Nei computer il bus è un “canale di comunicazione” che permette a periferiche e componenti del sistema di “dialogare” tra loro. Un esempio tipico è il bus PCI che collega la scheda madre al disco rigido e al DVD; si tratta di un bus che trasmette dati in “parallelo”, infatti si presenta come una fascia formata da tanti cavetti affiancati.
Un bus può usare anche la trasmissione seriale, come quello utilizzato per i sistemi di comando e controllo degli impianti nella casa e negli edifici: il “nostro” sistema bus.
In questo caso, come è noto, la linea di comando può essere semplicemente un cavetto bipolare, mentre la linea di potenza consta di fase, neutro e terra.
Per un sistema bus di questo tipo, la separazione tra le linee di potenza e di comando è una caratteristica fondamentale, ma non esclusiva; in campo automobilistico, per esempio, ha permesso di costruire motori diesel efficienti e poco rumorosi.
Nel sistema di alimentazione “Common rail”, la separazione avviene tra il condotto comune di accumulo ad alta pressione del combustibile e la linea di comando elettronico degli iniettori.
Tornando agli impianti elettrici, per comandare da tre punti un apparecchio di illuminazione, con due livelli di illuminamento, invece di un impianto tradizionale, che riempie di cavi le condutture, possiamo adottare una soluzione con pulsanti e relé passo passo. Non abbiamo fatto altro che separare la linea di comando da quella di potenza; in un sistema bus la separazione è molto più evidente – figura 1 seguente Suddivisione del circuito di comando dal circuito di potenza. Nel caso in figura il sensore 1 (crepuscolare) comanda gli attuatori 2 e 3 (tapparelle motorizzate e luci).
La linea 230 V porta l’energia dove serve, mentre la linea di comando, la linea bus, collega tutti gli attuatori e sensori del sistema. Supponiamo che il sensore (1) riceva un segnale dall’esterno, per esempio un livello di illuminamento che è cambiato; lo codifica e lo trasmette agli attuatori (2) e (3).
Gli attuatori ricevono il segnale, lo decodificano e agiscono secondo come sono stati programmati, per esempio accendono le luci e abbassano le tapparelle. La linea bus collega i dispositivi del sistema sensori ed attuatori in due modi: fisico e logico.
Il collegamento fisico dipende dal mezzo di comunicazione, quello logico dal segnale trasmesso.
Caratteristica esclusiva
Un’altra caratteristica, questa volta esclusiva, di un sistema bus è la possibilità di modificare il funzionamento dell’impianto senza intervenire sul collegamento fisico dei dispositivi.
Per il momento trascuriamo il mezzo di comunicazione utilizzato e occupiamoci del segnale trasmesso, che viene chiama messaggio o telegramma: chi lo trasmette e chi lo riceve?
Tutti i dispositivi, attuatori e sensori, possono funzionale sia come trasmettitori, sia come ricevitori.
Primo problema…
Come evitare collisioni tra messaggi. Il sistema Hbes utilizza il metodo CSMA/CA, ossia Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance. Ecco come funziona. Tutti i dispositivi sono normalmente in stato di ricezione; se un dispositivo deve inviare un messaggio, controlla che il bus sia libero, ossia che nessun altro dispositivo stia trasmettendo, quindi inizia la procedura di trasmissione. Se due dispositivi iniziano a trasmettere contemporaneamente prevale quello che trasmette un messaggio a priorità più alta, mentre l’altro interrompe la procedura per riavviarla successivamente.
Si hanno tre gradi di priorità, in ordine decrescente: allarme, controllo, comando. Se i dispositivi trasmettono un messaggio con la stessa priorità, prevale il dispositivo che una indirizzo fisico inferiore.
Vedremo dopo cosa si intende per indirizzo fisico, ma è evidente che se un dispositivo svolge una funzione più importante nel sistema rispetto ad un altro, è bene che abbia un indirizzo fisico inferiore.
…secondo problema
Come rendere interpretabili da tutti i dispositivi le informazioni contenute nel messaggio.
Affinchè il sistema funzioni correttamente si devono rispettare quattro condizioni:
1 – ogni dispositivo deve avere un “indirizzo unico” in tutto il sistema e deve riconoscersi come destinatario di un messaggio;
2 – deve realizzare una ben determinata “funzione”;
3 – secondo una ben determinata “modalità”;
4 – deve sapere “con quale componente” del sistema realizzare la funzione per la quale è stato programmato.
E’ necessario dunque un protocollo di comunicazione. Questo protocollo utilizza una trasmissione asincrona seriale di segnali digitali strutturati in campi.
Diamo per scontato il significato di seriale e digitale, ricordiamo solo che una trasmissione è asincrona quando non necessita di un clock di sincronismo (trasmissione isòcrona), ma di un bit start e un bit stop.
E’ importante invece stabilire cosa si intende per segnale digitale strutturato in campi. Un esempio di messaggio strutturato è riportato in figura 2 (trasmissione asincrona seriale di segnali digitali strutturati in campi).
Le informazioni più importanti dal punto di vista applicativo sono contenute in tre campi: informazioni operative; indirizzo sorgente; indirizzo destinazione.
Informazioni operative
In questo campo i dati scambiati tra dispositivi possono essere di due tipi:
– comandi, che richiedono l’esecuzione di una funzione (accendere o spegnere un apparecchio);
– stati, che danno una informazione sullo stato di un apparecchio (acceso o spento) o di una grandezza fisica misurata (livello di temperatura).
Indirizzo sorgente
Nel campo indirizzo sorgente c’è sempre l’indirizzo di un singolo dispositivo che ha inviato il messaggio, nel campo destinazione ci può anche essere un indirizzo singolo (fisico) o di gruppo.
Indirizzo destinazione
L’indirizzo fisico è utilizzato per una comunicazione punto-punto, tra due dispositivi o tra il PC e un dispositivo; con l’indirizzo di gruppo, utilizzato nel funzionamento normale del sistema, un singolo dispositivo può comandare uno o più dispositivi.
Mezzo di comunicazione
I mezzi di comunicazione previsti dal CT 205 del Cenelec sono i seguenti:
Tp-0, Tp-1 (coppia ritorta di tipo 0 e tipo 1);
PL (onde convogliate);
RF (radio frequenza);
IR (infrarosso);
CX (cavo coassiale).
Per alcuni i lavori normativi hanno già prodotto documenti definitivi (Tp, PL e RF), per altri esistono solo bozze di norme (IR), per il cavo coassiale i lavori non sono nemmeno iniziati.
Per i sistemi bus sono previsti dalle norme tre classi, secondo il livello di prestazione che garantisce il mezzo di comunicazione.
Una linea bus è utilizzata normalmente per la trasmissione di comandi e controlli (Classe 1), in alcuni casi di un segnale in banda ristretta (Classe 2), la Classe 3 (segnale video) non è attualmente impiegata.
Continua su Sistemi Bus – disponibile nel bookshop di NT24.
Per approfondire NT24 ha pubblicato il libro “HBES: introduzione ai sistemi bus“.
