Al giorno d’oggi parecchi edifici di grandi dimensioni come ospedali, stazioni ferroviarie, uffici o complessi residenziali sono equipaggiati con sistemi per l’automazione degli edifici. Troppo spesso, comunque, questi sistemi operano come unità autonome, mentre i casi in cui viene utilizzata una gestione basata su IoT (Internet of Things), che prevede l’acquisizione di un maggior numero di dati e analisi condotte a un livello più approfondito, sono al momento rari.
Non bisogna però dimenticare che la complessità della gestione degli edifici è in continuo aumento. Oltre alle operazione standard di monitoraggio e controllo del sistema, vi è ora la necessità di collegare in rete e migliorare le funzionalità dei sistemi per garantire un maggior comfort e una riduzione sostenibile delle emissioni di anidride carbonica, che può essere ottenuta ad esempio ottimizzando il mix tra l’energia fotovoltaica auto generata e l’alimentazione esterna in un sistema energetico connesso in rete.
I sistemi HVAC basati su IoT sono in grado di assicurare il giusto equilibrio tra riscaldamento, ventilazione e umidità per assicurare un clima gradevole all’interno degli edifici indipendentemente dalla stagioni o dalle condizioni atmosferiche esterne.
Indipendentemente da dove vengano installati, i Building Automation Systems (BAS, sistemi per l’automazione degli edifici) utilizzano in misura sempre maggiore cloud esterni come stazioni di controllo e istanze di gestione che sono connesse in rete con i sistemi locali. Ciò permette di configurare e controllare i sistemi attraverso tablet, smartphone e computer. Quando si tratta della gestione generale e del controllo dei sistemi HVAC, l’approccio che prevede il ricorso al cloud risulta semplice ed estremamente conveniente: tutto può essere implementato dal cloud e a qualsiasi istanza viene assicurato l’accesso a dati molto specifici. Tutte queste operazioni possono essere compiute dall’utente in qualsiasi posto del mondo esso si trovi. In ogni caso non è sufficiente eseguire un collegamento Ethernet con un sistema esistente. In molti casi è necessario aggiungere un nuovo strato alla periferia (edge) per espletare compiti (task) locali individuali.
Esempi classici sono le situazioni in cui la rapidità delle decisioni riveste un ruolo chiave, come accade nei sistemi safety-critical (ovvero il cui malfunzionamento può causare danni a persone e/o all’ambiente circostante). Le stazioni di controllo basate su cloud sono sempre caratterizzate da una certa latenza e possono anche essere fuori servizio qualora si verificassero problemi alla rete. Questo è il motivo per cui l’analisi dei dati e il processo decisionale dei sistemi BAS eseguite a livello locale stanno assumendo una sempre maggiore importanza. I PC su guida DIN locali come quelli sviluppati da Matrix non solo elaborano i dati in tempo reale, ma possono attivare immediatamente misure di protezione nel caso di inondazioni, grandinate e incendi e allertare automaticamente i residenti o i vigili del fuoco.
L’estate del 2021, come mai prima d’ora, ha evidenziato che condizioni meteorologiche estreme possono mettere a repentaglio la vita delle persone oltre a provocare gravi danni a scantinati, tetti o agli impianti degli edifici nel volgere di pochi minuti. I sistemi di allerta preventivi possono utilizzare dati meteorologici in tempo reale per individuare rapidamente l’arrivo di condizioni meteo avverse e attivare le opportune misure per proteggere gli edifici dalle tempeste: ritrarre tende da sole e tapparelle, chiudere finestre e porte dei garage, disattivare l’alimentazione, attivare allarmi e avvertire i residenti.
La società spagnola Matrix, attiva nel settore dell’elettronica, ha integrato queste soluzioni per l’elaborazione alla periferia della rete in PC su guida DIN. In questo modo, possono essere ospitati senza problemi in qualsiasi armadio di controllo standard grazie a una profondità complessiva di soli 64 mm.
La più recente novità di Matrix, società appartenente a Flexitron Group, è MTX-StarBMS (Building Management System), un PC su guida DIN compatto che rappresenta la soluzione ideale per centri di controllo BMS.
MTX-StarBMS può comunicare con le sale controllo basate su cloud e con altre istanze di gestione centralizzate e prevede un gran numero di interfacce per consentire il collegamento di qualsiasi sistema locale. Basata su un’architettura di processore modulare, la soluzione proposta da Matrix può essere programmata singolarmente.
Il sistema di elaborazione embedded, basato su standard aperti, abbina funzioni di gateway e interfacce di I/O e utilizza gli standard radiomobili 4G o Ethernet per la comunicazione con il cloud. In tal modo mette a disposizione un gran numero di ingressi (sei universali, sei digitali e otto analogici), quattro uscite digitali oltre a porte USB per acquisire e analizzare i dati del sistema BAS direttamente alla periferia. Questa soluzione pre-configurata semplifica l’installazione e la messa in esercizio e, grazie alla sua struttura compatta, è adatta per l’installazione nella maggior parte degli armadi delle sale controllo dei vigili del fuoco o dei sistemi HVAC.
Per quanto concerne la programmabilità, il cuore di MTX-StarBMS è rappresentato dal software Niagara Framework sviluppato dalla società statunitense Tridium.
Espressamente concepito per l’utilizzo nel settore dell’automazione degli edifici, Niagara fornisce le risorse per connettere in modo sicuro dispositivi critici al cloud e le necessarie funzionalità di normalizzazione dei dati.
Oltre a consentire agli utenti di acquisire e monitorare i flussi di dati, questo framework permette loro di creare catene di processo e interfacce utente personalizzate. Ciò consente di elaborare automaticamente e visualizzare misure e informazioni di stato provenienti da sensori, azionamenti e sistemi localmente e in tempo reale.
L’interfaccia utente HTML5 basata su Web può essere visualizzata su differenti dispositivi finali anche da remoto e attraverso il cloud. Essa può essere personalizzata con semplici operazioni Drag & Drop: è sufficiente prelevare (drag) le funzioni desiderate da librerie standardizzate e rilasciarle (drop) nell’ambiente di programmazione di tipo object-oriented.
In linea di principio il framework UX (User eXperience) aperto e basato su Java è adatto per tutti i tipi di compiti di automazione, oltre che per il monitoraggio, la gestione e l’assistenza delle funzionalità dell’edificio. I produttori di applicazioni per la tecnologia degli edifici possono anche utilizzare driver per integrare i loro sistemi in questa piattaforma aperta, in modo da accelerare lo sviluppo di nuove applicazioni e collegamenti in rete con i sistemi BMS esistenti. Di concezione scalabile, Niagara può essere installato in differenti piattaforme hardware, dai server aziendali di grandi dimensioni ai sistemi di elaborazione embedded.
Per quanto concerne la parte hardware, Matrix ha integrato la propria esperienza di sviluppo con sistemi embedded consolidati: il sistema MTX-StarBMS risulta composto da una scheda carrier progettata internamente e un modulo COM (Computer on Module) basato su Qseven, uno standard le cui specifiche sono state definite e vengono supportate da SGET (Standardization Group for Embedded Technologies), un organismo di standardizzazione indipendente. Il modulo è prodotto da congatec, azienda impegnata nel settore della tecnologia di elaborazione per applicazioni embedded ed edge.
Matrix ha deciso di utilizzare il modulo COM Qseven perché, essendo equipaggiato con il processore iMX6 di NXP, è particolarmente adatto per le applicazioni a basso consumo tipiche della gestione degli edifici, oltre a essere disponibile in differenti versioni e configurazioni.
Un altro elemento da tenere in considerazione è il fatto che sia possibile procedere all’aggiornamento dei moduli con estrema semplicità utilizzando i moduli COM di più recente introduzione, come ad esempio quelli equipaggiati con il processore i.MX 8M Plus di NXP che integra quattro core ARM Cortex-A53 e un core ARM Cortex-M7, oltre a un’unità NPU (Neural Processing Unit) che può essere utilizzata, quando serve, nelle applicazioni di intelligenza artificiale. Ciò garantisce non solo una notevole flessibilità nella progettazione di questi PC su guida DIN, ma anche la disponibilità sul lungo periodo, in quanto è possibile effettuare gli aggiornamenti necessari per supportare i futuri requisiti dei sistemi BMS, come ad esempio l’integrazione dell’intelligenza artificiale.
La prima versione del sistema prevede fino a quattro core Cortex A9 ed è caratterizzata da consumi di potenza compresi tra 2 e 4 Watt. La possibilità di operare nell’intervallo di temperatura esteso (da -40 a +85 °C) rende questa soluzione adatta all’uso in sistemi BMS ubicati in qualunque ambiente.
Con la scelta della combinazione formata da Niagara Framework e dal modulo COM in formato Qseven, Matrix ha implementato il sistema MTX-StarBMS sotto forma di un PC su guida DIN compatto destinato a proporsi come un punto di riferimento sul lungo periodo nel mercato dei sistemi BMS collegati al cloud.
La rapida evoluzione di controlli, azionamenti e sensori basati su IoT richiede d’altronde l’adozione di soluzioni scalabili di questo tipo. Il modulo COM può essere sostituito con un analogo modulo della prossima generazione, mentre Niagara Framework, essendo una piattaforma di integrazione aperta, è già predisposta per supportare le future evoluzioni.
Le prossime configurazioni che utilizzano il processore i.MX 8M Plus con NPU integrata permetteranno lo sviluppo di PC su guida DIN in grado di supportare applicazioni di intelligenza artificiale che utilizzano algoritmi di deep learning e machine learning. In sintesi, si tratta della piattaforma ideale per le soluzioni che sfruttano la manutenzione predittiva e il processo decisionale locale basato sui Big Data che viene alimentato su base quotidiana con l’enorme numero di informazioni provenienti da ogni edificio automatizzato.
Articolo di Zeljko Loncaric, Marketing Engineer congatec
