Hardware e software nella building automation: i 3 approcci alla progettazione

Negli anni i sistemi di building automation si sono evoluti sia a livello tecnologico, che a livello progettuale. Abbiamo infatti assistito ad una decentralizzazione dell’hardware e del software, che ha notevolmente diminuito la complessità di fruizione ed ha massimizzato la flessibilità di utilizzo.

Questo ha permesso da un lato di aumentare i device interconnessi, agevolando un approccio sempre più simile al concetto di “plug and play” e, di contro, ha aumentato la necessità di interoperabilità e di sincronizzazione.

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Vediamo nello specifico di cosa si tratta e come possiamo approcciarci alla progettazione di un sistema di building automation.

Cos’è la building automation

Quando parliamo di Building Automation, ci riferiamo a sistemi interconnessi che comprendono componenti sia hardware che software. Sono finalizzati alla gestione e supervisione dei processi di un edificio e permettono di valutarne le prestazioni e massimizzare l’uptime (tempo di corretto funzionamento dei sistemi rispetto al tempo desiderato di funzionamento).

Un sistema di building automation è composto da:

•  Sensori: dispositivi in grado di rilevare una grandezza interagendo con essa. Sono distribuiti nell’ambiente per rilevare parametri e inviarli sotto forma di dati

• Controller: dispositivi per la raccolta ed elaborazione dei dati inviati dai sensori, così da poterli smistare verso le singole utenze collegate

• Dispositivi di Output: attuatori dei comandi ricevuti dai controller, affinché le utenze eseguano quanto richiesto

• Protocollo di Comunicazione: linguaggio che permette alle varie utenze di comunicare tra loro e col sistema

• Interfaccia Operatore: la user interface che permette all’operatore di interloquire col sistema (solitamente intendiamo una unità di controllo centralizzato o una web interface che permetta l’accesso anche da remoto)

• Utenze: singoli device tecnologici, impianti e sistemi connessi

Progettare l’architettura di un sistema di building automation

Approfondiamo le tre tipologie di approccio alla progettazione e realizzazione di questi sistemi :

• a. Hardware e Software centralizzati

• b. Hardware distribuito e Software centralizzato

• c. Hardware distribuito e Software distribuito

a. Hardware e Software centralizzati

In un sistema in cui sia hardware che software sono centralizzati, è presente un’unica unità centrale contenente la quasi totalità dell’hardware e software necessari all’impianto. Questo sistema è stato inizialmente il più diffuso poiché è molto semplice da progettare. Risulta invece scarsamente flessibile nell’arco della sua vita utile.

Punti di forza
- facilità di progettazione e di manutenzione (pochi componenti quasi tutti nello stesso punto)
- nessuna problematica di interoperabilità

Punti di attenzione
- necessità di una cablatura massiccia in entrata e uscita dall’unità centrale (per raggiungere tutti i punti del campo)
- necessità di opere murarie ingenti su edifici esistenti
- scarsissima flessibilità in caso di necessità di ampliamento
- impossibilità di implementare scenari di funzionamento (es modalità “giorno” o “notte” in cui infissi e luci si settano automaticamente in una determinata maniera).

b. Hardware distribuito e Software centralizzato

In un sistema in cui l’hardware è distribuito e il software è centralizzato, è presente un controller centrale, tipicamente un computer, che esegue un software. Questo computer (alle volte anche solo un processore) è collegato alle varie unità periferiche, prive di sistema operativo. Ogni unità periferica attua la sua funzione.

Punti di forza
- facilità di aggiornamento del software
- maggior facilità di espansione (tendenzialmente con componenti della stessa marca)
- possibilità di customizzazione (implementazione di comandi) e di creazione di scenari, tramite la programmazione del software
- minor cablaggio (pur sempre presente)

Punti di attenzione
- progettazione un più complicata
- maggior costo
- necessità di cablare ogni ambiente (dal controller di ambiente alle utenze da comandare)

c. Hardware distribuito e Software distribuito

Questi sistemi sono i più attuali e li possiamo trovare in edifici a uso pubblico, industriale e residenziale.
Ogni sistema è composto da più sottosistemi (ognuno dei quali ha un proprio controller) e la loro efficacia dipende dalla presenza di una connessione internet stabile e di una interconnessione wireless di tutte le utenze da controllare tramite protocolli che assicurino l’interoperbilità.

Punti di forza
- facilità di aggiornamento e di customizzazione
- cablaggio ampiamente diminuito: sono perfetti per edifici esistenti
- possibilità di un unico controller per ampi numeri di utenze
- alta user experience anche per utenti poco tecnici: possibilità di controllo delle varie utenze tramite APP
- uptime: in caso di rottura di un controller, si fermerà solo il relativo sottosistema

Punti di attenzione
- progettazione più complicata
- possibili problemi di interoperabilità tra utenze
- necessità di un’unica APP/controller come single point di interfaccia utente (che altrimenti si ritrova a dover usare troppe app e rischia di fare confusione)
- esposizione alle vulnerabilità di cybersecurity

Quale sistema è meglio implementare?

Da svariati anni mi occupo anche dell’impostazione (gestionale e non operativa) di sistemi di building automation e ho avuto la fortuna di vedere tutte e tre le tipologie descritte.

La prima tipologia è quella che ha sempre creato più problemi, principalmente legati alla flessibilità, sia in merito alle possibilità di ampliamento che di innovazione (upgrade e nuove features). All’inizio il cliente è entusiasta, ma a ogni richiesta di variazione o implementazione, il fatto di sentirsi dire di no o la necessità di alti costi, rendono frustrante l’utilizzo del sistema.

Secondo la mia esperienza, la terza tipologia è di gran lunga la migliore per questioni di flessibilità e customizzazione, due parole chiave per interagire ad oggi sia con utenti sia residenziali che industriali: l’idea di un sistema a bassissimo cablaggio e alta personalizzazione si adatta a tutte le esigenze e ci permette di chiedere corrispettivi maggiori a fronte di benefici indubbiamente maggiori (ma ricordiamoci che purtroppo nella percezione del cliente questi due fattori non sono mai linearmente interdipendenti).

Inoltre, questo tipo di sistema, non richiede che il cliente abbia alte skill tecnologiche. Il cliente può delegare la parte manutentiva e operativa al fornitore (che spesso offre tecnologia con l’approccio SaaS = Software as a Service) , tenendo per sé la fase esperienziale di settaggio (che spesso è quella che gli interessa maggiormente).

L’approccio è un po' quello del guidatore, che vuole godersi l’automobile e si affida al meccanico per ogni altra questione. La terza tipologia è infatti molto semplice da gestire grazie ad un front end ad alta user experience.

L’idea di gestire / monitorare il proprio building da uno smartphone tramite una APP solletica chiunque e dà un forte senso di controllo (avere tutto sott’occhio anche se non si è tecnicamente esperti) unito ad un senso di libertà (posso accedere al mio sistema di building automation anche se sono dall’altra parte del globo)

Un fattore scarsamente percepito dagli utenti residenziali (e non ancora abbastanza percepito da tutti gli utenti industriali) è però quello legato alla vulnerabilità. Questo avviene soprattutto quando si parla di sistemi “fai da te” , con utenze (ad esempio telecamere) comprate su siti online a basso costo. Queste scelte rivelano una cultura di base molto bassa in tema di sicurezza informatica e possono portare a spiacevoli conseguenze. Se vuoi approfondire, io e Massimo Carnevali ne parliamo in questo articolo.

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