorative per realizzare ex novo o modificare un semplice punto di comando a parete ad esempio classico interruttore per accendere e spegnere una luce I tracciamento e opere murarie per l incasso della scatola interruttore e per il passaggio del tubo flessibile ll posizionamento e inserimento della scatola da incasso Il posizionamento e inserimento nella canalina del tubo flessibile nel quale verranno alloggiati i cavi IV opere murarie di richiusura della canalina realizzata e successiva imbiancatura della parete V inserimento dei fili cavi adatti alla funzionalit che si sta realizzando VI collegamenti nuovi o adattati ad una realt gi presente mediante connettori dedicati VII fase conclusiva di alloggiamento del modulo interruttore o dei moduli E poi necessario durante queste 7 fasi l opera sequenziale di diversi specialisti quali il muratore l imbianchino e l elettricista Con la
18. dispositivi Quindi il cablaggio vincolante per le funzioni da realizzare e comporta un numero molto elevato di linee e tutte di potenza Ogni comando richiede una linea dedicata che arriva all oggetto da comandare Inoltre qualsiasi modifica anche banale comporta il rifacimento del cablaggio Questo vale non solo per il circuito di illuminazione presentato ma per tutti i circuiti dell intero impianto E possibile automatizzare gli impianti residenziali impiegando appropriati dispositivi a seconda della funzione richiesta Ad esempio possibile pilotare le accensioni e gli spegnimenti di un impianto di riscaldamento tramite l impiego di termostati e temporizzatori programmabili oppure l azionamento motorizzato e orario di tapparelle Dunque alcuni comandi possiamo definirli pre domotici L impianto visto nell insieme per formato da tanti sottoimpianti indipendenti ognuno con le sue funzioni che non dialogano fra loro L interfacciamento dei vari sistemi se tecnicamente realizzabile comporta dei costi insostenibili per un impianto residenziale 1 3 PIATTAFORMA A BUS Con un sistema a bus per esempio cablato il circuito di comando viene separato da quello di alimentazione di rete Un rel per l interruzione del circuito presente nel dispositivo di attuazione separato dai comandi e collegato direttamente all utenza Il cavo bus collega in una rete i comandi e l attuatore permettendo lo scambio di informazioni tra
19. 1 Differenze economiche tra le tre piattaforme 4 600 00 4 140 00 3 680 00 3 220 00 2 760 00 2 300 00 Tradizionale m Domotico Cablato 1 840 00 Domotico Wireless 1 380 00 920 00 460 00 Comando Potenza Manodopera Opere edili Totale elettrica In tabella 4 9 si riporta le differenze numeriche tra le tre tipologie Tab 4 9 Comando Potenza Manodopera elettrica Opere edili Totale Tradizionale 398 83 1 013 83 712 00 1 062 33 3 186 98 Domotico Cablato 1 719 40 1 013 83 710 25 1 062 33 4 505 80 Domotico Wireless 376 80 1 013 83 541 75 794 66 2 727 04 La soluzione che utilizza la domotica cablata economicamente la pi svantaggiosa osservando infatti il grafico si nota che nelle 4 casistiche raffigurate quasi sempre la pi cara soprattutto nella parte di comando La piattaforma totalmente wireless la pi conveniente presenta gi nella parte di comando un leggero risparmio rispetto alla analogica classica risparmio che diventa significativo nella manodopera elettrica e nelle opere edili 114 CAPITOLO 4 Quest ultima soluzione sicuramente da preferire rispetto alle altre per l aspetto economico ma anche per la interoperabilit introdotta Con la soluzione classica descritta non si ha nessun tipo di automatizza
20. IEEE 802 15 4 e ZigBee Stefano Maggi Dispensa Dipartimento di Elettrotecnica Politecnico di Milano 6 Introduzione alla domotica Stefano Maggi Dispensa Dipartimento di Elettrotecnica Politecnico di Milano 7 Introduzione al wireless in Domotica Stefano Maggi Dispensa Dipartimento di Elettrotecnica Politecnico di Milano 8 Applicazione e vantaggi dei sistemi domotici Luigi Martirano Dispensa Dipartimento di Ing Elettrica Universit La Sapienza di Roma 9 Corso Domotica ed edifici intelligenti Luca Romanelli Dispensa Universit di Urbino 151 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Prezzario delle Opere Edili Il trimestre 2010 CCIAA di Milano Catalogo generale 2009 Vimar Sistema domotico By me 2010 Vimar Listino generale 90 1 Dicembre 2009 Vimar Schemario impianti elettrici civili tradizionali Bticino Distribuzione BTDIN Bticino Listino prezzi 1 Luglio 2010 Bticino Manuale tecnico Mondini Cavi Listino 85 Aprile 2010 Mondini Cavi 152
21. a intervalli di tempo L inconveniente maggiore delle tecnologie wireless legato alla natura del canale di trasmissione letere difficilmente modellabile vista l aleatoriet temporale e spaziale dello stesso Questo canale trasmissivo poi vasto e non protetto quindi i segnali che lo attraversano sono soggetti ad interferenze e a disturbi di varia natura che degradano rapidamente il segnale Il disturbo poi porta l errore nella trasmissione e la conseguenza la ritrasmissione del messaggio questo provoca anche l aumento dei tempi di invio ricezione dei messaggi Lo sviluppo delle tecnologie wireless tiene conto di questi problemi avendo cura di garantire sia il minor numero di interferenti con il segnale trasmesso sia il minor consumo di potenza Basate sulla tecnica a dispersione di spettro Spread Spectrum si sono imposte due tecnologie di modulazione grazie alla loro robustezza nei confronti delle interferenze la tecnica Direct Sequenze Spread Spectrum DSSS la tecnica Frequency Hopping Spread Spectrum FHSS Queste tecniche permettono di ottenere un segnale a bassa densit spettrale di potenza essendo distribuito su un ampia banda di frequenza che minimizza la possibilit di interferire con altri segnali presenti nella medesima area Un altro vantaggio importante legato alla ridondanza del 144 CAPITOLO 5 messaggio esso presente su pi frequenze che rende il sistema altamente resistente al rumore e
22. che non si guasta etere o a possibili danni Costi di installazione e dei cavi legati POE Risparmio economico legato alla riduzione di cablaggio al cablaggio Cambiamenti futuri dell impianto Assenza di modifiche strutturali per cambiamenti futuri comportano spesso modifiche dell impianto ridotto impatto ambientale risparmio strutturali difficolt ed elevati tempi economico pi flessibile meno invasivo adattabile in realizzativi qualsiasi momento alle proprie esigenze Dislocazione dei punti di comando e Dislocazione variabile in qualsiasi momento possibile acquisizione prefissata trasmettere anche in movimento Pericolosit dei punti di comando Punti di comando sicuri 220V Cablaggi necessari per l aggiunta di Aggiunta di dispositivi di comunicazione immediata e dispositivi di comunicazione implementabile anche dall utente Nessun ritardo nella comunicazione Ritardi nella comunicazione per possibile indisponibilit del per assenza di canali radio canale radio In caso di alimentazione da pile loro sostituzione Alimentazione da rete intervalli di tempo Limitati problemi di interferenza e m Interferenze e disturbi legati al canale trasmissivo disturbi T Possibili problemi di affidabilit con codici di codifica 128 Affidabile bit i 146 CONCLUSIONI CONCLUSIONI CONCLUSIONI Negli impianti elettrici in particolare di tipo residenziale civile i principali problemi emersi sopr
23. comunicare direttamente solo con un FFD figura 2 3 L indusione di terminali RFD all interno dela rete orientata applicazioni estremamente semplici come interruttori di luce o sensori ad infrarossi che non necessitano dell invio di grosse quantit di dati e possono quindi essere supportate attraverso minime risorse energetiche e limitate capacit di memoria 45 CAPITOLO 2 Una WPAN costituita da un minimo di due dispositivi operanti in una stessa POS in ciascuna rete uno solo di essi pu configurarsi come PAN Coordinator che si occupa di iniziare gestire e terminare la comunicazione tra le diverse periferiche A seconda della particolare applicazione una LR WPAN pu configurarsi in varie topologie illustrate brevemente in figura 2 4 In ogni caso ciascun dispositivo interno alla rete possiede un indirizzo esteso a 64 bit tale indirizzo pu essere direttamente utilizzato per la comunicazione oppure in alternativa si utilizza un indirizzo ridotto attribuito dal PAN coordinator ogni volta che il dispositivo viene da esso rilevato Nella topologia a stella ciascun dispositivo pu comunicare solo con il coordinatore Quest ultimo quindi controla e gestisce ogni tipo di comunicazione all interno della PAN ed tipicamente collegato ad alimentazione fissa mentre gli altri dispositivi sono dotati di batteria a bordo oppure alimentati da fonti energetiche innovative mini pannelli solari sistemi pie
24. con portello trasparente 12 moduli completo di scatola di incasso Vimar V52412 idt i Ne ee Totale 627 49 Descrizione Quantit Prezzo un Totale Manodopera elettrica h 6 82 30 00 204 50 Materiale Manodopera elettrica 831 99 Descrizione Totale Opere murarie 317 11 TOTALE 1 149 10 127 CAPITOLO 4 Per il monolocale studiato il grafico 4 2 di confronto diviene Graf 4 2 Differenze economiche tra le tre piattaforme 2 000 00 1 800 00 1 600 00 1 400 00 1 200 00 1 000 00 m Tradizionale m Domotico Cablato 800 00 m Domotico Wireless 600 00 400 00 200 00 Comando Potenza Manodopera Opere edili Totale elettrica La tabella 4 14 sottolinea numericamente le differenze tra le tre piattaforme Tab 4 14 Comando Potenza Manodopera elettrica Opere edili Totale Tradizionale 129 95 428 17 287 50 422 81 1 268 44 Domotico Cablato 765 12 428 17 310 25 422 81 1 926 36 Domotico Wireless 199 32 428 17 204 50 317 11 1 149 10 Come si nota graficamente e in modo specifico dalla tabella 4 14 con una tipologia abitativa di taglia inferiore monolocale come per lo studio precedente il costo della piattaforma wireless risulta globalmente il pi vantaggioso Mentre la piattaforma a Bus cablata continua in o
25. confronto le svariate soluzioni disponibili per scoprirne pregi e difetti mi rendeva ancor pi desideroso di conoscere questo argomento portandomi a valutare un nuovo approccio relativo alla realizzazione di impianti elettrici Civili E per tutti questi affascinanti ed interessanti motivi che ho deciso di affrontare la mia Tesi di Laurea nel campo impiantistico per riuscire a comprendere al meglio questo settore cosi importante ed attuale INTRODUZIONE INTRODUZIONE Negli ultimi decenni l ingresso nella societ dell informazione la convergenza fra tecnologie come l informatica l elettronica e le telecomunicazioni il crescere delle esigenze ed il mutare di una societ in costante evoluzione non potevano non avere conseguenze sul rapporto tra impianti ed abitazioni E in questo contesto che l inizio del terzo millennio conosce un altra innovazione destinata a mutare gli scenari domestici la domotica Sono disponibili diverse piattaforme implementabili negli impianti elettrici civili La loro scelta legata all esigenza di introdurre nell abitazione livelli crescenti di automazione degli impianti illuminazione controllo carichi antintrusione climatizzazione controllo accessi ecc Si passa da sistemi di tipo centralizzato caratterizzati generalmente da piattaforme analogiche classiche a sistemi di tipo decentralizzato con le piattaforme a Bus Quest ultime permettono con costi sostenibili per un impianto residenziale
26. dei centri di potenza Anche le tavole 4 7 e 4 8 rappresentanti la distribuzione del circuito di potenza delle prese da 10 e da 16 A non si modificano Cambia invece il materiale di comando da impiegare in particolare dell impianto luce nelle seguenti tavole 4 11 e 4 12 viene rappresentata la nuova distribuzione del circuito di comando 108 CAPITOLO 4 TAVOLA 4 11 6 F N T570 1 F N T650 F b Montante FNT2100 3 F N T550 n H 110 4 F N T450 P 7 F N T170 G H 190 APP 5 Primo Piano Via Dante 21 Albiate MB Impianto elettrico Scala 1 50 109 CAPITOLO 4 TAVOLA 4 12 H190 2 F N T135 b Montante FNT2100 120 110 APP 5 Sottotetto Via Dante 21 Albiate MB Impianto elettrico Scala 1 50 110 CAPITOLO 4 Con la soluzione che impiega il circuito di comando senza fili si utilizza la tecnologia di comunicazione wireless a radio frequenza della Smart Mesh Building di cui si pu consultare la documentazione e i prezzi dei componenti nel precedente capitolo o sul catalogo della societ Dallo studio sulle imprese artigiane del settore come fat
27. di instradare l informazione su percorsi diversi Inoltre come gi citato attraverso il processo di trasferimento dell informazione hop by hop tra i nodi possibile arrivare ad una estesa copertura del territorio anche avendo a disposizione singoli collegamenti a portata limitata 2 4 3 LIVELLO FISICO PHY Alla base della pila del protocollo ZigBee si trova il layer fisico PHY il quale fornisce due differenti servizi quello dati e quello gestione Le caratteristiche principali implementate a questo livello sono l attivazione e la disattivazione del trasmettitore radio il rilevamento dell energia ED l indicazione della qualit del collegamento LQI la selezione del canale la 48 CAPITOLO 2 stima della disponibilit del canale CCA e la trasmissione e ricezione dei pacchetti sul mezzo fisico canale radio Lo standard offre due possibilit per la trasmissione ricezione basate su differenti frequenze Entrambi i metodi sfruttano la tecnica di modulazione di DSSS Direct Sequenze Spread Spectrum La velocit di trasmissione di 250kbit s a 2 4GHz 40kbit s a 915MHz e 20kbit s a 868MHz Il tasso di trasmissione dati maggiore da attribuirsi all ordine dello schema di modulazione superiore Frequenze pi basse assicurano invece un range ed una sensibilit maggiore grazie alla minore attenuazione Frequenze pi alte garantiscono una velocit maggiore ed una latenza e duty cycle minore Nel range di
28. entro il proprio spazio operativo Una volta scelto l identificatore il coordinatore pu annettere alla propria PAN altri dispositivi siano essi di tipo FFD o RFD In una rete peer to peer invece ogni dispositivo pu configurarsi come PAN semplicemente per essere il primo a comunicare su uno stesso canale Un esempio di rete complessa fondata su una topologia peer to peer il cluster tree figura 2 4 Ogni dispositivo della rete pu in questo caso funzionare da coordinatore fornendo servizi ad altri dispositivi o coordinatori anche al di fuori della propria sfera di influenza 47 CAPITOLO 2 Per soltanto uno di questi coordinatori locali pu configurarsi come coordinatore PAN il quale tipicamente dotato di maggiori risorse anche a livello computazionale Attraverso diversi nodi coordinatori di questo tipo risultano potenzialmente configurabili delle reti a struttura multi cluster il cui principale vantaggio legato alla maggiore estensione della superficie coperta e quindi al maggior numero di nodi interagenti Le caratteristiche di auto configurabilit e di interoperabilit permettono alla rete di modificarsi al variare delle condizioni operative e di auto configurarsi scegliendo dinamicamente i nodi e gestendone la connettivit a seconda dell ambiente applicativo L utilizzo di tecnologie magliate permette di massimizzare l affidabilit complessiva della rete garantendo la possibilit
29. essi Fornisce inoltre una bassissima tensione di sicurezza SELV per l alimentazione della parte 16 CAPITOLO 1 elettronica dei dispositivi Ai comandi e pi in generale a tutti i sensori di un sistema bus non si collega il cavo di alimentazione di rete ma si porta esclusivamente il cavo di segnale Per il funzionamento del sistema occorre un attivit di programmazione dei dispositivi bus inesistente per l installazione tradizionale La chiusura e l apertura del circuito di comando non pi effettuata da un meccanismo inserito nel comando stesso Scompare quindi il vincolo della corrente massima sopportabile dai contatti ed utenze a piacere per tipo e numero disposte ovunque nell edificio possono essere controllate contemporaneamente da un unico comando in tecnologia bus Sensori ed attuatori possono scambiarsi messaggi sulla rete di segnale bus ci permette non solo comandi di accensione e spegnimento delle utenze ma anche complessi compiti di controllo regolazione monitoraggio e segnalazione Le stesse informazioni sono disponibili in ogni punto della rete bus diventa possibile monitorare e comandare l impianto ovunque mnell edificio e trasmettere e ricevere messaggi da remoto circuiti di comando diventano da fisici a logici ci significa che il cablaggio non pi cos vincolante per le funzioni da realizzare Una volta effettuata la predisposizione mediante il cavo bus se si rende necessario un punto di co
30. frequenza tra 868 868 3MHz esiste un solo canale mentre ci sono 10 canali tra i 902 0MHz e 928 0MHz infine tra le frequenze 2 4GHz e 2 4835GHz si trovano ben 16 canali figura 2 5 Canale 0 Canali 1 10 PHY 2MHz lt 868MHz 868 3MHz 902MHz 928MHz PHY 24GHz Canali 11 26 5MHz E 2 4GHz Fig 2 5 Bande di frequenze operative 49 CAPITOLO 2 Lo standard IEEE 802 15 4 supporta la possibilit di selezionare dinamicamente il canale tramite una funzione di scansione che permette di cercare il frame di beacon sincronizzazione in una lista di canali utili La maggiore sensibilit del ricevitore nella banda di frequenze pi bassa dovuta al minore data rate Il range operativo di ogni dispositivo dipende oltre che dalla sensibilit anche dalla potenza in trasmissione Con la modulazione DSSS un gruppo di bit rappresentato mediante un unico simbolo in particolare nello standard in questione il gruppo formato da 4 bit detto nibble Poich con 4 bit le possibili combinazioni sono 16 22 esistono quindi 16 differenti simboli all interno di una tabella numerata da 0 a 15 in cui a ciascun simbolo corrisponde una sequenza di 32 bit detta chipping code La figura 2 6 illustra tale processo usando il chipping code per il simbolo 0 Un nibble di dati da inviare 1 Da bit a simbolo 0 Da simbolo chip 11011001110000110101001000101 11 Modulazione O QPSK 0000b Fig 2 6 Esempio
31. iri sns 52 2 4 5 Livello rete Network 56 2 4 6 Livello applicazione 59 2 5 Sicurezza ed affidabilit sees 59 AREA NETWORFEF b 61 SIEG Il mor RU asss qk 62 3 2 Struttura del sistema Smart Mesh Building 65 3 3 Descrizione dei KIE 66 2 9 T Funzioni del Kitu ERN SOY SERRA GT o ax ai 68 ISAN TIR OIN UU 69 2 9 1 2 vm CU da EN cote eL abdicat ass 69 3 3 1 3 Kit termostato 73 3 3 1 4 Kit gestione azionamenti 75 3 3 1 5 Kit gestione consumi 77 3 3 1 6 Kit risparmio energetico luce 79 3 922 GOSIO noo Fa iaia ta WR 81 CAPITOLO 4 PROGETTAZIONE E ANALISI ECONOMICA DI IMPIANTI ELETTRICI CIVILI 82 4 1 Progetto dell impianto elettrico di una unit abitativa di media ogz nesvara MP 84 4 1 1 Riferimenti normativi 87 4 1 2 Descrizione dell impianto 87 4 1 3 Piattaforma tradizionale
32. m mentre del domotico wireless solamente di 87 75 m Gli apparecchi di comando non sono pi collegati tra loro tramite cablaggi ma presente soltanto la semplice linea di alimentazione monofase che serve i punti luce La diminuzione dell estensione dell impianto comporta quindi una riduzione dell assistenza muraria necessaria Applicando dunque il decremento del 25 20 alla spesa edile della piattaforma tradizionale si ottiene il Preventivo di Spesa riportato nella seguente tabella 4 8 Tab 4 8 Preventivo di Spesa Descrizione materiale Quantit Prezzo un Totale Kit base Smart Mesh Building N 1 25 00 25 00 Kit luce Smart Mesh Building N 17 19 00 323 00 Presa 2P T 10A 250V Vimar Eikon art 20201 N 18 4 32 77 76 Presa 2 16A 250 bipasso Vimar Eikon art 20203 N 7 5 95 41 65 Pulsante a tirante 250V 10A Vimar Eikon art 20052 N 1 10 83 10 83 Ronzatore 230V Vimar Eikon art 20378 N 1 19 07 19 07 Suoneria 230V Vimar Eikon art 20373 N 1 24 68 24 68 Torcia elettronica portatile Vimar Eikon art 20395 N 2 68 05 136 10 Copriforo Vimar Eikon art 20041 N 64 0 79 50 56 Passacavo con serracavo Vimar Eikon art 20044 N 2 1 59 3 18 Scatola rettangolare da incasso unificata 3 moduli GW 650 C Vimar V71308 33 E 07
33. murarie 4 1 4 PIATTAFORMA A BUS DI TIPO CABLATO La localizzazione degli organi di comando delle prese dei punti luce e dei centri di potenza invariata rispetto alla piattaforma tradizionale quindi si rimanda alle tavole 4 3 e 4 4 Rimane invariata inoltre la distribuzione del circuito di potenza delle prese da 10 e da 16 A rappresentate nelle precedenti tavole 4 7 e 4 8 Risulta diverso invece il materiale di comando da impiegare in particolare dell impianto luce dunque la distribuzione del circuito di comando si modifica come riportato nelle seguenti tavole 4 9 e 4 10 102 CAPITOLO 4 TAVOLA 4 9 8 F N T700 9 DP 700 10 F N T 170 6 F N T700 7 DP 700 11 F N T50 12 DP50 15 F N T420 20 F N T380 3 F N T800 E di 4 F N T600 DP 350 5 DP 600 1 jm 16 F N T370 b Montante FNT2100 18 F N T200 13 71250 28 F NT340 14 DP 1250 25 F NT490 26 DP 490 24 F N T350 G H 190 H 120 27 F N T170 APP 5 Primo Piano Via Dante 21 Albiate VB Impianto elettrico Scala 1 50
34. per HBES Classe 1 CEI EN 205 8 2005 prima Parte 5 2 Mezzi e livelli dipendenti dai mezzi Reti 50090 5 2 basate su HBES di Classe 1 coppia ritorta CEI EN 205 11 Parte 5 3 Mezzi e livelli dipendenti dai mezzi Radio 50090 5 3 frequenza 50090 7 1 gestione 50090 8 CEI EN 205 6 2005 prima Parte 9 1 Prescrizioni di installazione Cablaggio 50090 9 1 generico per sistemi HBES di Classe 1 su coppia ritorta Oltre ad accogliere nel corpo normativo nazionale le varie parti della norma a europea il CEI ha affrontato il tema dell impiego della tecnologia bus negli edifici in diverse Norme e Guide In ordine cronologico apparsa prima la Norma 64 15 Impianti elettrici negli edifici pregevoli per rilevanza storica e o artistica Da questa ha successivamente preso spunto per la preparazione della Guida 83 11 sistemi BUS negli edifici pregevoli per rilevanza storica e artistica pubblicata nel 2001 22 CAPITOLO 1 Nel corso del 2005 stata pubblicata la Guida 205 2 Guida ai sistemi bus su doppino per l automazione nella casa e negli edifici secondo le Norme CEI EN 50090 Nel 2007 infine il CEI ha pubblicato Guida alla domotica sistemi elettronici per la gestione della casa 1 3 3 PIATTAFORMA KNX Le principali caratteristiche di KNX sono riassunte nello schema di riferimento della piattaforma di sistema di figura 1 1 x Definizione degli oggetti comuni 8B
35. perviene quindi ad una LR WPAN Low Rate WPAN ovvero una rete di comunicazione semplice e a basso costo selettivamente orientata verso applicazioni a basso consumo ed a throughput quantit di informazione trasmessa non elevato principalmente caratterizzata da Data rate di 250kbit s 40kbit s e 20kbit s Operabilit in configurazione a stella o peer to peer 16 bit o 64 bit di indirizzo allocati Accesso al canale in modalit CSMA CA Completa definizione del protocollo per trasferimento dei dati Basso consumo di energia ndicazione della qualit del canale 16 canali nella banda attorno a 2 4GHz 10 canali nella banda attorno a 915MHz un canale ad 868MHz 44 CAPITOLO 2 ZigBee Network o oe o 9 a VO cR 219800 Cosediamor ZC vi I Sa Q 29800 ZR em o d ZigBoe End Device 210 ze Sa laz O Fig 2 3 Dispositivi di una rete ZigBee 2 4 2 TOPOLOGIE DI RETE Una LR WPAN pu includere due diversi tipi di dispositivi FFD Full Function Device e RFD Reduced Function Device Un dispositivo del primo tipo pu operare all interno della rete secondo tre modalit funzionando da coordinatore della rete da coordinatore semplice o da terminale di comunicazione Un dispositivo FFD Coordinator e Router pu dialogare con altri dispositivi di entrambe le categorie mentre un RFD EndDevice pu
36. piattaforma totalmente wireless di fatto di cablato rimane solo la parte di potenza cio la linea che serve i singoli carichi quali luci 149 CONCLUSIONI elettrodomestici azionamenti ecc E quindi pi flessibile meno invasiva ed adattabile in qualsiasi momento alle proprie esigenze poich il posizionamento dei punti di comando e dei sensori totalmente libero non pi vincolato dal cablaggio l associazione interruttore luce O sensore attuatore cio l associazione delle funzionalit domestiche semplice e modificabile in qualsiasi momento futuro anche dall utente finale Nel caso di una struttura gi esistente poi non si ha la necessit di modifiche strutturali per facilitare la posa del cablaggio o in genere per raggiungere punti di difficile accesso Soprattutto in edifici con rilevanza storica e artistica si pu limitare fortemente l impatto dei lavori d installazione AI termine di questo lavoro di Tesi si pu quindi affermare quanto la nuova piattaforma proposta rappresenti in concreto il futuro degli impianti elettrici 150 BIBLIOGRAFIA 1 Domotica con KNX Roberto Rocco Editoriale Delfino 2 Trasmissione e distribuzione dell energia elettrica N Faletti P Chizzolini Edizioni Patron 3 Fondamenti di sicurezza elettrica V Carrescia Edizione TNE 4 Building Automation Alessio Rubini Dispensa Dipartimento di Elettrotecnica Politecnico di Milano 5 Standard
37. processo di modulazione DSSS 50 CAPITOLO 2 Ciascun simbolo consiste dopo tale processo di 32 bit detti chips e questo comporta un notevole aumento nella frequenza del segnale spalmando lo spettro del segnale iniziale su un ampio range di frequenza concetto di modulazione DSSS Dopo alcune operazioni di filtraggio per limitare la banda i chips sono portati al modulatore Per la trasmissione nella banda di frequenze superiore il modulatore trasmette con un chipping rate pari a 2Mchip s e poich vengono inviati 32 chips per ogni 4 bit di dati reali il data rate effettivo dato dalla seguente formula 2 109 250kbit 327 it s Oltre alle operazioni brevemente descritte un dispositivo che implementa il PHY deve essere capace di svolgere altri compiti tra i quali il rivelamento dell energia del ricevitore ED Si tratta di una caratteristica utilizzata dal layer superiore network rete all interno dell algoritmo di selezione del canale In pratica l ED rappresenta una stima del segnale ricevuto e nessun tentativo viene fatto per decodificare i bit ricevuti Il tempo di ED pari alla durata di 8 simboli e il risultato viene riportato in una variabile intera di dimensione 8 bit da 0x00 a OxFF Un altra indicazione essenziale effettuata a questo livello la qualit del segnale LQI Essa pu essere effettuata utilizzando il parametro ED una stima del rapporto segnale rumore oppure una combinazione di entra
38. punto di comando e della flessibile associazione comando azionamento senza interventi invasivi esterni Per esempio inizialmente l automatizzazione di una tenda da sole viene comandata da un punto fisso poi successivamente emerge la necessit di avere un altro punto o altri punti di gestione della stessa come rappresentato in figura 3 9 Grazie a Smart Mesh Building questo pu essere velocemente realizzabile e in molti casi anche direttamente dal cliente finale ovviamente senza la necessit di interventi di tipo edile e di tipo elettrico 75 CAPITOLO 3 Fig 3 9 Esempi di associazione totalmente liberi relativi alla funzionalit gestione tapparelle della propria abitazione 76 CAPITOLO 3 3 3 1 5 KIT GESTIONE CONSUMI Il kit gestione consumi permette non solo di monitorare visualizzare e memorizzare i consumi elettrici e quindi i relativi costi della propria abitazione ufficio ma anche di gestire e coordinare la priorit di alimentazione dei carichi stessi in caso di un sovraccarico cio di una richiesta di energia maggiore di quella permessa dal contratto di fornitura caso molto frequente in abitazioni evitando cosi la brusca interruzione generale di energia elettrica E noto a tutti che una migliore gestione energetica permette un elevata efficienza energetica e quindi risparmio sui costi dell utente finale La tecnologia senza fili a mesh di Smart Mesh Building permette il monitoraggio inte
39. ripetitore di pi segmenti figura 1 2 Ogni segmento deve disporre di un proprio alimentatore e consente il collegamento di un massimo di 64 apparecchi bus Un massimo di 3 segmenti possono prolungare la linea bus iniziale per un numero complessivo di 256 apparecchi XII Segmento 1 I ALM APP APP Apparecchio bus ALM Alimentatore APP RP Ripetitore RP N ALM uan APP RE X II A x ZN i DUO ALM gt ALM 1 APP APP P APP APP Segmento 2 Segmento 3 Segmento 4 Fig 1 2 Ampliamento di una linea mediante ripetitori e segmenti 28 CAPITOLO 1 Per l ampliamento con altre linee si ricorre all aggiunta di altre linee bus collegate alla prima mediante una linea principale ed accoppiatori di linea fino ad un massimo di 15 linee figura 1 3 l insieme di tutte queste linee forma un campo In un campo possono perci essere installati fino ad un massimo di 64 15 960 apparecchi bus ALM Linea principale AL AL AL NII I E d I ALM APP ALM APP ALM APP APP APP
40. rompe i cavi e i connettori infatti si possono accidentalmente rompere rovinare disconnettendo i nodi stazioni della rete o creando disagi alla rete stessa Con gli impianti wireless si consegue una riduzione del cablaggio che comporta un risparmio economico sui cavi e sulle opere di installazione sia elettriche che edili una maggiore semplicit d installazione perch non si devono installare e collegare cavi un sistema senza fili immediatamente operativo Con un sistema wireless nel caso di una struttura gi esistente non si ha la necessit di modifiche strutturali per facilitare la posa del cablaggio o in genere per raggiungere punti di difficile accesso Nella scelta di dove collocare un nodo un elettrodomestico un sensore un comando ecc non si pi vincolati alla presa di rete per esempio del bus con il collegamento delle apparecchiature in modo wireless infatti si ha una maggiore libert nel posizionamento dei nodi della rete tutta l area di copertura della comunicazione potenzialmente fruibile Sono noti a tutti i principali problemi degli attuali impianti elettrici in particolare di tipo residenziale civile emersi soprattutto in questi ultimi anni e causati dalla sempre maggiore richiesta da parte dell utente finale di nuove prestazioni funzionalit ed esigenze nonch di una flessibile e semplice interoperabilit fra dispositivi elettrici elettronici presenti nell ambiente domestico lavorati
41. si mostra invece la richiesta di un nodo ZigBee di legarsi ad una rete 57 CAPITOLO 2 Coordinatore Coordinatore Coordinatore ZigBee ZigBee ZigBee APL NWK MAC 2 Esecuzione del nievamento energia ED canale IDe Il 1 FORMATION conferma Dispositivo ZigBee MAC Dispositivo Dispositivo ZigBee ZigBee APL NWK PERMIT JOIN richiesta SET richiesta R i x i SET richiesta SET conferma PERMIT JOIN conferma Fig 2 9 In alto formazione di una rete da parte del Coordinatore In basso richiesta di unione da parte di un nodo 58 CAPITOLO 2 2 4 6 LIVELLO APPLICAZIONE Il layer applicazione costituito dai driver e dal codice contenuti nella ROM del microcontrollore Schematicamente di un nodo ZigBee si possono evidenziare oltre al blocco relativo all alimentazione anche quelli inerenti il transceiver l antenna il microcontrollore e l interfaccia utente rappresentata da Input Output Il transceiver implementa il layer fisico ossia si occupa della modulazione del segnale come descritto in precedenza All interno della ROM del microcontrollore presente l implementazione del livello MAC NWK e applicazione 2 5 SICUREZZA ED AFFIDABILITA Uno dei principali vantaggi di ZigBee rispetto ad altre tecnologie wireless di prossimit l elevato livello di
42. sicurezza che viene supportata a livello di collegamento fra 2 nodi di rete ma anche a livello rete ed applicativo servizi di sicurezza forniti da ZigBee includono meccanismi e protocolli per la generazione ed il trasporto sicuro delle chiavi per la protezione dei frame e per la gestione dei dispositivi In particolare la protezione dei dati garantita da algoritmi di crittografia avanzati AES a 128bit e da meccanismi di integrit e di autenticazione per la protezione da eventuali attacchi provenienti da dispositivi non autorizzati che tentano di accedere alla rete o al contenuto informativo trasmesso E definito anche un concetto di Trust Center per la gestione centralizzata della sicurezza a livello di politiche e di aggiornamento delle chiavi 59 CAPITOLO 2 Secondo lo standard un nodo ZigBee pu operare sia in modalit sicura che non sicura Ovviamente non implementando la sicurezza dei dati si ottiene un codice pi leggero Sono previsti 4 differenti servizi di sicurezza I Controllo degli accessi Ogni dispositivo deve mantenere una lista di tutti i potenziali trasmettitori In questo modo un dispositivo non autorizzato non pu accedere ad una rete ZigBee II Codifica dei dati dati non sono trasmessi in chiaro ma codificati mediante una chiave di crittografia posseduta solo dai componenti di rete Il Rinnovo sequenziale Ogni frame viene confrontato con il precedente per evitare che ci
43. 27 FK15N tubo nero FL 3321 4 20 m 106 5 0 30 31 95 Morsetto estraibile a 2 poli a viti per circuito BUS Vimar art 01839 N 8 0 82 6 56 Cavo per sistemi bus 2x0 50 mmq con guaina LSZH tensione nominale 300 500 V 100 m Vimar art 01840 9 38 5 8 N07V K 1 5mmq rossa cordina antifiamma m 75 4 0 22 16 59 N07V K 1 5mmq nera cordina antifiamma m 117 0 22 2 57 N07V K 1 5mmq marrone cordina antifiamma m 11 7 0 22 2 57 N07V K 1 5mmq blu cordina antifiamma m 754 0 22 16 59 N07V K 1 5mmq giallo verde cordina antifiamma m 754 0 22 16 59 N07V K 2 5mmq marrone cordina antifiamma m 172 0 36 6 19 N07V K 2 5mmq blu cordina antifiamma m 172 0 36 6 19 N07V K 2 5mmq giallo verde cordina antifiamma m 172 0 36 6 19 N07V K 4 0mmq marrone antifiamma m 22 0 57 1 25 N07V K 4 0mmq blu cordina antifiamma m 22 0 57 1 25 N07V K 4 0 giallo verde cordina antifiamma m 22 0 57 1 25 N07V K 6 0mmq cordina antifiamma m 1 0 83 0 83 N07V K 6 0mmq blu cordina antifiamma m 1 0 83 0 83 N07V K 6 0 giallo verde cordina antifiamma m 1 0 83 0 83 Sezionatore 32A Bticino BTDIN F72N 32N 1 modulo N 1 15 07 15 07 Spia luminosa 230V Bticino BTDIN F40V 1 modulo N 1 1344 13 44 Interruttore magnetotermico differenziale 25A Id 0 03A Bticino BTDIN G8130 25AC a moduli Ni CR 6218 6218 Interrut
44. 5mmq blu cordina antifiamma m 72 3 0 22 15 91 N07V K 1 5mmq giallo verde cordina antifiamma m 72 3 0 22 15 91 N07V K 2 5mmq rossa cordina antifiamma m 1 2 0 36 6 19 N07V K 2 5mmqo blu cordina antifiamma m 172 0 36 6 19 N07V K 2 5mmqo giallo verde cordina antifiamma m 172 0 36 6 19 N07V K 4 0mmq marrone cordina antifiamma m 22 0 57 1 25 N07V K 4 0mmq blu cordina antifiamma m 22 0 57 1 25 N07V K 4 0 giallo verde cordina antifiamma m 22 0 57 1 25 N07V K 6 0mmq cordina antifiamma m 1 0 83 0 83 N07V K 6 0mmgq blu cordina antifiamma m 1 0 83 0 83 N07V K 6 0 giallo verde cordina antifiamma m 1 0 83 0 83 Sezionatore 32A Bticino BTDIN F72N 32N 1 modulo N 1 15 07 15 07 Spia luminosa 230V Bticino BTDIN F40V 1 modulo N 1 1344 13 44 Interruttore magnetotermico differenziale 25A Id 0 03A Bticino BTDIN G8130 25AC 4 moduli Da AR i i e 1162718 Interruttore magnetotermico 16A Bticino BTDIN F810N 16 2 moduli N 1 16 72 16 72 Interruttore magnetotermico 10A Bticino BTDIN F810N 10 2 moduli N 2 16 72 33 44 Centralino da incasso con portello trasparente 12 moduli completo di scatola N 1 1471 14 71 di incasso Vimar V52412 Totale materiale 558 12 Descrizione Quantit Prezzo un Totale Manodopera elettrica h 958 30 00 287 50 Materiale Manodopera elettrica 845 62 Descrizion
45. 70007 P AEN eds 6 24 FK15N tubo nero FL 3321 d 20 m 819 0 30 24 57 N07V K 1 5mmq rossa cordina antifiamma m 508 0 22 11 18 N07V K 1 5mmq cordina antifiamma m 11 0 22 2 57 N07V K 1 5mmq marrone cordina antifiamma m 11 0 22 2 57 N07V K 1 5mmq blu cordina antifiamma m 508 0 22 11 18 N07V K 1 5mmgq giallo verde cordina antifiamma m 508 0 22 11 18 N07V K 2 5mmq marrone cordina antifiamma m 172 0 36 6 19 N07V K 2 5mmq blu cordina antifiamma m 172 0 36 6 19 N07V K 2 5mmgq giallo verde cordina antifiamma m 172 0 36 6 19 N07V K 4 0mmq marrone cordina antifiamma m 2 2 0 57 1 25 N07V K 4 0mmqo blu cordina antifiamma m 2 2 0 57 1 25 N07V K 4 0mmq giallo verde cordina antifiamma m 2 2 0 57 1 25 N07V K 6 0mmq nera cordina antifiamma m 1 0 83 0 83 N07V K 6 0 blu cordina antifiamma m 1 0 83 0 83 N07V K 6 0mmqo giallo verde cordina antifiamma m 1 0 83 0 83 Sezionatore 32A Bticino BTDIN F72N 32N 1 modulo N 1 15 07 15 07 Spia luminosa 230V Bticino BTDIN F40V 1 modulo N 1 13 44 13 44 Interruttore magnetotermico differenziale 25A 14 0 03 Bticino BTDIN G8130 25AC d moduli Met i cf Bee pet 652018 Interruttore magnetotermico 16A Bticino BTDIN F810N 16 2 moduli N 1 16 72 16 72 Interruttore magnetotermico 10A Bticino BTDIN F810N 10 2 moduli N 2 16 72 33 44 Centralino da incasso
46. 891 Supporto 3 moduli Vimar Eikon art 20613 N 33 1 09 35 97 Placche 3 moduli Vimar Eikon art 20653 40 Reflex tecnopolimero N 42 3 20 134 40 Scatola di derivazione da incasso con coperchio bianco e viti di fissaggio Dimensioni 287x154x70 mm Vimar V70007 d Bec rm ines a 235 FK15N tubo nero FL 3321 d 20 m 276 55 0 30 82 97 N07V K 1 5mmq rossa cordina antifiamma m 154 25 0 22 33 94 N07V K 1 5mmq nera cordina antifiamma m 26 1 0 22 5 74 N07V K 1 5mmq marrone cordina antifiamma m 16 0 22 3 54 N07V K 1 5mmq blu cordina antifiamma m 165 45 0 22 36 40 N07V K 1 5mmgq giallo verde cordina antifiamma m 165 45 0 22 36 40 N07V K 2 5mmq marrone cordina antifiamma m 819 0 36 29 48 N07V K 2 5mmq blu cordina antifiamma m 81 9 0 36 29 48 N07V K 2 5mmgq giallo verde cordina antifiamma m 819 0 36 29 48 N07V K 4 0mmq marrone cordina antifiamma m 243 0 57 13 85 N07V K 4 0mmdq blu cordina antifiamma m 24 3 0 57 13 85 N07V K 4 0mmq giallo verde cordina antifiamma m 243 0 57 13 85 N07V K 6 0mmq nera cordina antifiamma m 1 0 83 0 83 N07V K 6 0mmqo blu cordina antifiamma m 1 0 83 0 83 N07V K 6 0mmq giallo verde cordina antifiamma m 1 0 83 0 83 Sezionatore 32A Bticino BTDIN F72N 32N 1 modulo N 1 15 07 15 07 Spia luminosa 230V Bticino BTDIN F40V 1 modulo N 1 13 44 13 44 Interruttore magnetotermico d
47. E pen H80 5 F N T250 H 250 6 F N T460 1 H120 b Montante FN T2100 4 F N T340 F N T240 I fas eo i 8 F N T590 11 2X 350 H35 9 F N T1000 10 1X 1000 15 F N T280 16 N T 780 17 2X 780 13 F N T870 2 F N T350 35 14 F N T480 1 F N T 1200 21 F N T220 2 F N T730 H410 18 F N T400 19 F N T400 a Montan c Montan mr 20 F N T200 22 N T 340 23 2X 340 ENT 330 ie FN T330 APP 5 Primo Piano Via Dante 21 Albiate MB Impianto elettrico Scala 1 50 97 CAPITOLO 4 TAVOLA 4 8 120x80 9 2X 140 1 1 0 pa P PA 7 F N T360 180 4 35 210 8 F N T180 BENT mb 13 F N T490 M 1 H35 h id 11 F N T220 10 F N T480 12 F NT200 4 F N T630 1 F N T350 b Montante FNT2100 H 80 3 F N T330 2 F N T180 APP 5 Via Dante 21 Albiate MB Sottotetto Impianto elett
48. I Informazione e comunicazione 1 collegamento di PC periferiche telefoni e altre apparecchiature di comunicazione Il Intrattenimento collegamento point to point di TV consoles di gioco videoregistratori HiFi Il Automazione e controllo collegamento d impianto di illuminazione riscaldamento e aria condizionata gestione dell energia e degli elettrodomestici IV Sicurezza Sec collegamento di sensori antintrusione antincendio rilevamento allagamenti videocamere e sistemi d allarme Fig 5 1 Reti domestiche in un abitazione Con la tecnologia tradizionale le varie funzioni vengono svolte da apparecchi che non dialogano fra loro quindi la gestione integrata e coordinata delle varie reti domestiche non possibile e l interfacciamento dei vari sistemi ammesso che sia realizzabile comporta costi insostenibili per un impianto residenziale Nel sistema bus invece le varie apparecchiature possono comunicare tra loro Si rende dunque possibile la realizzazione di funzioni che coinvolgono 136 CAPITOLO 5 contemporaneamente diversi dispositivi generando cosi l interazione tra pi sistemi Un esempio pratico pu essere l interazione dei comandi luce con l impianto antifurto quando si inserisce l impianto antifurto si pu scegliere di inviare un comando di spegnimento a tutto il sistema d illuminazione in modo tale da essere sicuri che tutte le lampade siano spente mentre in caso d
49. POLITECNICO DI MILANO Facolt di Ingegneria dei Processi Industriali Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria Elettrica Dipartimento di Elettrotecnica ANALISI E VALUTAZIONE TECNICA ECONOMICA DI TRE POSSIBILI REALIZZAZIONI DI IMPIANTI ELETTRICI CIVILI Relatore Ing Stefano Maggi Tesi di Laurea Specialistica di Luigi Giannini Matr 681107 Anno Accademico 2009 2010 Vorrei ringraziare tutte le persone che mi hanno aiutato nell elaborazione e nella stesura di questa Tesi Un grazie particolare al mio Relatore Ing Stefano Maggi per l instancabile supporto la fiducia datami in tutto il progetto la sua disponibilit e i suoi utili consigli Desidero ringraziare il Sig Giorgio Rigoldi impiegato presso Pi Prezzi della CCIAA di Milano per avermi concesso la possibilit di consultare il Prezzario della CCIAA di Milano e per la sua disponibilit Non posso non ringraziare tutte le Ditte del settore che con molta pazienza hanno risposto ai miei questionari Un sentito ringraziamento ai miei genitori per il sostegno morale vero mamma ed economico che mi hanno permesso di diventare la persona che sono alla mia fidanzata Elisa per l aiuto nelle correzioni grammaticali e per essermi stata vicina sia nei momenti difficili che felici Un ulteriore ringraziamento a mia sorella Rossella a i miei amici e ai compagni di universit Un grazie di cuore a tutti senza di voi non ce l avrei mai fatta Luigi INDICE
50. PREMESSA uuu a u LI US a 4 INTRODUZIONE has eese eges OR ia iai puce tea cot es 5 CAPITOLO 1 IMPIANTI ELETTRICI CIVILI 9 14 Generalit alberata aan Qe pads 10 1 2 Piattaforma analogica classica 13 1 3 Piattaforma a BUS 16 1 3 1 Processo di convergenza 18 13 2 La INOHTIalIVA u uuu udis teca qaa ag euet vie aaa dirt 21 13 3 Piattaforma KNX eso a ah pet c uod de udo Vago dua dt da ast 23 1 3 3 1 L impianto KNX cablato 25 1 3 3 1 1 Topologia di KNX TP 27 1 3 3 2 L impianto in onda convogliata PL 33 1 3 3 3 L impianto in radio frequenza RF 35 1 3 3 4 L impianto KNX ethernet IP 37 CAPITOLO 2 NUOVA PIATTAFORMA PROPOSTA LA TECNOLOGIA we 38 2 1 ZigBee protocollo wireless emergente 40 2 2 Introduzione alle WPAN Wireless Personal Area Network 41 2 3 ZigBee Alliance e IEEE 802 15 4 nne 42 2 4 Il protocollo IEEE 802 15 4 e ZigBee 43 2 4 1 Descrizione sa Lele ella oi 43 2 4 2 Topologie di rete 45 Livello fisico PHY crea 48 24 4 Livello MAC a una a Ud Yer ee
51. Scatola di derivazione 19 5 Quadro generale comprensivo di centralino di incasso sezionatore 32A spia luminosa 30 interruttore magnetotermico differenziale 25A Id 30mA interruttore magnetotermico 16A n 2 interruttori magnetotermici 10A 99 CAPITOLO 4 La tabella contiene il tempo per ogni opera eseguita dato dalla media di tutti i tempi forniti dalle 10 imprese del settore Moltiplicando tale tempo per il costo orario di un installatore elettrico desumibile dal Prezzario delle Opere Edili della CCIAA di Milano possibile conteggiare la spesa totale della manodopera elettrica La tabella 4 3 racchiude in essere delle ipotesi semplificative Le varie ditte hanno considerato un abitazione civile di circa 100 m Per tempo impiegato hanno considerato l intervallo di tempo che intercorre durante le seguenti prestazioni l posa del tubo flessibile nella traccia dal centro di potenza fino al punto di utilizzo Il inserimento dei cavi nelle tubazioni Il montaggio dei frutti supporto e placca con i necessari collegamenti Hanno supposto che non si verifichino impedimenti fortuiti che facciano aumentare la durata Non si tiene conto di aumenti dovuti a prestazioni fuori sede perch tale lavoro non rientra nella casistica degli interventi Dal Prezzario delle Opere Edili esistono pi categorie di installatori e per ognuna di essa si ha un costo orario si considera quindi un prezzo medio di 30 00 h Nel Prez
52. Stack IEEE 802 15 4 ZigBee 2 4 IL PROTOCOLLO IEEE 802 15 4 E ZIGBEE 2 4 1 DESCRIZIONE Lo standard IEEE 802 15 4 viene approvato nell estate del 2003 e definisce il protocollo di trasmissione a basso livello tramite comunicazione radio tra diversi dispositivi rientranti in una Personal Area Network PAN Le WPAN Wireless PAN vengono utilizzate per distribuire informazione su distanze relativamente brevi e senza cavi di collegamento le connessioni effettuate attraverso le WPAN riguardano piccoli ambienti ed infrastrutture il 43 CAPITOLO 2 che favorisce lo sviluppo di soluzioni poco costose ed energeticamente efficienti per un ampia gamma di applicazioni Lo standard definisce pi in particolare le specifiche del livello fisico PHY e datalink MAC al fine di garantire una modalit di connessione wireless a basso data rate tra dispositivi fissi portatili o mobili che necessitano di un basso consumo di potenza ovvero lunga durata delle batterie a bordo e che tipicamente lavorano in uno spazio operativo POS Personal Operating Space dell ordine di qualche decina di metri Il data rate deve essere sufficientemente elevato in modo da consentire la connettivit di periferiche interattive largamente diffuse come ad esempio quelle per PC ma nel contempo vi deve essere anche la possibilit di ridurlo fino ai livelli tipici richiesti da sensori ed applicazioni orientate al controllo ed all automazione delle infrastrutture Si
53. TAVOLA 4 5 6 F N T830 16 F N T380 8 F N T170 9 F N T50 b Montante FNT2100 10 F N T1250 7 2XA 830 4 F N T700 5 2X0 700 2 F N T800 19 F N T340 8 2XI 350 I G 21 F N T350 12 F N T370 43 2 370 20 F N T490 H 190 H120 L L 22 F N T170 14 1570 15 200 e 90 3 F N T600 11 F N T340 APP 5 Primo Piano Via Dante 21 Albiate MB Impianto elettrico Scala 1 50 95 CAPITOLO 4 TAVOLA 4 6 A 1 F N T100 110 H120 21 F NT120 23 2XE 520 22 F NT440 24 520 5 2 430 21 0 17 F N T430 8 2XQ530 N H 110 14 2XQ 400 4 II Mo ENT li N 720 F NT220 C 18 2XC 500 H 80 19 N T 500 H190 13 F N T550 16 F N T160 3 B 6 F N T700 H35 H80 11 2XB 600 b Montante FNT2100 eo P e 12 NT600 Sottotetto Via Dante 21 Albiate VB Impianto elettrico Scala 1 50 96 CAPITOLO 4 TAVOLA 4 7
54. Un impianto tradizionale inevitabilmente caratterizzato da un elevata complessit circuitale ed strutturato in modo tale che ogni funzione fa riferimento ad un cablaggio separato e dedicato Ciascun apparecchio di comando ad esempio un interruttore direttamente collegato a tutte e sole le utenze elettriche ad esempio le lampade che deve attivare disattivare o regolare Nei sistemi a Bus le utenze elettriche e i rispettivi apparecchi di comando al contrario non sono direttamente collegati Le segnalazioni e i comandi vengono infatti inviati attraverso un mezzo di trasmissione la linea bus ed eseguiti grazie a un codice di indirizzamento dai soli dispositivi interessati Tutti i componenti del sistema apparecchi di comando rilevatori di stato utenze elettriche ecc sono quindi connessi direttamente o attraverso opportuni dispositivi al mezzo di trasmissione che unico in tutto il sistema e che trasferisce comandi e segnalazioni da un componente all altro Il cablaggio nelle piattaforme analogiche classiche vincolante per le funzioni da realizzare e comporta un numero molto elevato di linee e tutte di potenza Ogni comando richiede una linea dedicata che arriva all oggetto da comandare Inoltre qualsiasi modifica anche banale comporta il rifacimento del cablaggio La chiusura e l apertura del circuito di comando effettuata da un meccanismo inserito nel comando stesso AI contrario con un sistema a bus il circuit
55. a di 105 70 il quadrilocale diventa di 267 67 ci per far osservare come l aumento della grandezza dell impianto comporta una maggiore economia La piattaforma totalmente wireless dunque sempre pi conveniente all aumentare della dimensione dell unit abitativa cio dell impianto elettrico ed possibile impiegarla anche in campo terziario dove i risparmi possono diventare presumibilmente molto interessanti 129 CAPITOLO 4 Tre conduttori di fase neutro e terra da 380 cm ciascuno T pennan LL NM NNNM F N _ E semp C 130 CAPITOLO 5 CAPITOLO 5 5 CONFRONTO FRA LE PIATTAFORME STUDIATE Nel quarto capitolo sono state proposte tre differenti realizzazioni di impianti elettrici civili l Piattaforma analogica classica di tipo cablato Il Piattaforma a bus di tipo cablato Ill Piattaforma totalmente wireless Allo scopo di confrontare le tre soluzioni per evidenziarne vantaggi e svantaggi si procede a una prima analisi delle diversit tra impianto tradizionale e a bus per poi analizzare le differenze tra impianto cablato e senza fili Si vuole quindi mostrare le peculiarit di maggior pregio difetto di ogni soluzione proposta al fine di sottolineare la diversit tra una soluzione pre domotica basata su una piattaforma analogica classica e una soluzione domotica a bus 132 CAPITOLO 5 5 1 IMPIANTI TRADIZIONALI E A BUS A CONFRONTO
56. a 4 10 per quanto riguarda il quadro generale esso resta invariato rispetto all unit abitativa gi studiata e quindi si rimanda alla precedente figura 4 1 Tab 4 10 Dotazioni previste nell abitazione Locale Illuminazione Servizi vari N 1 Punto luce a soffitto comandato da 1 punto N 5 Presa 2P T 16 10A N 1 Puntolucea soffitto comandato da 2 punti N 4 Presa 2P T 10A Soggiorno con angolo cottura 1 Punto luce a parete h 225cm comandato da 2 punti N 1 Suoneria ingresso N 1 Ronzatore bagno Disimpegno N 1 Puntolucea soffitto comandato da 2 punti N 1 Punto luce a parete h 190cm comandato da 1 punto N 2 Presa 2P T 16 10A N 1 Punto luce a soffitto comandato da 1 punto N 1 Pulsante a tirante Balcone N 1 Punto luce a parete h 230cm comandato da 1 punto N 1 Presa 2P T 10A 116 CAPITOLO 4 La stessa modalit di procedere e le stesse scelte impiegate per la soluzione abitativa precedente vengono ora seguite per lo studio delle tre piattaforme analogica classica di tipo cablato a Bus di tipo cablato e totalmente wireless del monolocale Si riportano quindi solamente le tavole e i preventivi di spesa ottenuti per poi concentrarsi sull analisi dei risultati 4 2 1 PIATTAFORMA TRADIZIONALE Nella tavola 4 13 descritta la localizzazione degli organi di comando delle prese dei punti luce e dei centri di potenza La tavola 4 14 riporta lo schema topografico della distribuzio
57. ad altri utilizzando una connessione wireless L uc Luce Cs 2 NI Q NS Q C Termostato N Q Automazione Automazione mite v gt 2 Termostato s Sensore Pulsante dd Presa muro Fig 3 1 Sistema wireless a mesh per la gestione di tutti i dispositivi presenti in edifici abitazioni o uffici N Presa a muro Comput SMB realizza una perfetta sintonia tra High Tech e Lifestyle un sistema wireless a mesh ad alta tecnologia e raffinato design 63 CAPITOLO 3 Grazie a SMB l impianto elettrico di casa ufficio o la domotica diventano non solo wireless ma anche un sistema modulare a stile di vita l accessorio di lusso si propone come un insieme di soluzioni disponibili a tutti sempre pi semplici e veloci nell installazione e nel funzionamento SMB attraverso la propria tecnologia progetta e sviluppa i prototipi dei moduli figura 3 2 venduti successivamente in kit modulari in funzione alle seguenti linee guida Esigenze del cliente Risparmio economico e risparmio energetico del cliente Semplicit flessibilit ed integrazione Fig 3 2 Foto reali di alcuni prototipi di moduli realizzati gi pronti per l installazione finale 64 CAPITOLO 3 Smart Mesh Building come indica anche il nome stesso si basa per la gestione di dispositivi e di impianti elettrici su una rete wireless a mesh creata dagl
58. allarme di accendere tutte le luci della zona allarmata Con impianti in grado di comunicare e quindi di integrarsi si ha il passaggio da prodotti e soluzioni stand alone singole isolate a prodotti e soluzioni interoperabili L interazione o per meglio dire l integrazione dei diversi dispositivi e delle diverse funzioni quindi agevolata con i sistemi Bus Questi consentono ai vari impianti di un edificio illuminazione climatizzazione sicurezza antintrusione controllo accessi automatismi e cosi via di diventare un sistema unico in cui si riducono i costi d esercizio e quindi i consumi energetici Si riassume nella tabella 5 1 le differenze principali tra l installazione tradizionale e intelligente Presenza di un quadro e o centralina di controllo Assenza di centraline di controllo Centralizzazione dell intelligenza facoltative Intelligenza distribuita Dispositivi dedicati ad una sola applicazione Dispositivi con applicazione configurabile rei 7 PORCA Possibilit di operare sui dispositivi di Rischio di contatto diretto nei dispositivi di comando comando sottotensione SELV 137 CAPITOLO 5 5 2 IMPIANTI CABLATI E WIRELESS A CONFRONTO Accedere alla rete aziendale via radio col portatile navigare in Internet col proprio smartphone comandare e gestire gli elettrodomestici di casa o complesse macchine industriali senza fili diventeranno presto operazioni abituali Gi oggi sono possibili grazie alle
59. atola da incasso a parete appoggiato su una superficie qualsiasi di casa appeso al muro tipo quadretto grazie alle sue ridotte dimensioni l area occupata simile a quella di una carta di credito praticamente pu essere quindi posizionato ovunque senza vincoli In funzione della posizione pi comoda scelta stata prevista una differente alimentazione del modulo direttamente all impianto di potenza 230V oppure attraverso pile standard la cui durata dipende ovviamente dal tempo di utilizzo del sistema considerando un utilizzo normale stata calcolata in circa 3 anni 3 3 1 2 KIT LUCE Il kit luce come gi accennato gestisce con funzionalit on off e dimmer al massimo 4 luci indipendenti di max 100W l una da 4 punti di comando interruttore indipendenti figura 3 4 Mentre i punti luce sono prescelti caso nuove costruzioni o prefissati caso costruzioni esistenti i punti di comando possono essere dislocati in qualsiasi momento all interno della propria abitazione ufficio direttamente dal cliente finale in base alle proprie esigenze figura 3 5 69 CAPITOLO 3 Una pressione continua sul pulsante del modulo fornito permette di variare l intensit luminosa del punto luce associato o dei punti luce associati Fig 3 5 Mobilit totalmente libera relativa al posizionamento dei punti di comando della propria abitazione Anche la relativa associazione comando luce pu essere
60. attutto in questi ultimi anni sono causati dalla sempre maggiore richiesta da parte dell utente finale di nuove prestazioni funzionalit ed esigenze nonch di una flessibile e semplice interoperabilit fra dispositivi elettrici elettronici presenti nell ambiente domestico lavorativo Nel capitolo 5 sono stati analizzati i pi evidenti di questi problemi che brevemente vengono di seguito riportati elevati costi realizzativi di tipo elettrico e di tipo edile dislocazione dei punti di comando e dei punti di acquisizione sensori prefissata quindi fissa ad incasso e scelta normalmente non dall utilizzatore finale associazione comando luce sensore attuatore fissa predeterminata scelta normalmente non dall utilizzatore finale e vincolata ad un ulteriore cablaggio dedicato difficolt ed elevati tempi realizzativi per modifiche all impianto successive nel caso fossero possibili pericolosit punti di comando accessibili a tutti alla tensione di rete 220 V Tutti questi problemi vengono risolti ed eliminati facilmente utilizzando le innovative tecnologie wireless Nel quarto capitolo infatti attraverso lo studio dell impianto elettrico di due soluzioni abitative di diversa grandezza viene mostrato il risparmio economico conseguibile scegliendo la piattaforma Wireless Mesh Network 148 CONCLUSIONI della Smart Mesh Building rispetto alle piattaforme analogica classica e a bus di tipo cablato Si
61. centralizzato in cui ogni dispositivo svolge una parte dell elaborazione richiesta in modo da distribuire le funzionalit su pi unit indipendenti sistemi a bus quindi sono pi flessibili dei tradizionali infatti possibile modificare la funzionalit dell impianto semplicemente variando la programmazione dei dispositivi o aggiungendone dei nuovi Ad esempio se in un determinato ambiente un ufficio viene trasformato in sala riunioni l unica cosa da cambiare dal punto di vista dell impianto elettrico la configurazione dei dispositivi del sistema bus in quanto il cablaggio esattamente lo stesso vari impianti che equipaggiano la casa come l illuminazione il riscaldamento o l azionamento motorizzato delle tapparelle con la piattaforma analogica classica sono progettati e realizzati separatamente e gestiti da sistemi diversi Questi sistemi da funzioni di comando manuale con l impiego di dispositivi elettronici possono svolgere funzioni automatiche per isolate Oltre agli impianti d automazione e controllo in una casa si hanno anche impianti di comunicazione d allarme d intrattenimento ecc Una casa configurata con funzioni automatiche ma isolate si pu definire pre domotica Un altra grossa diversit dunque tra un impianto tradizionale e a bus proprio la capacit di integrazione 135 CAPITOLO 5 E possibile individuare almeno quattro contesti di reti domestiche tra loro non connesse figura 5 1
62. con velocit di trasmissione pari a 1200 bit s circa 6 telegrammi al s Il telegramma PL comprende un nucleo identico al telegramma TP preceduto e seguito da campi aggiuntivi l ID di sistema particolarmente importante poich solo apparecchi PL che hanno lo stesso valore di questo campo possono comunicare fra loro La rete 220 V ac una rete aperta nella quale le condizioni di trasmissione impedenza e disturbo non sono prevedibili con esattezza a causa della grande variet di utenze elettriche collegate Per assicurare una trasmissione affidabile dei dati stato adottato il protocollo di trasmissione SFSK Spread Frequency Shift Keying che prevede la trasmissione dei segnali a due frequenze distinte 105 6 e 115 2 kHz con la possibilit di riparare i telegrammi nel caso si verifichino disturbi rilevanti durante la trasmissione In fase di progettazione necessaria un analisi accurata per valutare se le interferenze possano costituire un problema per l impianto 34 CAPITOLO 1 1 3 3 3 L IMPIANTO KNX IN RADIO FREQUENZA RF KNX RF rappresenta l alternativa per realizzare impianti domotici wireless Dato che molti apparecchi non richiedono di essere cablati KNX RF particolarmente adatto in caso di ristrutturazione di un edificio limitando fortemente l impatto dei lavori di installazione Pu anche rappresentare una valida soluzione per estendere un impianto KNX TP In un sistema wireless non esistono vincoli di to
63. d alle interferenze Sempre come conseguenza diretta della natura del canale trasmissivo si hanno anche problemi di sicurezza intesa come affidabilit e non intercettazione dei messaggi con le soluzioni wireless Oggi esistono gi codici di codifica a 128 bit considerati sicuri ma si ha per questo un aumento dei costi Oggi il nuovo orizzonte delle reti utilizzate in Domotica rappresentato dalle Wireless Local Area Network WLAN che possono essere considerate una valida ed intelligente alternativa alle reti cablate Nelle moderne WLAN ogni singolo nodo non solo pu trasmettere e ricevere informazioni ma pu anche essere un ponte permettendo di raggiungere in modo migliore un nodo remoto ai confini della copertura aumentando l affidabilit del sistema complessivo Reti di questo tipo vengono chiamate Wireless Mesh Networks e rappresentate in figura 5 2 Fig 5 2 Semplice esempio di una Wireless Mesh Network 145 CAPITOLO 5 Queste maggiori capacit non erano possibili attraverso una connessione wireless tradizionale dove per esempio un singolo nodo poteva solamente o ricevere o trasmettere il dato quindi era un trasmettitore o era un ricevitore Si riassume nella tabella 5 2 le differenze principali tra gli impianti cablati e wireless Tab 5 2 Differenze tra impianti cablati e wireless Installazione cablata Installazione wireless Mezzo trasmissivo soggetto ad usura mn to Mezzo trasmissivo
64. da incasso con coperchio bianco e viti di fissaggio Dimensioni 287x154x70 mm Vimar V70007 Ne 45 14248 FK15N tubo nero FL 3321 4 20 m 3633 030 108 99 Morsetto estraibile a 2 poli a viti per circuito BUS Vimar art 01839 N 21 0 82 17 22 Cavo per sistemi bus 2x0 50 con guaina LSZH tensione nominale 300 500 V 400m Vimarart 01840 gt a OSO e 208 N07V K 1 5mmq rossa cordina antifiamma m 2098 0 22 46 16 N07V K 1 5mmq nera cordina antifiamma m 26 1 022 5 74 N07V K 1 5mmq marrone cordina antifiamma m 16 1 0 22 3 54 N07V K 1 5mmq blu cordina antifiamma m_ 221 0 22 48 62 N07V K 1 5mmgq giallo verde cordina antifiamma m 221 0 22 48 62 N07V K 2 5mmq marrone cordina antifiamma m 81 9 0 36 29 48 N07V K 2 5mmq blu cordina antifiamma m 81 9 0 36 29 48 N07V K 2 5mmq giallo verde cordina antifiamma m 819 036 29 48 N07V K 4 0mmq marrone cordina antifiamma m 24 3 0 57 13 85 N07V K 4 0 blu cordina antifiamma m 24 3 0 57 13 85 N07V K 4 0mmq giallo verde cordina antifiamma m 24 3 057 13 85 N07V K 6 0mmq nera cordina antifiamma m 1 0 83 0 83 N07V K 6 0 blu cordina antifiamma m 1 0 83 0 83 N07V K 6 0 giallo verde cordina antifiamma m 1 0 83 0 83 Sezionatore 32A Bticino BTDIN F72N 32N 1 modulo N 1 1507 15 07 Spia luminosa 230V Bticino BTDIN F40V 1 modulo N
65. e Totale Opere murarie 422 81 TOTALE 1 268 44 121 CAPITOLO 4 4 2 2 PIATTAFORMA A BUS DI TIPO CABLATO La localizzazione degli organi di comando delle prese dei punti luce e dei centri di potenza invariata rispetto alla piattaforma tradizionale quindi si rimanda alla tavola 4 13 Rimane invariata la distribuzione del circuito di potenza delle prese da 10 e da 16 A rappresentate nella precedente tavola 4 15 La distribuzione del circuito di comando impianto luce si modifica come riportato in tavola 4 16 122 CAPITOLO 4 TAVOLA 4 16 6 F N T630 H 110 4 F N T350 5 DP 350 18 F N T 1060 19 DP 1060 21 F N T290 H225 3 F N T130 nmm 14 F N T400 H 110 15 DP 400 E 10 F NT340 20 F N T430 16 F N T480 9 ENTO 17 DP 480 APP 2 Via Castello 8 Albiate VB Monolocale Impianto elettrico Scala 1 50 123 CAPITOLO 4 Si ricava il Preventivo di Spesa descritto nella sottostante tabella 4 12 Tab 4 12 Preventivo di Spesa Descrizione materiale Quantit Prezzo un Totale Centrale di controllo 2 moduli Vimar Eikon art 20510 N 1 221 88 221 88 Due pulsanti basculanti ed attuatore con uscita a rel in scambi
66. e chips sempre pi integrati e conseguentemente pi economici che siano in grado di implementare l intero protocollo Chiaramente la sfida non semplice poich si tratta di un mercato in gran parte saturato da tecnologie come Wi Fi IEEE 802 11 Bluetooth UWB e WirelessUSB dispositivi ZigBee sono in grado di trasmettere fino a una distanza di circa 70m in aria libera e a circa 30m all interno di edifici a seconda delle interferenze RF dell ambiente in cui si trovano e del consumo di potenza richiesto dall applicazione Essi operano all interno della banda di frequenze libere senza licenza ISM 2 4GHz UHF 915MHz negli Stati Uniti e UHF 868MHz in Europa La velocit di trasferimento dei dati variabile in base alla frequenza e varia da un minimo di 20kbit s D868MHz ad un massimo di 250kbit s 2 4GHZ Il lavoro della task force ZigBee Alliance e IEEE consistito nella definizione dell intero stack in particolare l IEEE ha sviluppato i due layer pi bassi del protocollo fisico e MAC mentre l alleanza ha definito i layer superiori cio quello di rete e di applicazione in maniera tale da garantire l interoperabilit tra i prodotti di diverse case costruttrici definizione dei profili 42 CAPITOLO 2 La seguente figura 2 2 propone i vari layer dello stack ZigBee Informazione trasmessa ricevuta Codice sul micro layer datalink H lt v Transceiver PHY IC layer fisico Fig 2 2
67. ei vari impianti non possibile e l interfacciamento dei vari sistemi ammesso che sia realizzabile comporta costi insostenibili per un impianto residenziale La disponibilit della tecnologia Bus ha permesso di superare questi limiti Nelle installazioni tradizionali ciascun apparecchio di comando ad esempio un interruttore direttamente collegato a tutte e sole le utenze elettriche ad esempio le lampade che deve attivare disattivare o regolare 11 CAPITOLO 1 Cablaggio tradizionale U F Nei sistemi a Bus al contrario le utenze elettriche e i rispettivi apparecchi di comando non sono direttamente collegati Le segnalazioni e i comandi vengono infatti inviati attraverso un mezzo di trasmissione ed eseguiti grazie a un codice di indirizzamento dai soli dispositivi interessati Tutti i componenti del sistema apparecchi di comando rilevatori di stato utenze elettriche ecc sono quindi connessi direttamente o attraverso opportuni dispositivi al mezzo di trasmissione che unico in tutto il sistema e che trasferisce comandi e segnalazioni da un componente all altro Il mezzo di trasmissione denominato Bus 12 CAPITOLO 1 Cablaggio intelligente Sensori Linea Segnali Attuatori Linea di UE L interazione o per meglio dire l integrazione dei diversi dispositivi e delle diverse funzioni quindi agevolata con i sistemi Bus Q
68. ella KNX TP ci permette di inviare informazioni aggiuntive specifiche della comunicazione RF e di mantenere la capacit di traffico intorno ai 50 telegrammi al secondo Infatti analogamente a TP e PL l informazione viene scambiata mediante telegrammi pur se con delle particolarit dovute al mezzo Per ora i costruttori hanno privilegiato la configurazione in modalit Easy Mode che non richiede l uso del PC tuttavia possibile implementare anche la modalit System Mode Per la messa in servizio degli apparecchi vi sono diverse soluzioni n push button mode gli apparecchi che devono funzionare insieme ad esempio un sensore ed un attuatore vengono dapprima posti in modalit di messa in servizio A questo punto viene inviato un telegramma di collegamento Un eventuale microinterruttore DIP Switch sul sensore permette di selezionare la funzione da svolgere n controller mode si utilizza un configuratore portatile dotato di display e men guidato per la definizione dei collegamenti logici C da attendersi un notevole sviluppo della tecnologia RF nei prossimi anni non va infatti dimenticato che ogni anno le nuove costruzioni rappresentano solo una piccola percentuale del patrimonio immobiliare complessivo e le esigenze degli interventi di ristrutturazione possono essere meglio soddisfatte da un sistema RF che richiede un installazione semplificata 36 CAPITOLO 1 1 3 3 4 L IMPIANTO KNX ETHERNET IP Nell automaz
69. ente l affidabilit in condizioni sfavorevoli di trasmissione Un altro frame molto importante il frame ACK Esso fornisce la conferma che il pacchetto inviato stato ricevuto correttamente Questa soluzione garantisce la consistenza dei dati ma ovviamente aumenta la latenza Il frame di comando MAC fornisce un meccanismo per il controllo e la configurazione remota dei nodi client Infine il frame di beacon ha il compito di svegliare i dispositivi client i quali sono in ascolto del loro indirizzo e vanno in modalit sleep se non lo ricevono I beacon che sono in pratica segnali di sincronismo sono importanti per le reti a maglia e cluster tree per mantenere tutti i nodi sincronizzati senza la necessit che essi rimangano in ascolto per luoghi periodi di tempo consumando cosi le batterie Trattandosi di una trasmissione in cui il mezzo radio condiviso da tutti i dispositivi necessario disporre di qualche metodo di arbitraggio della trasmissione affinch dispositivi inviino pacchetti contemporaneamente Esistono due tecniche utilizzate la CSMA CA ed il beacon A differenza di quanto avviene nelle reti LAN su cavo IEEE 802 3 per le reti wireless stata adottata la tecnica di accesso multiplo con rilevamento della portante ed eliminazione delle collisioni CSMA CA Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance In sostanza significa che ogni dispositivo prima di iniziare una trasmissione
70. esa 2P T 10A Disimpegno 1 N Punto luce a soffitto comandato da 3 punti N 1 Suoneria ingresso N 1 Luce d emergenza Ripostiglio N Punto luce a parete h 100cm comandato da 1 punto 7 N Punto luce a soffitto comandato da 1 punto 1 Presa 2P T 16 10A bipasso Lavanderia N Punto luce a parete h 190cm comandato da 1 punto N 1 Presa 2P T 10A Cucina N Punto luce a soffitto comandato da 1 punto kae presa APATTA bipasso Scala N Punto luce a parete h 190cm comandato da 5 punti N 2 Presa 2 10A Disimpegno 2 N 1 Ronzatore bagno N 1 Luce d emergenza Camera matrimoniale N Punto luce a parete h 190cm comandato da 3 punti N 3 Presa 2P T 10A Camera singola 1 N Punto luce a parete h 190cm comandato da 2 punti N 2 Presa 2P T 10A Camera singola 2 N Punto luce a parete h2190cm comandato da 2 punti N 2 Presa 2P T 10A N Punto luce a parete h 190cm comandato da 1 punto N 2 Presa 2P T 10A Bagno N 1 Pulsante a tirante N Punto luce a parete h 190cm comandato da 2 punti Balcone 1 N Punto luce a parete h 190cm comandato da 1 punto NE GEE Sa PETS N 1 Presa per tenda elettrica Balcone 2 N Punto luce a parete h 190cm comandato da 1 punto Doct Presa ep T 195 N 1 Presa per tenda elettrica Avendo a disposizione la pianta dell appartamento con l esatta ubicazione dell arredamento si localizzano i centri di potenza i punti luce e le prese in maniera razionale con una distribuzione degli organi di comando accessibi
71. g 4 1 Schema dei circuiti del quadro generale 88 CAPITOLO 4 tubi protettivi da utilizzare devono soddisfare le seguenti prescrizioni diametro interno deve essere superiore di almeno il 30 rispetto al diametro del fascio dei cavi che devono contenere neitubi non sono ammesse giunzioni dei cavi deve essere assicurata la sfilabilit e la reinfilabilit dei cavi i tubi flessibili installati sotto pavimento devono essere del tipo pesante Le quote consigliate per Jlinstallazione delle apparecchiature sono desumibili dalla tabella 4 1 Tab 4 1 Quote consigliate per l installazione delle apparecchiature H altezza Servizio installazione in cm Presa a spina 35 Prese a spina e comandi punti luce testate letti 80 Comandi luce e prese per elettrodomestici portatili 110 Prese a spina e comandi punti luce interno bagni e piano lavoro cucina 120 Quadro unit abitativa 160 Suoneria Ronzatore 200 Presa a spina per ventola di aspirazione bagni 230 Pulsante a tirante per bagni 230 Presa a spina per alimentazione cappa cucina 250 89 CAPITOLO 4 La tabella 4 2 riassume le dotazioni previste nell appartamento Tab 4 2 Dotazioni previste nell abitazione Locale Illuminazione Servizi vari N Punto luce a soffitto comandato da 2 punti N 3 Presa 2P T 10A Soggiorno N Punto luce a parete h 190cm comandato da 1 punto N 1 Pr
72. gni caso ad 128 CAPITOLO 4 essere la pi onerosa sempre naturalmente per gli alti costi del materiale di comando Esaminando pi nel dettaglio le singole voci il costo delle apparecchiature di comando della piattaforma wireless maggiore della tradizionale al contrario dello studio precedente Per la diminuzione dei costi di installazione elettrica e delle opere edili permettono ugualmente sul totale della prestazione di conseguire un risparmio con la soluzione wireless di 119 33 9 41 rispetto alla piattaforma analogica classica Questo risparmio diventato meno cospicuo rispetto alla soluzione abitativa studiata in precedenza Si pu affermare che la dimensione abitativa e quindi l estensione e la complessit dell impianto sono legati all economia tra la piattaforma wireless e l analogica classica In particolare pi aumenta la grandezza dell impianto e maggiore sar il risparmio ottenibile con la piattaforma wireless rispetto a quella analogica classica questo perch un impianto classico cablato pi grande e maggiore sar la lunghezza dei cavi il tempo impiegato dall installatore nell eseguire il lavoro e le opere edili occorrenti Infatti come gi detto sono questi i tre fattori che consentono di far diventare meno costosa la piattaforma totalmente wireless Ad esempio considerando solo la spesa delle opere edili con il monolocale il decremento della piattaforma wireless rispetto alla analogica classic
73. i attuatori necessitano del collegamento alla rete elettrica mezzi trasmissivi KNX basati su un cavo bus sono due TPO Twisted Pair tipo 0 e TP1 Twisted Pair tipo 1 Il primo proviene dal sistema BatiBUS ed costituito da un cavo contenente una coppia di conduttori intrecciati che consente una velocit di trasmissione pari a 4800 bit s II TP1 non altro che il mezzo trasmissivo pi utilizzato in EIB un cavo a conduttori intrecciati con velocit di trasmissione pari a 9600 bit s In comune i due mezzi trasmissivi hanno la comunicazione bidirezionale di tipo half duplex ed il protocollo CSMA CA Carrier Sense Multiple Access Collision Avoidance per la gestione dei conflitti di accesso al bus da parte degli apparecchi Attualmente il mercato propone solo prodotti KNX TP1 Una parte degli apparecchi bus KNX TP sono costituiti da tre componenti l accoppiatore bus 25 CAPITOLO 1 il modulo applicativo il programma applicativo L accoppiatore il cuore di ogni apparecchio bus un dispositivo che comprende un controllore ed un modulo di trasmissione Il controllore comprende un microprocessore ed una dotazione di memoria suddivisa in ROM RAM ed EEPROM la memoria ROM contiene il software di sistema la RAM contiene l applicazione ed i valori correnti durante il funzionamento dell apparecchio la EEPROM contiene il programma applicativo gli indirizzi fisico e di gruppo ed i parametri che vengono caricati med
74. i deve a BCI l introduzione sul mercato del primo vero e proprio sistema bus per l automazione degli edifici orientato ad applicazioni sia di tipo residenziale che terziario Ogni apparecchio BatiBUS poteva comunicare con qualsiasi altro collegato in rete indipendentemente dal costruttore Il mezzo trasmissivo era un cavo a due conduttori intrecciati twisted pair eventualmente schermato di tipo telefonico od elettrico EHSA European Home System Association un associazione di costruttori fondata nel 1990 che ha acquisito le specifiche EHS e ne ha proseguito lo sviluppo La caratteristica pi interessante senza dubbio la propensione allo sviluppo di apparecchiature di tipo plug amp play ossia dispositivi che per il loro funzionamento richiedono semplicemente di essere collegati alla rete senza necessit di programmazione e messa in servizio Per il trasferimento dei segnali di controllo tra le diverse apparecchiature i mezzi trasmissivi previsti per EHS erano la rete di alimentazione elettrica il cavo coassiale per TV od il doppino telefonico EIBA European Installation Bus Association societ di tipo cooperativo fondata nel 1990 basata sull uso del sistema standard EIB l automazione degli edifici EIB un sistema decentralizzato sviluppato in 19 CAPITOLO 1 modo specifico per le applicazioni di domotica e building automation e basato sul modello di riferimento OSI per i sistemi di comunicazione mezzi trasmiss
75. i in servizio con le prime due modalit la terza pensata soprattutto per l integrazione nell impianto domotico di elettrodomestici apparecchiature audio video ed altri prodotti consumer in attesa di implementazione da parte dei costruttori di questi settori Proseguendo con l esame della piattaforma il nucleo comune common kernel contiene il sistema di comunicazione destinato a supportare la configurazione di impianto e lo svolgimento delle applicazioni distribuite Esso comprende il protocollo per lo scambio dei messaggi un insieme di mezzi trasmissivi diversi ed i modelli per gestire la comunicazione in ogni nodo di rete L ampia scelta di mezzi trasmissivi tiene conto delle variet di situazioni impiantistiche di fronte alle quali si trova l automazione d edificio dalle nuove costruzioni alle ristrutturazioni dai piccoli edifici residenziali ai grandi complessi terziari Infatti l insieme di mezzi trasmissivi comprende 24 CAPITOLO 1 TP1ePL110 provenienti da EIB Twisted Pair e Power Line TPO e PL132 provenienti da BatiBUS Twisted Pair ed EHS Power Line RF radiofrequenza a 868 MHz IR infrarossi Ethernet IP 1 3 3 1 L IMPIANTO KNX CABLATO Il sistema KNX cablato TP Twisted Pair utilizza come mezzo trasmissivo un cavo bus di segnale separato dalla rete per la distribuzione di energia elettrica alle utenze Tutti gli apparecchi sensori od attuatori devono essere collegati al bus mentre solo gl
76. i stessi moduli nodi di volta in volta installati In questo caso la copertura assicurata dalla mesh creata e non pi dalla distanza fra 2 nodi trasmettitore ricevitore secondo vecchia concezione punto a punto Ogni nodo modulo di questa rete wireless a bassissimo consumo di energia e a bassissima potenza effettiva irradiata quindi ad impatto praticamente nullo sul corpo umano circa 2mW contro i circa 100mW che normalmente assorbiamo quando parliamo al cellulare 3 2 STRUTTURA DEL SISTEMA SMART MESH BUILDING Il sistema Smart Mesh Building semplicemente costituito da un kit base unico e indispensabile sul quale si appoggiano gli altri kit fino ad ora sviluppati svolgendo nello specifico le funzionalit indicate nome kit figura 3 3 Il numero dei kit aggregabili a quello base possono essere singoli o multipli dello stesso tipo esempio kit base 4 kit luce oppure singoli o multipli di tipi diversi esempio kit base 2 kit luce 3 kit gestione azionamenti 1 kit termostato lasciando una scelta totalmente libera secondo le esigenze del cliente finale 65 CAPITOLO 3 KIT gestione KIT P termostato COD 7 de 7 NW KIT gestione risparmio energetico consumi j E NN luce Fig 3 3 Struttura modulare a kit del sistema Smart Mesh Building KIT II numero massimo dei kit aggregabili a quello base pu raggiungere oggi 50 kit 3 3 DESCRIZIONE DEI KIT
77. iante ETS Il modulo di trasmissione collega l accoppiatore alla rete bus di segnale e svolge un insieme di funzioni jinvio ricezione separazione e miscelazione di alimentazione ed informazione protezione dall inversione di polarit produzione di tensione stabilizzata a 5 o 24 V salvataggio dei dati a tensione inferiore a 18 V reset del processore a tensione inferiore a 4 5 V Il modulo applicativo destinato a svolgere una particolare funzione pu essere un termostato un unit di controllo con display un rilevatore di movimento ecc Infine il programma applicativo il software che effettua direttamente lo scan ed il controllo dell hardware dei sensori e degli attuattori 26 CAPITOLO 1 1 3 3 1 1 TOPOLOGIA DI KNX TP Su di una linea bus ossia la pi piccola unit di KNX TP in grado di funzionare possono essere collegati un massimo di 64 apparecchi senza vincoli sulle funzioni svolte Molti apparecchi dispongono di pi canali indipendenti fra loro quindi il numero di circuiti di comando realizzabili superiore a 64 La linea va dotata necessariamente di un apparecchio di sistema detto alimentatore che fornisce la bassissima tensione di sicurezza necessaria al funzionamento dell elettronica degli apparecchi In casi in cui c una particolare concentrazione di apparecchi installati in un tratto di linea bus molto breve opportuno installare un secondo alimentatore sulla stessa linea i due a
78. ifferenziale 25A 1d 0 03A Bticino BTDIN N 1 62 18 62 18 112 CAPITOLO 4 G8130 25AC 4 moduli Interruttore magnetotermico 16A Bticino BTDIN F810N 16 2 moduli N 1 16 72 16 72 Interruttore magnetotermico 10A Bticino BTDIN F810N 10 2 moduli N 2 16 72 33 44 Centralino da incasso con portello trasparente 12 moduli completo di scatola N 1 1471 14 71 di incasso Vimar V52412 Totale 1 390 63 Descrizione Quantit Prezzo un Totale Manodopera elettrica h 18 06 30 00 541 75 Materiale Manodopera elettrica 1 932 38 Descrizione Totale Opere murarie 794 66 TOTALE 2 727 04 La spesa totale inferiore alle soluzioni precedenti e pi precisamente di 459 94 14 43 rispetto a quella analogica classica Tale riduzione dovuta a tre fattori il costo minore dei cavi da impiegare per la diminuzione di lunghezza la manodopera elettrica meno cara per la riduzione del tempo impiegato dall installatore nell eseguire il lavoro come detto in precedenza le inferiori opere edili occorrenti Se delle tre piattaforme consideriamo le spese del circuito di comando circuito di potenza manodopera elettrica assistenza edile otteniamo il seguente grafico 4 1 di confronto in cui per completezza sono rappresentate anche le spese totali degli impianti 113 CAPITOLO 4 Graf 4
79. ione dei grandi edifici si manifestata da tempo la necessit di coprire grandi distanze o di mettere in comunicazione con un PC di visualizzazione un numero elevato di apparecchi Apparecchi che possono essere installati in parti di edificio fisicamente separate o addirittura installati in edifici distinti A questo scopo stato anche definito il protocollo KNXnet IP che fa gi parte dello standard KNX e da alcuni anni sono disponibili apparecchi di interfaccia e router che permettono di utilizzare la rete Ethernet come dorsale ad alta velocit a 10 o 100 Mbit s per lo scambio di messaggi KNX contenuti all interno di frame IP l passo successivo lo sviluppo di apparecchi KNX che comunichino direttamente su Ethernet IP Alcune applicazioni ne possono trarre grandi vantaggi dispositivi sviluppati appositamente per Ethernet possono offrire caratteristiche molto richieste come l integrazione di un web server o di singoli servizi web Apparecchi di questo tipo possono inviare e mail o messaggi SMS ed un qualunque browser web pu accedere direttamente a pagine HTML memorizzate nell apparecchio Oggi lo svantaggio di questa tecnologia racchiusa negli elevati costi per collegare ogni dispositivo bus con un cavo di rete 37 CAPITOLO 2 CAPITOLO 2 2 NUOVA PIATTAFORMA PROPOSTA LA TECNOLOGIA Si vuole sottolineare che tutto il materiale documenti figure prototipi ecc relativo a questo nuovo approccio stato gentil
80. ione dell arredamento composta di quattro locali cucina e servizi con le seguenti caratteristiche Superficie Locale m Soggiorno 20 06 Disimpegno 1 1 50 Ripostiglio 2 30 Lavanderia 4 25 Cucina 12 98 Scala 4 24 Disimpegno 2 2 39 Camera matrimoniale 12 60 Camera singola 1 11 99 Camera singola 2 11 07 Bagno 7 47 Totale 90 85 Balcone 1 6 25 Balcone 2 4 61 84 CAPITOLO 4 TAVOLA 4 1 APP 5 Via Dante 21 Albiate MB Primo Piano Arredamento Sig G Scala 1 50 85 CAPITOLO 4 TAVOLA 4 2 APP 5 Via Dante 21 Abiate MI Sottotetto Arredamento Scala 1 50 86 CAPITOLO 4 4 1 1 RIFERIMENTI NORMATIVI L impianto dovr essere realizzato in conformit alle seguenti leggi decreti circolari e norme CEI Legge del 1 marzo 1968 n 186 Regola d arte Legge del 5 marzo 1990 n 46 Norme per la sicurezza degli impianti Decreto ministeriale del 22 gennaio 2008 n 37 Decreto ministeriale 19 maggio 2010 modifica degli allegati al decreto 22 gennaio 2008 n 37 concernente il regolamento in materia di attivit di installazione degli impianti all interno degli edifici Norma CEl 64 9 Impianti elettrici utilizzatori a destinazione reside
81. itori terzi al fine di non cambiare il design delle placchette gi in opera al cliente finale caso ristrutturazioni o modifiche in edifici esistenti Tab 3 1 Stima costi complessivi per tipologia kit e per quantit del sistema Smart Quantit Quantit Quantit 1k 10k 100k Mesh Bulding 81 CAPITOLO 4 CAPITOLO 4 4 PROGETTAZIONE E ANALISI TECNICO ECONOMICA DI IMPIANTI ELETTRICI CIVILI Si esegue un confronto attraverso lo studio la progettazione e l analisi tecnico economica dell impianto elettrico di due soluzioni abitative di diversa grandezza con tre diverse piattaforme Piattaforma analogica classica di tipo cablato Piattaforma a Bus di tipo cablato Piattaforma totalmente wireless assenza di cablaggi Oltre alla progettazione tecnica dell impianto si vuole in particolare confrontare le tre possibili realizzazioni evidenziando il rapporto funzionalit costi per ciascuna piattaforma indicata Le tre piattaforme verranno studiate con le medesime caratteristiche tecnico funzionali in modo da permettere un equo confronto 83 CAPITOLO 4 Il lavoro intende valutare un nuovo approccio relativo alla realizzazione di impianti elettrici inserendosi nell ampio settore della Domotica 4 1 PROGETTO DELL IMPIANTO ELETTRICO DI UNA UNITA ABITATIVA DI MEDIA GRANDEZZA L abitazione distribuita su due livelli le cui piante sono rappresentate in tavola 4 1 e 4 2 e di cui si conosce la disposiz
82. ivi supportati sono il cavo a conduttori intrecciati TP twisted pair l onda convogliata PL power line e i raggi infrarossi IR infra red a questi si aggiunta la radio frequenza RF radio frequency Lo standard EIB garantisce l interoperabilit degli apparecchi e dei sistemi realizzati dai vari produttori Alla met degli anni 90 il CENELEC aveva intrapreso un impegnativo lavoro per la definizione di uno standard comune per i sistemi di domotica e building automation rappresentanti di queste tre associazioni di costruttori hanno cominciato intorno alla met degli anni 90 a tracciare le linee di un progressivo avvicinamento concordando sulla necessit di definire uno standard unico che fosse interamente conforme alla norma europea in corso di preparazione Si voleva definire una piattaforma comune di home and building automation che riunisse il meglio di quanto sviluppato fino a quel punto Per indicare il processo di armonizzazione delle tre proposte stato adottato il termine significativo di convergenza Durante la fase di convergenza i principali ambiti di standardizzazione e le priorit da affrontare erano Scelta dei mezzi trasmissivi adozione delle regole di installazione definite dal CENELEC definizione di un protocollo di comunicazione condiviso sviluppo del modulo di collegamento con la rispettiva applicazione definizione delle specifiche di tre modi di configurazione garanzia dell interoperabi
83. la gestione integrata e coordinata delle varie reti domestiche Attraverso lo studio la progettazione e l analisi tecnico economica dell impianto elettrico di pi soluzioni abitative di diversa grandezza si esegue un confronto fra tre diverse piattaforme Piattaforma analogica classica di tipo cablato Piattaforma a Bus di tipo cablato Piattaforma totalmente wireless assenza di cablaggi Oltre alla progettazione tecnica dell impianto si vuole in particolare confrontare le tre possibili realizzazioni evidenziando il rapporto funzionalit costi per ciascuna piattaforma indicata INTRODUZIONE Il lavoro intende valutare un nuovo approccio relativo alla realizzazione di impianti elettrici inserendosi nell ampio settore della Domotica Nel primo capitolo si tratta lo stato dell arte sulle varie piattaforme attualmente utilizzate al fine di mostrare nuovi modi di abitare con un sistema domotico aperto interoperabile e conforme alle norme Si inizia con la piattaforma analogica classica in modo da capirne i limiti per poi passare alla piattaforma a Bus Essa ha subito nel corso degli anni un processo di convergenza che ha portato alla definizione di uno standard unico denominato KNX Si esamina la normativa per i sistemi domotici la norma CEI EN 50090 Delle piattaforme a Bus si analizza in particolare le soluzioni KNX nello specifico la cablata in onda convogliata in radio frequenza ed ethernet IP Si studia le sue caratte
84. lettrica per cui non sono necessari alimentatori Se esiste anche una parte di impianto realizzata con KNX TP un accoppiatore dedicato media coupler permette la comunicazione tra PL e TP E sempre necessario installare un dispositivo di blocco a valle del punto di consegna dell energia elettrica contatore per impedire l inoltro di qualsiasi messaggio sulla rete di distribuzione dell ente erogatore o verso gli impianti vicini Analogamente a KNX TP gli apparecchi sono organizzati in linee e campi ma in questo caso si tratta di linee e campi virtuali Tra essi non esiste separazione galvanica per mezzo di accoppiatori di linea o di campo ne 33 CAPITOLO 1 consegue che l installazione semplificata ma a causa della mancanza della funzione di filtro svolta dagli accoppiatori nelle stesse condizioni di funzionamento il traffico di telegrammi pu risultare pi elevato rispetto a KNX TP Il limite teorico di apparecchi collegabili pari a 2 32768 apparecchi Anche in questo caso la linea l unit minima funzionante del sistema ma su di essa possono essere installati fino a 255 apparecchi bus La rete KNX PL lavora come la KNX TP in modalit bidirezionale half duplex Ad un certo istante quindi un solo apparecchio pu trasmettere in tutta la rete e la procedura di accesso regolata dal protocollo CSMA CD Carrier Sense Multiple Access Collision Detection Ogni apparecchio pu inviare e ricevere messaggi comunicando
85. li anche quando le porte sono aperte Il centro di potenza rappresenta il baricentro dei rispettivi carichi e viene localizzato vicino alla sua posizione ideale Dopo le indicazioni che accomunano le varie piattaforme si procede all analisi delle singole soluzioni 90 CAPITOLO 4 4 1 3 PIATTAFORMA TRADIZIONALE Le tavole 4 3 e 4 4 rappresentano i disegni della localizzazione degli organi di comando delle prese dei punti luce e dei centri di potenza Da queste tavole sar poi possibile delineare il materiale da impiegare 91 CAPITOLO 4 TAVOLA 4 3 APP 5 Primo Piano Via Dante 21 Albiate MB Impianto elettrico Scala 1 50 92 CAPITOLO 4 TAVOLA 4 4 120 110 APP 5 Via Dante 21 Albiate VB Sottotetto Impianto elettrico Scala 1 50 93 CAPITOLO 4 La tavola 4 5 e 4 6 riporta lo schema topografico della distribuzione dell impianto luce e la 4 7 e 4 8 della distribuzione dell impianto da 10A e da 16A su cui sono specificate le lunghezze dei cavi occorrenti 94 CAPITOLO 4
86. limentatori devono per essere installati ad una distanza minima di 200 m misurata lungo la linea bus E possibile derivare pi volte la linea e combinare topologie ad albero bus filare o stella mentre non ammessa la configurazione ad anello Due apparecchi non possono distare fra loro pi di 700 m misurati lungo la linea ci dovuto al tempo necessario ad un messaggio per percorrere la linea bus se due o pi apparecchi incominciano a trasmettere contemporaneamente la collisione tra messaggi pu essere individuata e risolta soltanto rispettando questo limite Per un appartamento od una casa unifamiliare una linea pu essere sufficiente per realizzare l intero impianto domotico In tabella 1 2 si riportano le varie distanze da rispettare Tab 1 2 Distanze da rispettare tra apparecchi ed alimentatore su di una linea bus Lunghezza di una linea comprese tutte le diramazioni x lt 1000m Distanza fra due apparecchi misurata lungo la linea lt 700m Distanza fra l alimentatore ed ogni apparecchio lt 350 Distanza fra due alimentatori collegati ad una stessa linea gt 200 m 27 CAPITOLO 1 Quando il numero di apparecchi da collegare supera le 64 unit occorre ampliare il sistema Sono tre le modalit di ampliamento con segmenti di linea con altre linee altri campi L ampliamento del sistema con segmenti di linea consiste nel collegamento tramite accoppiatore di linea utilizzato come
87. lit dei prodotti di differenti costruttori generazione di un database di prodotti certificati Il processo di convergenza ha portato alla definizione di un unico standard denominato KNX e alla nascita di un unica associazione chiamata Konnex 20 CAPITOLO 1 Alla fondazione di Konnex ha fatto seguito la costituzione delle associazioni nazionali fra le quali anche Konnex Italia con sede a Milano Nel 2006 Konnex ha deciso di semplificare la comunicazione a livello internazionale e l associazione stata ridenominata semplicemente KNX Association 1 3 2 LA NORMATIVA A livello europeo le attivit di formazione per i sistemi domotici per la casa e l edificio sono cominciate nel 1986 quando il CENELEC ha istituito il comitato HBES Home and Building Electronic Systems Gli enti nazionali di normazione hanno partecipato attivamente in sede CENELEC alla definizione di una norma europea da recepire poi a livello nazionale e non il contrario A partire dal 1995 il CENELEC stato in grado di pubblicare le varie parti della Norma EN 50090 La parte 2 2 in particolare ha assunto grande importanza definendo i requisiti tecnici che i dispositivi HBES devono soddisfare in base alle direttive europee sulla bassa tensione e sulla compatibilit elettromagnetica Nel dicembre del 2003 il protocollo KNX con i mezzi trasmissivi TP Twisted Pair e PL Power Line stato approvato dai comitati nazionali europei e ratificato come Standa
88. mando aggiuntivo sufficiente collegare un apparecchio bus al punto pi vicino dove presente il cavo Esistono sistemi bus aperti e proprietari L apertura legata alla possibilit da parte dei costruttori di condividere informazioni per realizzare prodotti che possono funzionare insieme Queste informazioni devono essere molto approfondite non sono sufficienti semplici schemi di collegamento meccanico od elettrico ma occorrono specifiche tecniche di dettaglio del sistema come il mezzo trasmissivo da utilizzare od il protocollo di comunicazione 17 CAPITOLO 1 L alternativa ai sistemi aperti sono i sistemi proprietari in questo caso le specifiche tecniche sono patrimonio di un solo costruttore e non vengono rese pubbliche neppure a pagamento In assenza di informazioni le altre aziende non sono in grado di realizzare prodotti che possano dialogare con il sistema proprietario se non per concessione diretta del costruttore Oltre all apertura per far funzionare insieme prodotti di diversi costruttori il sistema deve essere interoperabile In base alla classificazione ISO l interoperabilit tra dispositivi raggiunta quando idispositivi impiegano il medesimo protocollo di comunicazione un dispositivo in grado di riconoscere se un pacchetto di informazioni ad esso indirizzato se sono possibili l estrazione o la codifica dei dati infine dopo una fase di configurazione gli apparecchi devono essere in grad
89. mbi Tale valore utilizzato nei layers superiori di rete o di applicazione e viene indicato come un valore intero ad 8 bit Infine necessario ricordare un altra funzione svolta dal PHY ossia la stima della disponibilit del canale CCA indispensabile per implementare gli algoritmi di CSMA CA per la gestione delle collisioni 51 CAPITOLO 2 Prima di poter avviare una trasmissione un dispositivo ZigBee deve accertarsi se un altro sta utilizzando il mezzo radio in quel momento Esistono tre possibili soluzioni per implementare tale funzione I Energia oltre la soglia il CCA riporta l indicazione di mezzo occupato se il livello di energia ricevuto ED supera una prestabilita soglia II Rilevamento della portante il CCA riporta l indicazione di mezzo occupato solo se rileva un segnale con le stesse caratteristiche fissate nel protocollo IEEE 802 15 4 Non importante se tale segnale supera oppure no la soglia di energia Il Rilevamento della portante con superamento della soglia si tratta dei due metodi combinati insieme viene riportata l indicazione di mezzo occupato se viene rilevata la portante e la sua energia supera la soglia 2 4 4 LIVELLO MAC Coordinamento dell eccesso al mezzo da parte del transceiver creazione ed instradamento dei pacchetti generazione e riconoscimento dell indirizzo verifica del numero di sequenza dei pacchetti sono i principali compiti a cui chiamato ad assolvere il livello MAC
90. mente fornito grazie al Progetto Smart Mesh Building in corso presso il Laboratorio di Comunicazione Industriale del Dipartimento di Elettrotecnica dal Project Leader Ing Stefano Maggi 39 CAPITOLO 2 2 1 ZIGBEE PROTOCOLLO WIRELESS EMERGENTE La tecnologia ZigBee rappresenta un protocollo per reti wireless indirizzata ad ampie aree di applicazioni fra le quali la domotica Home and Building Automation la telegestione l infomobilit l automazione industriale il risparmio energetico ecc Non si certi sull origine del suo nome ma alcuni sostengono che derivi dal movimento a zig zag compiuto dalle api che passando di fiore in fiore trasmettono alle altre l informazione su dove trovare cibo Per un applicazione in domotica questa tecnologia pu coinvolgere per esempio le seguenti principali funzioni illustrate schematicamente in figura 2 1 al Window Control E gaia amp me Radiators amp Temperature I Monitoring amp Control Fig 2 1 Principali funzioni coinvolte in Domotica 40 CAPITOLO 2 2 2 INTRODUZIONE ALLE WPAN WIRELESS PERSONAL AREA NETWORK Le reti wireless sono la naturale evoluzione di quelle wired ed hanno visto il loro sviluppo a partire dalla met degli anni ottanta con le cosiddette WLAN Wireless Local Area Network Con lo sviluppo dei dispositivi mobili di differente tipologia si manifestata poi la necessit di realizzare reti che
91. ndolo su una qualsiasi superficie ma anche di modificare le sue relative associazioni figura 3 7 e 3 8 Per esempio si pu avere la necessit di acquisire una temperatura umidit di una stanza e visualizzarla in un altro punto gestito da un display computer palmare ecc dell appartamento ufficio si pu aggiungere un secondo termostato per comandare l accensione spegnimento di una caldaia fisicamente posizionata in un punto anche lontano dal nuovo termostato si pu semplicemente cambiare un vecchio termostato collegato a fili da una posizione infelice ad un altra ritenuta pi favorevole ecc Tutto questo ovviamente senza interventi di tipo edile e senza interventi di tipo elettrico realizzabile in molti casi direttamente dal cliente finale 73 CAPITOLO 3 FILIERA na PATITI E Fig 3 7 Mobilit totalmente libera relativa al posizionamento del termostato della propria abitazione Fig 3 8 Esempi di associazione totalmente liberi relativi alla funzionalit termostato della propria abitazione 74 CAPITOLO 3 3 3 1 4 KIT GESTIONE AZIONAMENTI Il kit gestione azionamenti permette di comandare azionamenti motorizzati presenti in un abitazione o ufficio esempio automazione tapparelle esterne automazione tende da sole interne esterne automazione cancelli carrabili pedonali automazione porte portoni finestre ecc con la possibilit di riposizionamento e di aggiunta del
92. ne dell impianto luce e la 4 15 della distribuzione dell impianto da 10A e da 16A su cui sono specificate le lunghezze dei cavi occorrenti CAPITOLO 4 TAVOLA 4 13 118 Via Castello 8 Albiate MB Impianto elettrico Scala 1 50 CAPITOLO 4 TAVOLA 4 14 6 F N T630 15 F N T 1060 16 F N T290 3 F N T130 H 110 13 2XC 580 1 F N T 190 2 2XB 190 E 9 F N T340 14 F N T430 APP 2 Via Castello 8 Albiate VB Monolocale Impianto elettrico Scala 1 50 119 CAPITOLO 4 TAVOLA 4 15 25 11 1 Ll 3 F N T240 H120 H35 2 F N T260 11 F N T380 5 F N T700 8 2X 600 H35 H 160 2 Montante FN T220 Q G 10 F N T370 1 Li 9 F N T520 i jm H35 H230 6 F N T290 b H35 m X 4 F N T390 H 120 APP 2 Via Castello 8 Albiate MB Monolocale Impianto elettrico Scala 1 50 120 CAPITOLO 4 Con le modalit e i materiali descritti precedentemente si consegue il preventivo di spesa riportato in tabella 4 11 Tab 4 11 Preventivo di Spesa
93. nti Mentre i punti luce sono prescelti caso nuove costruzioni o prefissati caso costruzioni esistenti i punti di comando possono essere dislocati all interno della propria abitazione ufficio direttamente dal cliente finale in base alle proprie esigenze Infine anche la relativa associazione interruttore luce pu essere scelta ed eventualmente modificata in futuro sempre in base alle necessit di chi utilizza l abitazione ufficio 3 3 1 FUNZIONI DEI KIT Grazie a Smart Mesh Building l impianto elettrico di casa o ufficio diventa modulare realizzabile e configurabile anche dall utente finale in qualsiasi momento attraverso una rete di oggetti moduli miniaturizzati in grado di comunicare senza fili fra loro grazie alla formazione di una wireless mesh network creata dagli oggetti stessi Tutti i kit sono integrabili fra loro e interfacciabili sia a computers sia a dispositivi mobili portatili palmari iPhone iPad ecc In seguito viene analizzata per ogni singolo kit la loro funzione pi in dettaglio 68 CAPITOLO 3 3 3 1 1 KIT BASE sostanzialmente rappresentato dal modulo hardware coordinatore unico e indispensabile che appunto coordina e gestisce ogni singolo altro modulo presente nell intero sistema impianto Con la semplice alimentazione del modulo esso viene attivato procedendo all avvio della rete La sua posizione spaziale nell impianto pu essere dovunque all interno di una sc
94. ntifiamma m 81 9 0 36 29 48 N07V K 2 5mmq giallo verde cordina antifiamma m 81 9 0 36 29 48 N07V K 4 0mmq marrone cordina antifiamma m 24 3 0 57 13 85 N07V K 4 0mmqo blu cordina antifiamma m 24 3 0 57 13 85 N07V K 4 0mmq giallo verde cordina antifiamma m 24 3 057 13 85 N07V K 6 0mmq nera cordina antifiamma m 1 0 83 0 83 N07V K 6 0mmqo blu cordina antifiamma m 1 0 83 0 83 N07V K 6 0mmq giallo verde cordina antifiamma m 1 0 83 0 83 Sezionatore 32A Bticino BTDIN F72N 32N 1 modulo N 1 1507 15 07 Spia luminosa 230V Bticino BTDIN F40V 1 modulo N 1 1344 13 44 Interruttore magnetotermico differenziale 25A Id 0 03A Bticino BTDIN G8130 25AC 4 moduli HERE c EN Interruttore magnetotermico 16A Bticino BTDIN F810N 16 2 moduli N 1 16 72 16 72 Interruttore magnetotermico 10A Bticino BTDIN F810N 10 2 moduli N 2 16 72 33 44 Centralino da incasso con portello trasparente 12 moduli completo di scatola di incasso Vimar V52412 d Di 1 SEE TE Totale materiale 1 412 66 Descrizione Quantit Prezzo un Totale Manodopera elettrica h 23 73 30 00 712 00 Materiale Manodopera elettrica 2 124 66 Descrizione Totale Opere murarie 1 062 33 TOTALE 3 186 98 101 CAPITOLO 4 Come si pu notare sono evidenziati separatamente i totali del materiale della manodopera elettrica e delle opere
95. nziale e similare Norma 64 8 Impianti elettrici utilizzatori a tensione nominale non superiore a 1000 V in corrente alternata e 1500 V in corrente continua Norme CEI 3 23 Segni grafici per schemi 4 1 2 DESCRIZIONE DELL IMPIANTO Per quanto riguarda l alimentazione dell abitazione prevista una fornitura dell energia da parte dell ENEL il cui punto di consegna a valle del contatore stato posizionato all esterno per essere facilmente accessibile da parte del personale dell Ente distributore anche in assenza dell utente Il quadro generale verr posizionato all interno dell abitazione a fianco della porta d ingresso conterr le apparecchiature di comando e di sezionamento quelle di protezione dei circuiti contro le sovracorrenti e le protezioni differenziali 87 CAPITOLO 4 Essendo un abitazione con superficie compresa tra i 40 e i 150 m prevista una distribuzione in partenza dal quadro generale che prevede tre dorsali una per l illuminazione una per prese da 10 A ed una per prese da 16 A figura 4 1 collegate alle rispettive cassette di derivazione poste nei rispettivi baricentri di potenza per una distribuzione pi economica dei cavi di alimentazione In 25A Id 0 03A UN 6mmq In 16 In 10A ES In 10A 2 D D an J E 2 2 a v v v Prese 16A Prese 10A Luce 4mmq 2 5mmq 2 5mmq Fi
96. o provenienza e destinazione contiene gli indirizzi del mittente e del destinatario Il contatore di routing serve per evitare che un telegramma venga rilanciato in un impianto per un tempo indefinito 32 CAPITOLO 1 1 3 3 2 L IMPIANTO KNX IN ONDA CONVOGLIATA PL Il sistema ad onde convogliate KNX PL Power Line utilizza come mezzo trasmissivo la rete di alimentazione 220 V ac gi prevista nell edificio per la distribuzione di energia elettrica alle utenze Non quindi necessario un cablaggio separato per la trasmissione del segnale ed ogni apparecchio bus va semplicemente collegato ai conduttori di fase e di neutro Vista la possibilit di sfruttare la rete elettrica il sistema trova applicazione ideale in caso di ristrutturazione dell edificio o nel collegamento in rete di elettrodomestici od apparecchiature di entertainment semplificandone drasticamente l installazione KNX PL prevede due diverse frequenze di trasmissione 110 kHz e 132 kHz entrambi i mezzi utilizzano il protocollo CSMA per dirimere i conflitti di accesso e sono conformi alla Norma EN 50065 norma europea che regola la trasmissione di segnali sulle reti di alimentazione elettrica Gli apparecchi bus attualmente sul mercato utilizzano il mezzo PL 110 che proviene da EIB la variante PL 132 che proviene da EHS ancora in attesa di implementazione da parte dei costruttori L energia necessaria al funzionamento degli apparecchi viene prelevata dalla rete e
97. o 8 A 120 230 V dd Completaro con tasto 2 moduli Vimar Eikon art 20526 Ni S M 344164 Tre pulsanti basculanti ed attuatore con uscita a rel in scambio 8 A 120 230 V da completare con tasto 3 moduli Vimar Eikon art 20546 N 1 S 8658 86 88 Pulsante unipolare 250V 10A Vimar Eikon art 20008 N 1 5 78 5 78 Presa 2P T 10A 250V Vimar Eikon art 20201 N 5 4 32 21 60 Presa 2P T 16A 250V bipasso Vimar Eikon art 20203 N 7 5 95 41 65 Pulsante a tirante 250V 10A Vimar Eikon art 20052 N 1 10 83 10 83 Ronzatore 230V Vimar Eikon art 20378 N 1 19 07 19 07 Suoneria 230V Vimar Eikon art 20373 N 1 24 68 24 68 Copriforo Vimar Eikon art 20041 N 19 0 79 15 01 Tasto neutro per pulsanti basculanti Vimar Eikon art 20531 S N 15 2 38 35 70 Scatola rettangolare da incasso unificata 3 moduli GW 650 C Vimar vrix3 S 144 E 52 qs 9 9 Supporto 3 moduli Vimar Eikon art 20613 N 14 1 09 15 26 Placche 3 moduli Vimar Eikon art 20653 40 Reflex tecnopolimero N 14 3 20 44 80 Scatola rettangolare da incasso unificata 4 moduli GW 650 C Vimar SE e 108 Je 2 16 Supporto 4 moduli Vimar Eikon art 20614 N 2 1 38 2 76 Placche 4 moduli Vimar Eikon art 20654 40 Reflex tecnopolimero N 2 4 80 9 60 Scatola di derivazione da incasso con coperchio bianco e viti di fissaggio Dimensioni 287x154x70 mm Vimar V70007 i Ne A aS 9
98. o di comando viene separato da quello di alimentazione di rete Un rel per l interruzione del circuito presente nel dispositivo di attuazione separato dai comandi e collegato direttamente all utenza Il bus collega in una rete i comandi e l attuatore permettendo lo scambio di informazioni tra essi Inoltre in genere l alimentazione della parte elettronica dei dispositivi funziona con una 133 CAPITOLO 5 bassissima tensione di sicurezza Ai comandi e pi in generale a tutti i sensori di un sistema bus non si collega il cavo di alimentazione di rete ma si porta esclusivamente il segnale di scambio informazioni Questo permette di avere un livello di sicurezza maggiore rispetto all impianto tradizionale Le apparecchiature della piattaforma a bus possono scambiarsi messaggi sulla rete di segnale bus ci permette non solo comandi di accensione e spegnimento delle utenze ma anche complessi compiti di controllo regolazione monitoraggio supervisione e segnalazione Le stesse informazioni sono disponibili in ogni punto della rete bus diventa possibile monitorare e comandare l impianto ovunque nell edificio e trasmettere e ricevere messaggi da remoto Per il funzionamento del sistema bus occorre un attivit di programmazione dei dispositivi generalmente inesistente per l installazione tradizionale di impianti civili circuiti di comando definiti fisici nell impianto tradizionale diventano nell impianto a bus logici
99. o di inviarsi dati completati da informazioni aggiuntive come ad esempio il tipo di dato il significato o lo scopo Un sistema aperto ed interoperabile deve poi tradursi in standard di mercato lo pu diventare quando conforme alle norme applicabili A livello europeo la definizione di uno standard comune per i sistemi di domotica e building automation stata svolta a partire dalla met degli anni 90 dal CENELEC con l elaborazione della Norma EN 50090 1 3 1 PROCESSO DI CONVERGENZA primi anni di vita del settore dell automazione di edificio stato caratterizzato dalla costituzione di associazioni e consorzi fra diversi costruttori allo scopo di definire uno standard comune 18 CAPITOLO 1 Nel contempo sono apparsi sul mercato numerosi sistemi di tipo proprietario alcuni commercializzati ancora oggi e ci ha rafforzato la convinzione del pericolo di una eccessiva frammentazione del mercato spingendo ad alcune iniziative associative in campo europeo Nel giro di qualche anno sono state fondate tre associazioni di costruttori in diretta concorrenza fra loro BCI EHSA ed EIBA BCI BatiBUS Club International un associazione fondata nel 1989 che ha messo a disposizione delle aziende associate una serie di strumenti per lo sviluppo di prodotti basati sulla rete di comunicazione BatiBUS L obbiettivo era sviluppare un sistema bus dedicato all automazione d edificio basato su un protocollo di comunicazione comune Infatti s
100. otica cablata di 363 3 m e dunque l assistenza muraria nei due casi resta quasi la stessa circuito di comando non presenta pi un cablaggio fatto in funzione dei comandi e delle segnalazioni che servono ma risulta pi semplice perch i componenti sono collegati solamente dal BUS doppino dedicato L estensione dell impianto per varia poco tra le due piattaforme ai cavi del cablaggio tradizionale prende posto il doppino del circuito BUS Le opere strutturali dunque restano pressoch invariate Si ricava il Preventivo di Spesa descritto nella sottostante tabella 4 6 Tab 4 6 Preventivo di Spesa Descrizione materiale Quantit Prezzo un Totale Centrale di controllo 2 moduli Vimar Eikon art 20510 N 1 221 88 221 88 Due pulsanti basculanti ed attuatore con uscita a rel in scambio 8 A 120 230 V da completare con tasto 2 moduli Vimar Eikon art 20526 Der de 804 16 Tre pulsanti basculanti ed attuatore con uscita a rel in scambio 8 A 120 230 V da completare con tasto 3 moduli Vimar Eikon art 20546 N 1 i 56 88 Due pulsanti basculanti da completare con tasti 2 moduli Vimar Eikon art 20521 4 5221 208 84 Pulsante unipolare 250V 10A Vimar Eikon art 20008 1 5 78 5 78 Presa 2P T 10A 250V Vimar Eikon art 20201 18 432 77 76 106 CAPITOLO 4
101. pologia come nel caso di KNX TP o di impiego della rete elettrica come nel caso di KNX PL e gli apparecchi possono essere collocati virtualmente ovunque Ogni sensore RF pu comunicare con qualsiasi attuatore RF che si trovi entro la portata massima di trasmissione del segnale L interferenza tra impianti installati in abitazione vicine sempre esclusa grazie ad opportuni accorgimenti Il tipo di alimentazione richiesta dagli apparecchi dipende dalla funzione svolta Ad esempio un sensore che agisce come puro trasmettitore non deve restare permanentemente in ascolto del canale di comunicazione e per questo motivo richiede poca energia Attualmente apparecchi di questo tipo sono alimentati da una batteria di lunga durata ma in futuro da attendersi la diffusione di altre fonti come celle fotovoltaiche o dispositivi piezometrici Un attuatore contrariamente richiede pi energia non solo per restare in ascolto di eventuali telegrammi ma anche per la sua funzione principale di comando di utenze e necessita pertanto dell alimentazione di rete 220 V ac Per quanto riguarda la comunicazione un apparecchio KNX RF pu svolgere la funzione di trasmettitore di ricevitore oppure entrambe La frequenza di trasmissione pari a 868 3 MHz ed compresa nella banda ISM campo di frequenze riservato ad applicazioni Industriali Scientifiche e Medicali 35 CAPITOLO 1 La velocit di trasmissione raggiunge i 16384 bit s superiore a qu
102. prie esigenze posizionamento dei punti di comando e dei sensori totalmente libero non pi vincolato dal cablaggio associazione interruttore luce o sensore attuatore quindi associazione delle funzionalit domestiche semplice e modificabile in qualsiasi momento futuro anche dall utente finale Con un impianto senza fili poi possibile ricevere e trasmettere dati anche quando si in movimento essendo ogni nodo della rete non vincolato da una posizione fissa cosi possibile spostarsi senza perdere operativit E inoltre possibile in qualsiasi momento aggiungere un dispositivo di comunicazione nodo alla rete senza aggiunta di prese connettori o di altre predisposizioni A differenza delle soluzioni cablate possibile un indisponibilit del canale radio Tanto maggiore sar la diffusione delle comunicazioni radio per la domotica tanto maggiore sar la possibilit di avere problemi di 143 CAPITOLO 5 indisponibilit del canale a parit di banda che per sua natura deve essere condiviso da tutti i componenti Come conseguenza pi grave si avr un ritardo nella comunicazione Nelle soluzioni wireless si deve alimentare i nodi di comando sia il nodo trasmittente che quello ricetrasmittente Quindi c la necessit di un alimentazione ad esempio a batteria nel caso non si voglia utilizzare la classica tensione 220 V di rete e come conseguenza diretta si deve prevedere la sostituzione delle pile dei nodi
103. punti per l aumento di cablaggi e cavi solitamente si preferisce impiegare tanti pulsanti quanti sono i punti di comando ed un attuatore rel passo passo Consideriamo il comando da tre punti di un apparecchio di illuminazione il cavo di rete svolge due funzioni la funzione di alimentazione ela funzione di circuito di comando deviatori vanno posti in posizione definibile di testa mentre l invertitore va inserito in mezzo Come si pu notare dallo schema funzionale l invertitore in grado di effettuare uno scambio contemporaneo di due conduttori mentre il deviatore di uno 14 CAPITOLO 1 Schema funzionale 1 2 L L 1 2 2 21 deviatore invertitore deviatore Il cavo di alimentazione va portato dal quadro ai tre comandi ed all utenza Schema di collegamento N COCA 1 L RS deviatore invertitore deviatore Nell invertitore indispensabile l individuazione delle due coppie di morsetti alle quali far capo con i conduttori provenienti dai due deviatori di testa Nel deviatore fondamentale l individuazione del morsetto centrale infatti come si pu rilevare dagli schemi quello che determina lo scambio di percorso della corrente Il funzionamento anomalo del circuito con accensioni e spegnimenti apparentemente illogici senz altro da imputarsi ad un errore di collegamento 15 CAPITOLO 1 Il tipo di accensione rigidamente fissato nel collegamento fisico dei vari
104. rd Europeo EN 50090 Tre anni pi tardi stato approvato anche il mezzo trasmissivo RF Radio Frequency In Italia la norma europea elaborata in sede CENELEC stata progressivamente recepita a partire dal 1998 con la denominazione di CEI EN 50090 vedi tabella 1 1 21 CAPITOLO 1 Tab 1 1 La norma CEI EN 50090 Sistemi elettronici per la casa e l edificio HBES Parte Class Anno Edizione Titolo CEI CEI EN 83 2 1998 prima Parte 2 1 Panoramica del sistema Architettura 50090 2 1 CEI EN 83 5 1998 prima Parte 2 2 Panoramica generale Requisiti tecnici 50090 2 2 generali CEI EN 83 5 V1 2004 Parte 2 2 Panoramica generale Requisiti tecnici 50090 2 generali 2 A1 CEI EN 205 7 2006 prima Parte 2 3 Panoramica del sistema Requisiti generali 50090 2 3 di sicurezza funzionale per prodotti destinati ad un sistema HBES CEI EN 83 3 Parte 3 1 Aspetti applicativi Introduzione alla 50090 3 1 struttura applicativa 50090 3 2 per HBES di Classe 1 CEI EN 205 9 Parte 4 1 Livelli indipendenti dal mezzo Livello 50090 4 1 applicazione per HBES di Classe 1 CEI EN 205 4 2005 prima Parte 4 2 Livelli indipendenti del mezzo Livello di 50090 4 2 trasporto livello di rete e parti generali del livello di collegamento dati per HBES di Classe 1 CEI EN 205 3 2005 prima Parte 5 1 Mezzi di trasmissione e livelli dipendenti 50090 5 1 dagli stessi Trasmissione di segnali su rete elettrica a bassa tensione
105. rico Scala 1 50 98 CAPITOLO 4 Si procede ora al calcolo del preventivo di spesa Si fatto prevalentemente uso di apparecchiature Vimar serie Eikon le cui schede tecniche e prezzi sono consultabili dal Listino Generale 90 della Vimar e di apparecchiature Bticino i cui prezzi sono invece visualizzabili dal Listino Prezzi della Bticino del 1 Luglio 2010 Per i cavi cio per la cordina antifiamma delle varie sezioni necessarie e per il tubo isolante flessibile da posare sottotraccia si sono ricavati i prezzi dal Prezzario delle Opere Edili della Camera di Commercio di Milano Dallo studio eseguito su 10 imprese artigiane operanti nel settore a cui sono stati richiesti i tempi di ogni opera compiuta si potuta formulare la seguente tabella 4 3 Tab 4 3 Impianto Tradizionale Tempi medi di installazione Descrizione opera Tempo modio min Punto luce comandato da 1 punto 30 5 Punto luce comandato da 2 punti 45 5 Punto luce comandato da 3 punti 60 Punto luce comandato da 4 punti tramite pulsanti unipolari e rel passo passo 70 5 Punto luce comandato da 5 punti tramite pulsanti unipolari e rel passo passo 79 5 Ronzatore con relativo pulsante a tirante 31 5 Suoneria con relativo pulsante unipolare 31 5 Luce d emergenza 20 5 Commutatore con frecce direzionali per tenda elettrica 37 Termostato ambiente elettrovalvola caldaia 39 Presa 2P T 10A 20 5 Presa 2P T 16 10A bipasso 20 5
106. ristiche principali le modalit di configurazione i mezzi trasmissivi per poi analizzare i componenti la topologia lampliamento del sistema la trasmissione dati e la comunicazione fra gli apparecchi Interessante risulta essere il secondo capitolo che affronta il tema della tecnologia ZigBee protocollo per reti wireless Tale tecnologia basata su standard IEEE 802 15 4 LR WPAN ed indirizzata ad ampie aree di applicazioni fra le quali la domotica Si introducono dunque le WPAN e i layer dell intero stack IEEE 802 15 4 ZigBee definito dalla ZigBee Alliance e dalla IEEE Del protocollo IEEE 802 15 4 e ZigBee si passa alla sua descrizione generale per poi esaminarne le topologie di rete e pi in dettaglio i vari livelli fisico MAC rete e applicazione Si termina trattando la sicurezza e l affidabilit della tecnologia ZigBee Nel capitolo tre la Smart Mesh Building implementa la tecnologia ZigBee nella nuova piattaforma proposta wireless mesh network Essa propone kit modulari integrabili costituiti da hardware miniaturizzato ad hoc per una gestione flessibile e moderna del proprio impianto elettrico e dei dispositivi connessi E basata su un nuovo modello di comunicazione un sistema 6 INTRODUZIONE wireless a mesh ad alta tecnologia e raffinato design Si inizia con l esame della struttura del sistema Smart Mesh Building costituita appunto da kit per poi descrivere ed analizzare le funzioni dei singoli kit ba
107. scelta ed eventualmente modificata in futuro sempre in base alle necessit di chi utilizza l abitazione ufficio figura 3 6 Gli esempi in sequenza esposti in figura 3 6 mostrano alcune possibili modifiche di associazioni realizzabili senza interventi di tipo edile e senza interventi di tipo elettrico L associazione compiuta anche direttamente dal cliente finale immediata e semplice da realizzare Pu avvenire secondo 2 modalit I Manuale II Evoluta 70 CAPITOLO 3 Per la prima non necessario nessun supporto e viene compiuta in loco manualmente in pochi istanti Per la seconda necessario un qualsiasi computer e il software Smart Mesh Building Configurator il quale permette graficamente e basandosi sulla planimetria della propria abitazione ufficio di sovrapporre icone corrispondenti ai punti di comando ai punti luce ai punti di gestione azionamenti ecc L avvenuta sovrapposizione virtuale realizza automaticamente l associazione fisica reale degli oggetti sovrapposti 71 CAPITOLO 3 Fig 3 6 Esempi di associazione totalmente liberi relativi alla funzionalit comando luce della propria abitazione 72 CAPITOLO 3 3 3 1 3 KIT TERMOSTATO Il kit termostato permette all utilizzatore dell abitazione ufficio non solo di riposizionare in qualsiasi posizione spaziale dell immobile il termostato punto di acquisizione temperatura e umidit ambientali appendendolo a parete o appoggia
108. se luce termostato gestione azionamenti gestione consumi e risparmio energetico luce Nonch i costi che SMB deve sostenere per produrre i kit finiti Il quarto il capitolo principale in cui viene studiato progettato ed analizzato tecnicamente economicamente l impianto elettrico di pi soluzioni abitative con l uso delle tre piattaforme prima citate Si comincia con il progetto dell impianto elettrico di una unit abitativa di media grandezza per poi passare a quello di una unit abitativa di piccola grandezza Dalle dotazioni previste e in base all arredamento si descrive progetta l impianto luce e delle prese azionamenti Per entrambe le unit abitative dopo aver analizzato i circuiti di comando e di potenza delle singole soluzioni tradizionale a Bus cablata e wireless si stilano i preventivi di spesa Le scelte progettuali e lo studio di unit abitative di diversa grandezza mettono in luce da un lato le differenze economiche tra le tre piattaforme e dall altro permettono di ragionare sulla soluzione pi vantaggiosa L ultimo capitolo il quinto espone un confronto fra le tre soluzioni proposte per sottolinearne vantaggi e svantaggi Si procede a una prima analisi delle diversit tra impianto tradizionale e a bus per evidenziare le differenze principali tra l installazione tradizionale e intelligente Poi si analizzano le differenze tra impianto cablato e senza fili Si evidenzia in particolare la flessibilit la funzionalit
109. siano concentrate attorno alla persona e quindi si estendano per pochi metri in tutte le direzioni Tali reti si chiamano WPAN Wireless Personal Area Network e sono regolate dallo standard IEEE 802 15 In particolare sono definiti tre differenti classi di WPAN sulla base della velocit di trasmissione del consumo di energia e della qualit del servizio QoS I WPAN con data rate elevato IEEE 802 15 3 indicate per applicazioni multimediali che richiedono un elevato QoS II WPAN con data rate intermedio IEEE 802 15 1 Bluetooth indicate per una gran variet di compiti tra cui telefonini e cellulari PDA ed in generale applicazioni adatte per comunicazioni vocali es auricolari per telefonini Il WPAN con data rate basso IEEE 802 15 4 LR WPAN particolarmente indicato in campo industriale home automation medicale ed in generale per tutte quelle applicazioni che necessitano di un basso costo di un basso consumo di potenza e di una velocit di trasmissione non elevata in quest ultima categoria che rientra lo standard ZigBee 41 CAPITOLO 2 2 3 ZIGBEE ALLIANCE E IEEE 802 15 4 Questo particolare tipo di WPAN nasce dallo sforzo congiunto di IEEE e della ZigBee Alliance Quest ultima un consorzio di oltre 80 societ sempre in aumento il cui obiettivo quello di assicurare a breve la diffusione di ZigBee in un ampio settore del mercato wireless La speranza dei promotori di ZigBee di realizzar
110. siano ripetizioni IV Integrit dei frame Sui bit di tutto il frame viene calcolato un check tramite il quale possibile risalire a modifiche del frame da parte di nodi non autorizzati 60 CAPITOLO 3 CAPITOLO 3 3 PROGETTO SMART MESH BUILDING HAN HOME AREA NETWORK Si vuole sottolineare che tutto il materiale documenti figure prototipi ecc relativo a questo nuovo approccio stato gentilmente fornito grazie al Progetto Smart Mesh Building in corso presso il Laboratorio di Comunicazione Industriale del Dipartimento di Elettrotecnica dal Project Leader Ing Stefano Maggi 3 1 GENERALITA Con Smart Mesh Building SMB nasce un nuovo modello di comunicazione una rete fatta di oggetti in grado di comunicare senza fili tra loro 62 CAPITOLO 3 SMB propone kit modulari integrabili costituiti da hardware miniaturizzato ad hoc per una gestione flessibile e moderna del proprio impianto elettrico e dei dispositivi connessi Il sistema SMB utilizza una wireless mesh network per la gestione di tutti i dispositivi luci prese elettrodomestici termostati caldaia azionamenti sensori ecc presenti nelle abitazioni o negli uffici figura 3 1 Con SMB il panorama applicativo e le opportunit di business si arricchiscono ulteriormente aggiungendo agli oggetti la capacit di scambiarsi informazioni reciprocamente Essi sono quindi in grado di recepire il mondo che li circonda e comunicarlo
111. so come misurazione delle principali grandezze elettriche quali corrente potenza ed energia di prese dove colleghiamo per esempio elettrodomestici e luci figura 3 10 Questi dati vengono in tempo reale elaborati e visualizzati su piattaforme fisse e o mobili commerciali computer display palmari iPhone iPad ecc con la possibilit grazie alla tecnologia wireless a mesh di SMB di gestirli in qualsiasi momento attraverso una semplice connessione Internet Ethernet e o Wi Fi Non quindi pi necessario un costoso telecomando ad hoc che viene sostituito da un classico dispositivo mobile commerciale di cui ormai chiunque dotato Per attivare una gestione il cliente finale si connette dal proprio dispositivo semplicemente a pagine web TI CAPITOLO 3 Fig 3 10 Esempi di connessioni totalmente libere relative alla funzionalit gestione monitoraggio consumi elettrici della propria abitazione 78 CAPITOLO 3 3 3 1 6 KIT RISPARMIO ENERGETICO LUCE Il kit risparmio energetico luce permette di alleggerire la propria bolletta energetica riducendo il consumo dell impianto di illuminazione di casa ufficio quando la luminosit desiderata all interno dei locali pu essere raggiunta anche in parte grazie alla luce esterna E noto a tutti che una migliore gestione energetica permette un elevata efficienza energetica e quindi risparmio sui costi dell utente finale Il singolo punto luce viene ge
112. stito con funzionalit on off e dimmer vedi kit luce non solo dai punti di comando desiderati ma anche da sensori posizionati dall utente finale negli ambienti figura 3 11 Il posizionamento dei sensori di luminosit come sempre totalmente libero modificabile in qualsiasi momento e non vincolato dal cablaggio considerando le loro miniaturizzate dimensioni comodo per esempio appenderli a parete oppure appoggiarli su una qualsiasi superficie di casa L associazione sensore luce e o sensore presa per luce pu essere modificata in modo semplice ed immediato come avviene in tutti i kit del sistema Smart Mesh Building e con le stesse modalit accennate per il kit luce Tutto questo ovviamente senza interventi di tipo edile e senza interventi di tipo elettrico realizzabile anche direttamente dal cliente finale 79 CAPITOLO 3 Fig 3 11 Esempi di associazione totalmente liberi relativi alla funzionalit risparmio energetico luce della propria abitazione 80 CAPITOLO 3 3 3 2 COSTO DEI KIT La seguente tabella tabella 3 1 mostra i costi che SMB deve sostenere per produrre i kit finiti comprensivi di schede hardware firmware supporti packaging ecc Sono esclusi i guadagni per kit e le placche estetiche esterne necessarie solo per alcuni kit SMB fornisce inoltre i relativi supporti necessari solo per alcuni kit per esempio quello luce per il montaggio di placchette gi esistenti e o di vend
113. tecnologie di interconnessione wireless Il termine wireless identifica appunto i sistemi di comunicazione di dati e voce fra apparecchi elettronici in modo senza fili Si tratta di un innovazione rivoluzionaria rispetto alle tradizionali comunicazioni su filo Basti pensare a quale cambiamento epocale ha portato l avvento della telefonia cellulare In questi ultimi anni i sistemi di connessione senza fili hanno avuto una cosi rapida evoluzione nel campo della comunicazione dati e voce da contrapporsi con forza alle soluzioni cablate Soprattutto grazie all introduzione di una nuova interessante opportunit la comunicazione dati possibile grazie alle tecniche a spettro espanso Spread Spectrum nate per scopi militari e all uso di onde a spettro infrarosso Esistono infatti due famiglie di connessioni senza fili via infrarosso IR e via radiofrequenza RF Da notare innanzitutto che le onde a spettro infrarosso come la luce visibile sono assorbite dagli oggetti mentre le onde radio si possono propagare anche attraverso ostacoli Soprattutto per questo motivo le onde radio vengono pi utilizzate in ambito domotico Si pu utilizzare la tecnologia in radiofrequenza nelle case nelle aziende nei luoghi pubblici ecc 138 CAPITOLO 5 In particolare negli impianti elettrici civili un primo punto di forza degli impianti wireless rispetto ai cablati il mezzo trasmissivo che non si guasta Quello che non c non si
114. tema consente di avviare l impianto con una sola linea e pochi apparecchi e successivamente di ampliarlo con altre linee in funzione delle esigenze Il cavo bus che collega gli apparecchi KNX TP trasferisce sia l alimentazione SELV per la parte elettronica sia l informazione Gli apparecchi collegati al bus sono in grado di funzionare con una tensione minima di 21 V ed assorbono dal bus in media 150 mW L informazione viene trasmessa simmetricamente sui due conduttori del cavo bus per questo motivo eventuali disturbi non influenzano la trasmissione e non modificano la differenza di potenziale 30 CAPITOLO 1 KNX utilizza una trasmissione dati digitale di tipo seriale nella quale l informazione viene organizzata in una sequenza di bit ognuno dei quali pu contenere solo il valore 0 od 1 Quando un apparecchio invia uno O logico la differenza di potenziale fra i conduttori si riduce con un impulso di durata pari a 35 us Al contrario l invio di un 1 logico non comporta alcuna variazione di tensione La trasmissione di ogni bit richiede 104 ps Per la comunicazione fra gli apparecchi il messaggio viene organizzato in un telegramma Nell istante in cui avviene un evento ad esempio viene premuto un pulsante l apparecchio avvia una procedura di invio telegramma figura 1 5 L apparecchio verifica che nell intervallo di tempo t non sia in corso la trasmissione di altri telegrammi sul bus A bus libero il telegramma viene inviato
115. to Tempi medi di installazione Descrizione opera Tempo 859 min Punto luce comandato da 1 punto 30 5 Punto luce comandato da 2 punti 39 5 Punto luce comandato da 3 punti 48 5 Punto luce comandato da 4 punti 57 5 Punto luce comandato da 5 punti 66 5 Pulsante basculante e attuatore per tapparella 33 5 Centrale di controllo 19 5 Alimentatore circuito bus 13 5 Programmazione impianto 30 5 Ronzatore con relativo pulsante a tirante 31 5 Suoneria con relativo pulsante unipolare 31 5 Luce d emergenza 20 5 Termostato ambiente elettrovalvola caldaia 32 Presa 2P T 10A 20 5 Presa 2P T 16 10A bipasso 20 5 105 CAPITOLO 4 Scatola di derivazione 19 5 Quadro generale comprensivo di centralino di incasso sezionatore 32A spia luminosa 30 interruttore magnetotermico differenziale 25A Id 30mA interruttore magnetotermico 16A n 2 interruttori magnetotermici 10A Come si pu notare alcune voci restano invariate rispetto a quelle della piattaforma tradizionale proprio perch il circuito di potenza non cambia Si considera come precedentemente un prezzo medio della manodopera elettrica di 30 00 h mentre per le opere edili si ipotizza una spesa pari a quella sostenuta per la piattaforma tradizionale Infatti ipotizzando di usare la lunghezza dei cavi come parametro di riferimento nel caso di piattaforma tradizionale si ha un estensione totale di 369 7 m mentre per la dom
116. to per le precedenti piattaforme si ottiene la tabella 4 7 Tab 4 7 Impianto Domotico Wireless Tempi medi di installazione Descrizione opera Tompo Medio min Punto luce 20 5 Kit base 10 5 Tenda elettrica 20 5 Ronzatore con relativo pulsante a tirante 31 5 Suoneria con relativo pulsante unipolare 31 5 Luce d emergenza 20 5 Termostato ambiente elettrovalvola caldaia 20 5 Presa 2P T 10A 20 5 Presa 2P T 16 10A bipasso 20 5 Scatola di derivazione 19 5 Quadro generale comprensivo di centralino di incasso sezionatore 32A spia luminosa 30 interruttore magnetotermico differenziale 25A Id 30mA interruttore magnetotermico 16A n 2 interruttori magnetotermici 10A Il circuito di potenza non cambia nella tabella le voci che si modificano sono solo quelle riguardanti la parte di comando La manodopera elettrica per un equo confronto nuovamente di 30 00 h al contrario le opere edili diventano inferiori rispetto alle soluzioni precedenti Usando di nuovo la lunghezza dei cavi come parametro di riferimento con la piattaforma tradizionale si ha un estensione totale di 111 CAPITOLO 4 369 70 m con la domotica cablata di 363 30 m mentre con la domotica wireless di 276 55 m Si consegue una diminuzione del 25 2096 sull estensione totale dell impianto dovuto alla riduzione del circuito di comando Infatti la lunghezza totale dei cavi luce del tradizionale di 180 90
117. tore magnetotermico 16A Bticino BTDIN F810N 16 2 moduli N 1 16 72 16 72 Interruttore magnetotermico 10A Bticino BTDIN F810N 10 2 moduli N 2 16 72 33 44 Centralino da incasso con portello trasparente 24 moduli completo di scatola N 1 3209 32 09 di incasso Vimar V52424 i Alimentatore con uscita 29 V d c 800 mA alimentazione 120 230 V 50 60 Hz installazione su guida EN 50022 9 moduli Vimar art 01801 Ne cq doge uie 39386 Totale 1 193 30 Descrizione Quantit Prezzo un Totale Manodopera elettrica h 10 34 30 00 310 25 Materiale Manodopera elettrica 1 503 55 124 CAPITOLO 4 Descrizione Totale Opere murarie 422 81 TOTALE 1 926 36 4 2 3 PIATTAFORMA WIRELESS La tavola 4 13 di nuovo valida per la localizzazione degli organi di comando delle prese dei punti luce e dei centri di potenza Anche la tavola 4 15 rappresentante la distribuzione del circuito di potenza delle prese da 10 e da 16 A non si modifica Cambia il materiale di comando da impiegare in particolare dell impianto luce ed infatti nella tavola 4 17 viene rappresentata la nuova distribuzione del circuito di comando 125 CAPITOLO 4 TAVOLA 4 17 H 160 Q G 1 F N T750 2 F N T370 CDI 4 F N T380 3 F N T300 6 F N T400 va j 8 F N T150
118. uesti consentono ai vari impianti di un edificio illuminazione climatizzazione sicurezza antintrusione controllo accessi automatismi e cosi via di diventare un sistema unico volto a rendere migliore la vita personale e lavorativa e a incidere positivamente sui consumi energetici salvaguardando l ambiente e non meno importante il bilancio personale o aziendale 1 2 PIATTAFORMA ANALOGICA CLASSICA Gli impianti elettrici tradizionali sono realizzati prevalentemente con apparecchi elettromeccanici Le tipiche funzioni delle abitazioni sono l accensione e lo spegnimento di lampade le segnalazioni con suonerie e 13 CAPITOLO 1 lampade spia l apertura di elettroserrature oltre alla distribuzione dell energia elettrica mediante prese Si cerca di automatizzare tutte queste funzioni per comodit e in certi casi per necessit al fine di migliorare la qualit della propria vita permettendo di avere maggiore sicurezza gestendo a distanza apparecchi domestici e funzionalit demandando funzioni e comandi ecc Gli apparecchi di comando pi usati nelle abitazioni sono gli interruttori i deviatori gli invertitori ed i pulsanti Ad esempio per l illuminazione necessario azionare una o pi luci da minimo un punto a pi punti di comando Tipicamente per il comando di una luce da un punto si impiega un interruttore da due punti due deviatori da tre punti due deviatori e un invertitore da pi di tre
119. vedi normative CEI sezione del cavo ecc CAPITOLO 5 Fase6 collegamenti nuovi o adattati ad una realt gi presente mediante connettori dedicati Fase7 fase conclusiva di alloggiamento del modulo interruttore vedi fig sopra o dei moduli deviatori vedi fig sotto nel caso di 2 punti di comando per uno stesso punto luce Quindi oggi sono necessarie almeno 7 fasi lavorative per realizzare ex novo questa semplice funzionalit comando luce oppure per effettuare una semplice modifica al proprio impianto elettrico relativa vedi esempio precedente al riposizionamento di un punto di comando per una luce 142 CAPITOLO 5 Inoltre utile osservare che durante le citate 7 fasi lavorative necessario l opera sequenziale di diversi specialisti quali il muratore l imbianchino e l elettricista Nel caso di modifiche successive alla realizzazione dell impianto elettrico buona norma ed in molti casi obbligatorio per legge fornire al proprio Comune il dettaglio della variazione desiderata Grazie alle innovative tecnologie wireless tutti i problemi precedentemente illustrati vengono risolti ed eliminati facilmente inoltre l impianto elettrico di casa o ufficio diventa I dicablato rimane solo la parte di potenza cio la linea che serve i singoli carichi quali luci elettrodomestici azionamenti ecc ll meno costoso pi flessibile e meno invasivo Il adattabile in qualsiasi momento alle pro
120. vo pi evidenti di questi problemi sono elevati costi realizzativi di tipo elettrico e di tipo edile 139 CAPITOLO 5 dislocazione dei punti di comando e dei punti di acquisizione sensori prefissata quindi fissa ad incasso e scelta normalmente non dall utilizzatore finale associazione comando luce sensore attuatore fissa predeterminata scelta normalmente non dall utilizzatore finale e vincolata ad un ulteriore cablaggio dedicato difficolt ed elevati tempi realizzativi per modifiche all impianto successive nel caso fossero possibili pericolosit punti di comando accessibili a tutti alla tensione di rete 220 V Come esempio vengono visualizzate le fasi lavorative attualmente necessarie per realizzare o modificare un semplice punto di comando a parete classico interruttore per accendere e spegnere una luce 1 tracciamento e opere murarie per l incasso della scatola interruttore e peril passaggio del tubo flessibile cablaggi dedicati 140 CAPITOLO 5 141 Fase2 posizionamento e inserimento della scatola da incasso Fase3 posizionamento e inserimento nella canalina del tubo flessibile nel quale verranno alloggiati i cavi Fase4 opere murarie di richiusura della canalina realizzata e successiva imbiancatura della parete Fase inserimento dei fili cavi adatti alla funzionalit che si sta realizzando
121. voro e le proprie attivit Ormai in ogni edificio si trovano apparecchi che consentono automazioni e 10 CAPITOLO 1 controlli come termostati dimmer per le luci controllo carichi cancelli elettrici e cos via Negli ultimi decenni l ingresso nella societ dell informazione la convergenza fra tecnologie come l informatica l elettronica e le telecomunicazioni il crescere delle esigenze ed il mutare di una societ in costante evoluzione non potevano non avere conseguenze sul rapporto tra impianti ed abitazioni E in questo contesto che l inizio del terzo millennio conosce un altra innovazione destinata a mutare gli scenari domestici la domotica Per domotica si intende l insieme dei prodotti dei programmi dei servizi e degli strumenti di progettazione disponibili per rendere pi intelligente ed integrato il funzionamento dei vari impianti ed equipaggiamenti tecnici presenti nei moderni edifici residenziali Agli impianti tradizionali costituiti da una piattaforma analogica classica si sono affiancate le piattaforme a Bus Questo perch con la tecnica di installazione tradizionale i vari impianti che equipaggiano la casa come l illuminazione il riscaldamento o l azionamento motorizzato delle tapparelle vengono progettati e realizzati separatamente e gestiti da sistemi diversi Le varie funzioni vengono svolte da impianti che non dialogano fra loro con molti dispositivi ridondanti Una gestione integrata e coordinata d
122. zario delle Opere Edili della CCIAA di Milano si desume che il costo per le assistenze murarie all installazione dell impianto elettrico deve essere conteggiato in percentuale media sul prezzo dell impianto 5096 o 559 si sceglie dunque il 5096 A seguito di quanto esposto si consegue il Preventivo di Spesa riportato nella seguente tabella 4 4 100 CAPITOLO 4 Tab 4 4 Preventivo di Spesa Descrizione materiale Quantit Prezzo un Totale Interruttore unipolare 250V 16 Vimar Eikon art 20001 N 8 5 92 47 36 Deviatore unipolare 250V 16A Vimar Eikon art 20005 N 12 7 16 85 92 Invertitore unipolare 250V 16A Vimar Eikon art 20013 N 2 11 57 23 14 Pulsante unipolare 250V 10A Vimar Eikon art 20008 N 5 5 78 28 90 Rel passo passo Bticino BTDIN FP1A 230 N 1 31 21 31 21 Commutatore a due tasti con frecce direzionali 250V 10A Vimar Eikon art N 2 16 82 33 64 20060 tenda Presa 2P T 10A 250V Vimar Eikon art 20201 N 18 4 32 77 16 Presa 2P T 16A 250V bipasso Vimar Eikon art 20203 N 7 5 95 41 65 Pulsante a tirante 250V 10A Vimar Eikon art 20052 N 1 1083 10 83 Ronzatore 230V Vimar Eikon art 20378 N 1 1907 19 07 Suoneria 230V Vimar Eikon art 20373 N 1
123. zione dell impianto che invece si ha con le piattaforme a BUS presentate La tecnologia wireless sicuramente la pi versatile basti pensare alla possibilit di poter spostare i vari comandi dell impianto dove si vuole senza la necessit di modificare i cablaggi e senza operare alcuna modifica strutturale su pareti o pavimenti Se nell abitazione l utente cambia l arredamento ad esempio del soggiorno e nasce la necessit di spostare l azionamento delle luci pu trasferire l interruttore di accensione in qualsiasi punto del locale Data la facilit dell intervento non necessario l ausilio di operatori specializzati E possibile addirittura pensare di accendere e spegnere l utenza con l interruttore comodamente in tasca come si fa con il telecomando della TV In qualsiasi momento si pu aggiungere un dispositivo di comunicazione all impianto senza l aggiunta di prese connettori o altre predisposizioni 115 CAPITOLO 4 4 2 PROGETTO DELL IMPIANTO ELETTRICO DI UNA UNITA ABITATIVA DI PICCOLA GRANDEZZA Si vuole verificare se si ottengono tra le tre piattaforme analizzate per il quadrilocale precedente le medesime diversit Per questo motivo si studia un monolocale che presenta le seguenti caratteristiche Superficie Locale m Soggiorno con angolo cottura 32 94 Disimpegno 3 24 Bagno 4 71 Totale 40 89 Balcone 3 88 Le dotazioni dell appartamento sono di seguito riportate in tabell
124. zoelettrici ecc Mesh Star PAN coordinator Q Full Function Device Cluster Tree O Reduced Function Device Fig 2 4 Principali topologie di rete previste dallo standard IEEE 802 15 4 46 CAPITOLO 2 Una topologia peer to peer invece differisce dalla precedente in quanto ciascun dispositivo pu comunicare direttamente con un altro interno alla rete a patto che questo rientri nella sua area operativa di copertura senza ricorrere alla mediazione del coordinatore Una tale topologia quindi si presta alla formazione di reti di comunicazione decisamente complesse che coinvolgono potenzialmente un elevato numero di dispositivi essa tipicamente rivolta ad applicazioni come il controllo e il monitoraggio industriale ed ambientale attraverso reti di sensori wireless in aggiunta all utilizzo in domotica La modalit di formazione di una PAN rientra nel livello di rete network layer per cui non argomento trattato nello standard in questione tuttavia vengono riportate indicazioni di carattere generale a questo proposito Nella formazione di una rete a stella ogni dispositivo FFD dopo essersi attivato pu creare una propria rete diventandone un coordinatore locale Tutte le reti a stella operano indipendentemente dalle reti simultaneamente attive in quanto ciascuna di esse contraddistinta da un identificatore PAN scelto dal coordinatore in maniera tale da evitare conflitti con reti gi precedentemente stabilite

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