L'evoluzione della connettività per la building automation

"I tradizionali controller per riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell'aria (HVAC) in uso da decenni stanno lasciando il posto a una tecnologia più sofisticata, resa possibile da una ricca serie di opzioni di connettività che agiscono come il sistema nervoso centrale di un edificio."

Gli edifici si stanno evolvendo rapidamente poiché gli sviluppatori cercano di massimizzare i loro rendimenti, mentre le aspettative degli utenti si modificano e la mitigazione del cambiamento climatico diventa un aspetto sempre più urgente. Per affrontare questo insieme di aspetti, i sistemi di building automation devono essere profondamente aggiornati.

I tradizionali controller per riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell'aria (HVAC) in uso da decenni stanno lasciando il posto a una tecnologia più sofisticata, resa possibile da una ricca serie di opzioni di connettività che agiscono come il sistema nervoso centrale di un edificio. Benché adottare un approccio diretto all'implementazione di questi “sistemi nervosi” abbia un suo fascino, molti sviluppatori tendono a ridurre al minimo i rischi integrando più opzioni di connettività e più protocolli di comunicazione al fine di creare delle strutture di smart building eterogenee alimentate da sottosistemi collaudati.

Cambiare le aspettative in merito agli edifici

Perché passare a edifici intelligenti? I grandi investimenti necessari per un progetto edilizio nuovo costringono a massimizzare la redditività degli spazi risultanti facendoli "lavorare" il più duramente possibile durante tutta la loro vita operativa. La rapida evoluzione della natura delle occupazioni, del tempo libero, della produzione, della logistica, della vendita al dettaglio e dell'assistenza, impone agli edifici di adattarsi alle nuove circostanze. La società di co-working WeWork ha dimostrato questo principio rimodulando i vecchi edifici del centro cittadino in spazi flessibili per uffici. La pandemia ci ha insegnato che, in extremis, i complessi espositivi possono diventare ospedali, le palestre possono diventare centri vaccinali e le nostre case possono diventare luoghi di lavoro. I nuovi edifici devono essere progettati per garantire che lo spazio fisico possa essere adattato in modo semplice ed economico. Devono inoltre disporre di un'infrastruttura flessibile e intelligente che possa essere rapidamente

Uno sguardo alle tecnologie

Martin Keenan

Director of Technical Development, Avnet Abacus

riconfigurata per dispiegare alimentazione, illuminazione, HVAC, risorse IT e reti dati ovunque sia necessario, indipendentemente dalla configurazione dell'edificio. Gli edifici devono inoltre essere ripensati per ridurre al minimo la loro impronta climatica. Questo può essere ottenuto in parte attraverso normative edilizie più rigorose, materiali più innovativi e approcci inediti, ad esempio utilizzando la connettività wireless anziché il cablaggio strutturato per risparmiare materie prime come il rame. Le strategie edilizie intelligenti possono anche contribuire a mitigare uno dei maggiori impatti climatici degli edifici: il modo in cui vengono utilizzati. Ad esempio, la combinazione tra rilevamento della presenza e controllo a livello di singola stanza di HVAC e corpi illuminanti può impedire gli sprechi in termini di riscaldamento, raffrescamento o illuminazione, disabilitando gli impianti quando gli uffici non sono occupati. Gli edifici intelligenti possono inoltre essere supportati da una serie di misure rivolte alla sorveglianza e alla sicurezza, proteggendoli da una serie di minacce. Queste misure possono includere telecamere di sicurezza basate su IP, rilevatori di presenza e, dopo la pandemia, rilevatori di immagini termiche all'ingresso per riconoscere le persone con temperature elevate. A questi si aggiungono i sistemi di conteggio dei passi, abilitati da sensori a infrarossi, il quali permettono di monitorare quante persone sono presenti in un dato spazio contemporaneamente. Questi elementi innovativi integrati nell'infrastruttura tecnica possono aiutare i sistemi di gestione intelligente degli edifici nel regolare le impostazioni dell'impianto HVAC, in modo che corrispondano ai livelli di occupazione. Inoltre, possono anche fornire i dati grezzi necessari per comprendere le dinamiche delle caratteristiche occupative, consentendo, ad esempio, di tenere traccia delle tendenze di comportamento dei consumatori negli spazi commerciali o per ottimizzare l'impiego del personale in molti altri contesti.

Uno sguardo alle tecnologie La pandemia ci ha insegnato, tra l'altro, che gli edifici possono avere un impatto importante sulla nostra salute. I sistemi HVAC possono essere aggiornati con dei sensori di calore e umidità in modo da monitorare e migliorare la qualità dell'aria, nonché la concentrazione di gas fondamentali come ossigeno, azoto e anidride carbonica.

L'illuminazione è un altro aspetto critico delle strategie degli edifici intelligenti. Un'illuminazione progettata correttamente può incoraggiare i consumatori a comprare di più nei negozi, può consentire agli impiegati di concentrarsi più a lungo alla scrivania e può aiutare le persone a godersi meglio il tempo speso negli spazi sociali. Un modo per fornire un'illuminazione così altamente funzionale è attraverso sistemi intelligenti che possano essere controllati a distanza per fornire una varietà di effetti e adattarsi rapidamente a grandi cambiamenti, come la riconfigurazione degli spazi dell'edificio. Esistono almeno due approcci per implementare queste reti di illuminazione intelligenti: uno fornisce un'alimentazione autonoma alle luci e quindi le collega al sistema di gestione dell'edificio tramite Bluetooth; l'altro utilizza un approccio Power-over-Ethernet per fornire energia e dati di controllo a ciascun apparecchio.

In un altro esempio di come la scelta delle strategie di connettività si stia intrecciando con l'esercizio degli edifici è quello di alcuni sviluppatori che stanno prendendo in considerazione l'utilizzo dell'impianto di illuminazione intelligente per fornire collegamenti dati e illuminazione funzionale. Il Li-Fi, ottenuto modulando i LED di illuminazione a frequenze abbastanza alte da trasportare preziose quantità di dati senza causare alcuno sfarfallio percettibile, è considerato da alcuni una valida alternativa al Wi-Fi. Alcuni affermano anche che in determinati casi il Li-Fi sia più sicuro del Wi-Fi.

Standard di connettività cablata

Poiché ci si aspetta che gli edifici intelligenti integrino così tanti diversi tipi di funzionalità, spesso si ricorre a strategie di connettività eterogenee introdotte da altre discipline. Molti sistemi di gestione degli edifici tradizionali utilizzano una connettività di tipo gerarchico, con un bus primario che collega tra loro i controller di alto livello e bus secondari che forniscono le connessioni verso controller di livello inferiore, dispositivi I/O e interfacce utente.

I dispositivi parlano tra loro utilizzando protocolli aperti come BACnet o LonTalk mentre la connettività fisica è garantita in vari modi, per esempio tramite fibra ottica, bus di campo o collegamenti Ethernet tradizionali, connessioni seriali RS232 e RS485 oppure reti wireless specializzate a bassa potenza e a larghezza di banda ridotta.

I sistemi avanzati di gestione degli edifici si stanno muovendo verso l'utilizzo dell'IP come protocollo unificante per tutte le comunicazioni. La connettività viene quindi fornita mediante varie soluzioni, tra cui fibra per la costruzione di dorsali, Ethernet tradizionale con opzioni powerover-Ethernet e reti wireless, tra cui Wi-Fi, Li-Fi, Bluetooth, Zigbee e persino 5G.

"I sistemi avanzati di gestione degli edifici si stanno muovendo verso l'utilizzo dell'IP come protocollo unificante per tutte le comunicazioni."

Un'opzione di connettività emergente è il Single Pair Ethernet (SPE), una versione ridotta dell'Ethernet tradizionale che per la trasmissione dei dati utilizza connettori miniaturizzati e un singolo doppino. Rispetto al tradizionale Ethernet, SPE offre una soluzione di connettività cablata densa, veloce, rapida da installare e a basso costo. SPE è definito nell'emendamento dello standard IEEE 802.3cg-2019 e specifica la trasmissione a 10 Mbit/s su distanze fino a 1.000 m (10Base-T1L). Per connettersi alle reti 10/100/1000Base-T, i segnali di questo standard devono essere convertiti.

Lo standard SPE è supportato con cavi, connettori e specifiche di canale emergenti. Il nuovo connettore SPE, definito in IEC 63171-1, è simile al connettore LC utilizzato per le fibre ottiche ed è quindi noto come "LC in rame". Su una linea SPE sarà inoltre possibile erogare fino a 50W, sebbene l'approccio utilizzato non sia compatibile con l'attuale infrastruttura power-over-Ethernet. Sono inoltre in corso varie attività per definire come utilizzare SPE nelle installazioni di cablaggio strutturato, aspetto che assegna a questo standard un ruolo importante nell'infrastruttura degli edifici intelligenti in futuro.

Connettività wireless

Nei servizi degli edifici intelligenti convivono molti protocolli in grado di abilitare la connettività wireless. Ad esempio, le funzionalità di rete mesh di Bluetooth LE semplificano la creazione di reti wireless ad hoc tra i sensori a basso costo installati in un edificio intelligente. Le funzionalità beacon di Bluetooth possono essere utilizzate per fornire agli occupanti dell'edificio servizi dati altamente localizzati. Per abilitare le funzionalità dell'edificio intelligente è inoltre possibile utilizzare varie tecnologie LAN wireless a bassa potenza, come Zigbee. Come per la connettività cablata, benché fosse opportuno attenersi a un unico standard, in pratica gli edifici intelligenti dovranno probabilmente implementare più standard WAN a bassa potenza per supportare l'uso di un'ampia varietà di funzioni legate ad esempio al rilevamento, all'illuminazione o al controllo.

Uno standard chiave per la connettività wireless all'interno di edifici intelligenti sarà l'IEEE802.11ax, comunemente noto come Wi-Fi 6. Questo utilizza le stesse frequenze e la stessa struttura di canale dei precedenti standard Wi-Fi ma ricorre a schemi di modulazione più sofisticati che assicurano velocità di trasmissione dati più elevate a parità di spettro radio. Wi-Fi 6 utilizza una tecnica multipath nota come "multi-user multiple-input multipleoutput" per consentire a ciascun punto di accesso di gestire fino a otto utenti simultaneamente, il doppio di quelli supportati da Wi-Fi 5. Le tecniche di beam-forming estenderanno ulteriormente la portata di ciascun router. Il supporto per una tecnica chiamata "target wake time" consentirà ai router Wi-Fi 6 di dire ai dispositivi quando attivarsi e quando entrare in modalità sleep, in modo da ridurre al minimo il consumo energetico. Come effetto collaterale, avere meno dispositivi che interrogano il router ridurrà le interferenze radio, aumentando il suo throughput aggregato. Questa combinazione di funzionalità semplificherà ai progettisti di edifici intelligenti il compito di fornire connettività su larghezze di banda elevate a popolazioni transitorie di molteplici utenti in luoghi affollati, offrendo loro l'opportunità di ricorrere a numero inferiore di router. Ciò renderà inoltre la connettività wireless un'opzione più idonea per le infrastrutture semipermanenti, ad esempio le telecamere di sicurezza.

Uno sguardo alle tecnologie

Fonte: TE Connectivity

In cima alla piramide che descrive la connettività wireless in termini di capacità e complessità, c'è lo standard cellulare 5G. Questo standard di comunicazioni mobili di ampio respiro offre, rispetto ai precedenti standard cellulari, una larghezza di banda maggiore, una latenza inferiore e il supporto per un numero maggiore di dispositivi per unità di area servita. Lo standard include anche due protocolli di comunicazione a bassa energia e a bassa velocità di trasmissione dati, formulati per supportare i dispositivi Internet of Things. La promessa associata al 5G è che molte esigenze di connettività degli edifici intelligenti potrebbero, in teoria, utilizzare apparecchiature che funzionano sotto l'ombrello di un unico standard.

L'implementazione del 5G negli edifici comporterà l'installazione di più ripetitori di segnale o di un sistema di antenne distribuito in grado di ricollegarsi a una stazione base 5G centralizzata. Gli utenti dovranno anche decidere se vorranno implementare una rete 5G privata o semplicemente portare in casa la rete di un operatore esterno. I problemi di propagazione, in particolare con le onde millimetriche concesse in licenza per il 5G in luoghi come gli Stati Uniti, renderanno estremamente importante eseguire un'adeguata pianificazione delle risorse radio per ridurre al minimo le interferenze tra le reti wireless co-localizzate, massimizzando il servizio per ciascun utente. Per quanto concerne gli edifici intelligenti la premessa è che, con la giusta infrastruttura di comunicazione, di rilevamento e di attuazione, questi si evolveranno da luoghi utili per tenersi al riparo dalle intemperie a sofisticate "macchine per vivere". Tale visione idealizzata è, ovviamente, resa possibile da una tecnologia all'avanguardia e da una struttura di connettività unica ma eterogenea.

In realtà, gli attuali edifici intelligenti si sono evoluti partendo da edifici del passato non così "smart", quindi le loro funzionalità e le loro risorse di connettività saranno implementate con un mix di tecnologie nuove ed esistenti. La pianificazione della connettività in tale contesto, quindi, riguarderà molto di più la garanzia di una pacifica coesistenza tra più standard che la scelta del giusto approccio con cui lavorare.

Conclusione

Hirose vanta una solida reputazione nel settore dei connettori innovativi e di alta qualità. Per soddisfare la richiesta di connettori FPC robusti e verticali, Hirose ha introdotto la serie FH40.

L'alloggiamento incorpora una robusta struttura di bloccaggio, supportata dall'utilizzo di contatti unici che formano un punto di cerniera affidabile per l'attuatore rotante invece di fare affidamento sulle pareti dell'alloggiamento. Ciò significa che l'attuatore è completamente supportato su tutta la lunghezza del connettore e garantisce prestazioni superiori a fronte di un collegamento più affidabile. L'attuatore è stato progettato in modo innovativo per incorporare un angolo di superficie pressato in grado di prevenire il rilascio accidentale del blocco dovuto alle vibrazioni. L'attuatore presenta una struttura robusta e spessa in grado di resistere a condizioni difficili e assicura un'elevata forza di ritenzione, pari a minimo 26N (Newton).

Le cavità speciali su ciascun lato del connettore sono note come "bloccaggi laterali". Queste permettono di tenere in posizione un FPC con linguette, garantendo una struttura di tenuta temporanea per un posizionamento guidato semplice e preciso. L'inserimento del FPC è molto scorrevole grazie all'ampia area di guida presente sul connettore. È possibile utilizzare un FPC con linguetta standard da 0,3mm di spessore, lo stesso della nota serie FH28 in versione ad angolo retto, consentendo una scelta flessibile in termini di design.

CARATTERISTICHE

• Posizioni di contatto: 10, 20, 24, 30, 40, 45, 50, 60, 64, 80 • Altezza: 5,8mm • Passo: 0,5mm • Corrente nominale: 0,5A • Tensione nominale: 50V • Struttura robusta • Cicli di accoppiamento: 20 • Temperatura di esercizio: da -40°C a +105°C

Per maggiori informazioni è possibile visitare il sito avnet-abacus.eu/hirose

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