I dispositivi che comandano gli utilizzatori vengono indicati con "A" e si chiamano Attuatori mentre quelli di comando si indicano con "S" e prendono il nome di Sensori. In ogni caso, i sistemi che usualmente vengono controllati sono quelli raffigurati nel seguente Schema:

Nell’esempio gli attuatori comandano le serrande, le luci, ventilatori e lavatrice. A sua volta gli attuatori vengono comandati da pulsanti, interruttori, sistemi ad infrarossi e fotocellule. Così un pulsante potrà dire ad una lampadina di accendersi e l'attuatore associato comunicherà al dispositivo di comando l'avvenuta accensione.

Si capisce facilmente che in un impianto tradizionale è richiesto un circuito dedicato dove qualsiasi modifica, anche banale, comporta il rifacimento del cablaggio. Nel considerare un cablaggio intelligente si può vedere che c'è una netta separazione tra linee di potenza e linea BUS. La linea di potenza arriva solamente agli utilizzatori, mentre il cavo BUS (doppino) interconnette tutti i dispositivi intelligenti.

Quindi, un attuatore si può considerare come un relè passo-passo dove ad esso arriva la linea di potenza mentre il comando è quel circuito di bassa potenza che serve a comandare il relè. Con questo tipo di impianto si semplifica notevolmente il circuito soprattutto per il numero di fili conduttori.

La linea bus si divide in diverse categorie a secondo della velocità di trasmissione dei dati che viene applicata:
CLASSE A fino a 100 KHz
CLASSE B fino a 1 MHz
CLASSE C fino a 16 MHz
CLASSE D fino a 100 MHz
CLASSE OTTICA fino a 10 GHz su fibra ottica

Una linea bus a doppino telefonico mette in comunicazione tutti i sensori e attuatori. Ad esempio, un sensore di temperatura riceve dall’esterno un cambiamento di valore, lo codifica e lo trasmette all’attuatore il quale provvede a decodificarlo facendo accendere o spegnere una caldaia.

Se, ad esempio, consideriamo un termostato, esso sarà composto da una parte tradizionale che è in grado di rilevare la temperatura in forma analogica, poi l'unità intelligente che trasforma in un messaggio verso un attuatore. Questa trasformazione può essere considerata a tutti gli effetti una conversione da un segnale analogico ad uno digitale. All'interno dell'unità intelligente c'è un vero e proprio computer così costituito:
1) Un microprocessore
2) Delle memorie ROM con il sistema operativo residente
3) Una EEPROM in cui viene mantenuto, anche in assenza di tensione, il programma che il dispositivo deve eseguire
4) Una RAM dove vengono caricati temporaneamente i messaggi.

La codificazione del segnale da parte del sensore è di tipo digitale e provvede ad inviare il segnale all’attuatore corrispondente secondo un indirizzo univoco valido solo ed esclusivamente per quell’attuatore. Tutti gli attuatori sono sempre nello stato di ricezione e possono decodificare il messaggio e inviare un messaggio di risposta all’unità centrale dell’avvenuto cambiamento di stato. E’ chiaro che questi attuatori vanno in trasmissione uno alla volta per evitare la perdita di dati.

STRUTTURA DI UN MODULO I/O

Benché a livello teorico, un modulo I/O si presenta strutturalmente come nella seguente figura:

Sia il sensore che l’attuatore sono costituiti da una serie di livelli che il segnale dovrà percorrere prima di essere ricevuto o trasmesso attraverso la linea Bus. In altre parole ogni livello può comunicare con quello adiacente mentre i due dispositivi comunicano attraverso l’interfaccia.

Il livello 7 applicazione si occupa del protocollo di comunicazione.

Il livello 6-5 di presentazione e sessione svolge la funzione di visualizzazione su un display locale.

Il livello 4-3 di trasporto e rete assicura che i dati in arrivo siano privi di errori.

Il livello 2 collegamento dati assicura che non ci siano contemporaneità di trasmissione dei dispositivi.

Il livello 1 fisico è connesso alla linea bus e svolge la funzione di invio o di ricezione della sequenza di bit dati.

SISTEMA DI COMUNICAZIONE

Nell’ esempio di figura si suppone che la comunicazione avvenga tra due dispositivi a due canali. Questi canali possono essere:
1)di controllo per la trasmissione dei messaggi
2) informazioni per la trasmissione audio o video

Adesso supponiamo che il livello 7 del sensore riceva dall’ambiente un valore di temperatura e la passi al livello 6 attraverso la sezione gestione fino ad arrivare al livello 1. Il livello1 trasforma l’informazione in una grandezza elettrica e la invia all’interfaccia M1 e da questa alla linea bus.

Il livello fisico dell’attuatore riceve il segnale e lo trasforma in modo da essere riconosciuto da un livello superiore.

In altre parole, viene fatto il percorso inverso a quello del sensore e attraverso l’interfaccia di processo, va ad agire sull’impianto di condizionamento.

Affinché due unità possano comunicare tra di loro attraverso un doppino telefonico, occorre utilizzare una coppia ritorta, cioè il conduttore TX della prima unità deve essere collegato al conduttore RX della seconda unità e viceversa.

In ogni caso la trasmissione dei dati avviene secondo un protocollo di comunicazione costituito da un bit di start, 8 bit dati, un bit di parità e uno o due bit di stop.

Nei sistemi di comunicazione si usano due tipi di mezzi: TP0 sbilanciato e TP1 bilanciato. La differenza sta nel fatto che il primo sistema usa una logica negativa, a circuito aperto si ha uno 0 logico mentre a circuito chiuso si ha un 1 logico. La velocità di comunicazione è di 4.800 bit/sec con un livello di tensione di 12-15V. Il sistema TP1 fa uso di una logica positiva e può comunicare fino a 9.600 bit/sec con un livello di tensione di 24-30V.

Attraverso il protocollo di comunicazione, due unità che comunicano tra di loro si scambiano una serie di informazioni a secondo della funzione che devono svolgere. I dati scambiati possono essere:
Informazioni operative
Indirizzo sorgente
Indirizzo destinazione

A sua volta le informazioni operative si suddividono in due sottoclassi:
1) Comandi (accendere o spegnere una lampada)
2) Stati (danno l’informazione se una lampada è stata accesa o meno)

L’indirizzo sorgente e di destinazione ha un valore importante nella comunicazione. Infatti, poiché alla linea bus sono collegati altri dispositivi a livello fisico, occorre stabilire un collegamento logico con l’unità con cui si vuole comunicare. Questo sistema fa uso degli indirizzi sorgente e di destinazione. Infatti, quando viene spedito un messaggio da una unità sorgente, questo arriva a tutte le unità, ma solo una apre la porta bus, cioè, quella relativa all’indirizzo trasmesso dall’unità sorgente. In altre parole, se una comunicazione deve essere spedita ad un destinatario occorre scrivere nella busta l’indirizzo. Durante in percorso la lettera incontra diversi destinatari, ma solo uno riceverà la comunicazione, quello a cui corrisponde l’indirizzo sulla busta.

L’indirizzo può essere di due tipi:
Indirizzo di un singolo dispositivo
Indirizzo di un gruppo di dispositivi

Il primo indirizzamento è intuitivo mentre il secondo si riferisce ad un gruppo di unità con la stessa logica funzionale. Per esempio, con un pulsante si può dare il comando a diverse unità di spegnere le luci contemporaneamente a tutto un piano di un complesso residenziale.

Abbiamo detto che un dispositivo di comunicazione che deve inviare un messaggio ad un corrispondente dispositivo, è dotato di un controllo sulla linea bus che serve a verificare se in quell’istante è libera da altre comunicazioni. Se per caso la linea bus è occupata, l’elemento sorgente si pone in attesa e ritrasmetterà il messaggio non appena la linea sarà libera.

Una volta ricevuto il messaggio, il dispositivo ricevente dovrà comunicare un messaggio di avvenuta ricezione. Se il messaggio contiene degli errori, il destinatario dovrà comunicare al mittente l’errore e così il mittente ritrasmetterà il messaggio al destinatario fino a tre volte.

In questo tipo di comunicazione sono previsti i seguenti livelli di priorità dei messaggi:
normali
ritrasmessi in caso di errori
urgenti
allarmi
gestione della rete

La prima figura mostra come viene realizzato un mezzo di tipo TP0 utilizzando una coppia ritorta che gira per tutto l’appartamento, mentre una linea di sezione minore viene utilizzata per la derivazione attraverso un derivatore che pizzica i tre cavi a pressione.

La seconda figura mostra un cavo di tipo a TP1 costituito da 4 conduttori: una coppia schermata è utilizzata come linea bus mentre l’altra è utilizzata come bus secondario o come mezzo di alimentazione a c.c.

Oltre ai dispositivi già considerati (sensori, attuatori), ci sono dei dispositivi secondari che non entrano nell’automazione logica ma che sono essenziali per il funzionamento del controllo.

Questi dispositivi si chiamano:
alimentatori in c.c.
accoppiatori di linee
ripetitori di segnali

Nei sistemi di tipo TP1, questi dispositivi vengono montati in un quadro elettrico su guide DIN con etichette adesive conduttrici che collegano i dispositivi in forma modulare.

L’alimentatore, denominato PSU(Power Supply Unit), può essere integrato al modulo attraverso una batteria in tampone o alimentato dalla rete esterna o può essere esterno ed alimenta il modulo attraverso la stessa linea bus.

ACCOPPIATORE BUS

Si tratta di un modulo applicativo detto BCU (Bus Coupling, Unit) il quale traduce il messaggio dalla linea bus e comanda un modulo oppure riceve un segnale dal modulo e lo spedisce al bus.

Per esempio, un apparecchio di illuminazione può far parte della rete bus solo se viene collegato ad un accoppiatore bus. La parte che gestisce la comunicazione è corredata da un microprocessore, da una ROM, da una EEPROM e da una RAM. Nella ROM è contenuto il sistema operativo, nella EEPROM è contenuto il programma che il dispositivo deve eseguire e nella RAM vengono memorizzati man mano i messaggi ricevuti.

La tipologia di una rete bus può essere gerarchica, piatta e mista. Nella tipologia gerarchica i dispositivi sono raggruppati per tipo di applicazione: riscaldamento, illuminazione, antifurto, antincendio, citofonia dove ogni gruppo dipende da un controllore e i controllori possono comunicare tra di loro o con un supervisore.

L’architettura piatta, viene applicata per piccoli impianti dove tutti i dispositivi e i controllori hanno un accesso diretto al mezzo di comunicazione.

In una struttura mista ogni applicazione ha una sua linea bus ma sono collegati tra di loro attraverso accoppiatori/disaccoppiatori che li mettono in comunicazione tra di loro.

CONNESSIONE DEI DISPOSITIVI

La connessione tra dispositivi può essere di 4 tipi:
Lineare
Ad albero
Ad anello
A stella

Le tipologie di connessioni più usate sono Lineare e ad albero, la prima è usata per architetture piatte, la seconda per edifici a più piani.

Nella figura seguente abbiamo una struttura ad albero realizzata in un condominio dove la dorsale è costituita da una serie di accoppiatori tanti quanti sono i piani del palazzo. A sua volta, per ogni piano abbiamo una serie di accoppiatori per ogni appartamento. Ogni accoppiatore gestisce al massimo 64 dispositivi per una linea che non dovrà superare i 1000 m.

Sommariamente possiamo dire che, usando un doppino intrecciato, si possono usare diversi tipi di interfacciamento tra l’esterno e diversi complessi residenziali fino ad arrivare alla singola camera con la sua applicazione.

Questi tipi di interfacciamento possono essere classificati in base a delle sigle che andiamo ad illustrare:

Per quanto riguardo la posa dei cavi, le normative prevedono che sia i cavi di bus che quelli a tensione diversa possono viaggiare nella stessa conduttura a patto che l’isolamento sia adeguato per la massima tensione presente.

Gli apparecchi di controllo del sistema bus possono essere installati negli stessi quadri elettrici che contengono apparecchiature di manovra a 220V a patto che ci sia un adeguato isolamento tra due dispositivi a tensione diversa e che le parti accessibili non vengano intenzionalmente a contatto con altre reti.

PROGETTAZIONE DI UNA RETE BUS

In un complesso residenziale quando parliamo di impianti ci riferiamo agli impianti elettrici, idraulici, termici, antintrusione, di ventilazione, ecc.

Negli impianti tradizionali ogni professionista si occupa del suo impianto in base alle esigenze interne dell’appartamento. Con il concetto di casa intelligente nessuno può rendere indipendente il suo impianto da un altro, tutti devono far capo ad un unico progettista il quale dovrà coordinale gli impianti in modo che possano interagire con un unico controllo attraverso una linea bus.

Per l’installazione di un impianto bus bisogna stabilire i punti di utilizzazione che in linea generale si possono riassumere come segue:
1. Illuminazione
2. illuminazione di emergenza
3. illuminazione temporizzata
4. prese di corrente
5. prese TV
6. prese telefoniche
7. allarme gas
8. allarme soccorso
9. allarme incendio
10. allarme allagamento
11. termoregolazione
12. antintrusione
13.comunicazioni
14. diffusione sonora
15. automaz. Cancelli
16. automaz. Tapparelle
17. TV a circuito chiuso
18. trasmissione dati

Il progettista dovrà redarre una tabella dove dovrà indicare, per ogni locale, il numero degli attuatori e i rispettivi sensori tenendo conto se si tratta di appartamento economico, mediocre o di lusso.

TABELLA DEGLI ATTUATORI PER UN APPARTAMENTO ECONOMICO (C=copertura completa, B=prevedere due attuatori con rispettivi sensori)