Modbus, KNX e Zigbee: come dialogano in un impianto Brick

Chi entra in un locale tecnico di oggi trova spesso tre mondi diversi: una pompa di calore che parla Modbus, un impianto elettrico con un bus KNX, sonde e testine senza fili nelle stanze. Ognuno con i suoi cavi, i suoi strumenti e i suoi specialisti.

Per anni la soluzione è stata scegliere un mondo e restarci, con i limiti che ne derivano. Con un controllore aperto e Home Assistant non serve: Modbus, KNX e Zigbee possono lavorare insieme, ognuno dove funziona meglio. Vediamo dove usare ciascuno e come evitare gli errori di cablaggio più comuni.

Modbus: il protocollo del quadro

Modbus è nato nel 1979 per i controllori industriali ed è ancora il protocollo più diffuso negli impianti tecnici. Pompe di calore, gruppi frigo, contatori di energia, inverter fotovoltaici, regolatori ambiente: quasi tutti hanno una porta Modbus.

La versione più usata negli impianti è Modbus RTU su linea RS-485: due fili intrecciati più un riferimento comune, che collegano in cascata fino a qualche decina di dispositivi su distanze di centinaia di metri. Esiste anche Modbus TCP, che usa la rete Ethernet.

Il funzionamento è semplice: il controllore interroga un dispositivo alla volta e legge o scrive dei registri, cioè delle caselle numerate. Il registro 100 può essere la temperatura di mandata, il 200 il setpoint. Per questo con Modbus il documento più importante è la mappa dei registri del costruttore.

In Home Assistant l’integrazione Modbus è inclusa: si dichiarano i dispositivi e i registri da leggere, e diventano entità come le altre.

KNX: il bus dell’edificio

KNX è uno standard europeo per l’automazione degli edifici, molto diffuso nelle installazioni elettriche di fascia alta. Un cavo bus raggiunge interruttori, attuatori, sensori e regolatori, e tutti si scambiano messaggi.

Rispetto a Modbus la logica è diversa: i dispositivi non vengono interrogati uno per uno, ma si mandano messaggi su indirizzi di gruppo. Un pulsante manda “accendi” sull’indirizzo del gruppo luci soggiorno e tutti gli attuatori di quel gruppo rispondono. La configurazione si fa con un software dedicato, ETS.

Quando nell’edificio c’è già KNX, conviene usarlo: regolatori ambiente KNX, come i Siemens RDG, si integrano senza cavi nuovi. Home Assistant parla KNX tramite un’interfaccia IP o una connessione al bus, e legge e scrive gli indirizzi di gruppo.

Zigbee: le stanze senza fili

Zigbee è un protocollo radio a basso consumo, pensato per sensori e piccoli attuatori. È lo standard di molte sonde di temperatura e umidità, testine termostatiche, regolatori ambiente a batteria.

La caratteristica da conoscere è la rete a maglia: i dispositivi alimentati dalla rete elettrica, come prese e relè, fanno da ripetitori per gli altri. Una sonda a batteria in fondo al corridoio raggiunge il coordinatore passando da un relè in cucina. Più dispositivi alimentati ci sono, più la rete è robusta.

Nei rinnovi Zigbee è spesso la scelta migliore per le stanze: niente cavi, sonde che si spostano in un minuto, batterie che durano anni.

Un impianto misto, passo per passo

Prendiamo un esempio realistico: una villa con pompa di calore, pavimento radiante al piano terra, fan coil al primo piano, impianto elettrico KNX.

1. La pompa di calore si collega in Modbus RTU. Brick legge temperature, potenza e allarmi, e scrive il setpoint di mandata secondo la curva climatica.
2. Un contatore di energia sulla stessa linea RS-485, con un indirizzo diverso, misura i consumi della pompa di calore.
3. I regolatori del piano terra sono KNX, già previsti dall’elettricista. Brick legge le loro temperature e comanda le testine del collettore.
4. I fan coil del primo piano hanno regolatori Zigbee in ogni stanza. Brick legge temperatura e richiesta e comanda valvole e velocità.
5. Home Assistant mette tutto nella stessa app, e Node-RED decide la logica: quante zone chiedono, quale mandata serve, quando fermare la pompa di calore.

Per chi usa l’app, i protocolli spariscono: ci sono solo stanze e temperature.

Errori di cablaggio frequenti

Su RS-485.

• Collegamento a stella. La linea deve andare in cascata, da un dispositivo all’altro. Le derivazioni lunghe creano riflessioni e errori di comunicazione.
• Resistenze di terminazione dimenticate o messe ovunque. Vanno solo ai due estremi della linea, di solito da 120 ohm.
• A e B invertiti. I costruttori non usano tutti la stessa convenzione: se un dispositivo non risponde, è la prima cosa da provare.
• Impostazioni diverse. Velocità, parità e indirizzo devono coincidere su tutta la linea. Un dispositivo con l’indirizzo di fabbrica uguale a un altro blocca entrambi.

Su KNX. Rispettare la polarità del bus, non superare la lunghezza massima della linea e documentare gli indirizzi di gruppo usati per la termoregolazione, così l’elettricista sa che non deve toccarli.

Su Zigbee. Il coordinatore non va chiuso in un quadro metallico, che scherma il segnale: va portato fuori con un’antenna o una prolunga. E conviene scegliere un canale Zigbee lontano da quello del Wi-Fi, perché lavorano sulla stessa banda dei 2,4 GHz.

Quale scegliere in un impianto nuovo

Nei rinnovi si parte da quello che c’è. In un impianto nuovo si può scegliere, e una regola semplice funziona quasi sempre.

• Modbus per tutto quello che sta nel locale tecnico: generatori, contatori, inverter, gruppi frigo. È il protocollo che i costruttori di macchine supportano di più, e un cavo RS-485 nel quadro costa poco.
• KNX se l’impianto elettrico è già KNX, o se il cliente vuole interruttori e scenari evoluti in tutta la casa. In quel caso i regolatori ambiente KNX sono la scelta naturale.
• Zigbee per le stanze quando non si vogliono cavi o quando le stanze cambiano spesso uso. Nelle costruzioni nuove, se si fanno comunque le tracce, sonde a filo o regolatori Modbus restano più robusti.

In ogni caso conviene evitare un quarto protocollo proprietario solo per un componente. Ogni protocollo in più è un altro strumento da conoscere e un altro punto in cui qualcosa si può rompere.

Le configurazioni C0 e D0

Per gli impianti misti, con radiante e fan coil, Brick ha due configurazioni pronte. La C0 usa regolatori ambiente Modbus, come i Siemens RDF, e gestisce fan coil a tre velocità o con motori EC. La D0 usa regolatori KNX, come i Siemens RDG, e gestisce anche terminali in sequenza, generatori a più stadi e pompe gemellari.

Entrambe partono dal principio visto in Home Assistant in un impianto professionale: software aperto, hardware da quadro e una documentazione che permette a qualsiasi integratore di riprendere l’impianto. Per i dettagli sui fan coil, rimandiamo all’articolo dedicato.