Diagnostica energetica in real time di uno smart building

La piattaforma integrata ICT Smart-Town (fig.3.2), realizzata dall'Università degli Studi Roma Tre ed ENEA, presenta peculiarità tipiche dei sistemi SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) nei quali l'acquisizione dati è funzionale allo svolgimento delle attività di supervisione, di osservazione dell'evoluzione del processo interessato e di controllo con attuazione di azioni volte alla gestione degli stati nei quali il processo controllato si trova e delle transizioni tra gli stati nei quali il processo può venire a trovarsi.
Nel caso in questione, la piattaforma costituisce il fulcro delle interazioni fra le diverse infrastrutture dello Smart Village (l'illuminazione pubblica, gli edifici e la mobilità): in essa convergono e sono raccolti i dati provenienti da diversi moduli ognuno dei quali esegue un particolare task, secondo un processo di data fusion. Grazie ad una web interface intuitiva, qualsiasi utente può accedervi e leggere lo status del sistema, ricavare storici, interpretare grafici statistici, etc.
Ogni modulo opera con i dati, tra loro eterogenei, acquisiti dai vari sensori, che di volta in volta sono analizzati singolarmente e indipendentemente dagli altri servizi presenti. La piattaforma consente l'analisi di dati sia in maniera verticale, discriminandoli in base alla sorgente di provenienza, sia in maniera orizzontale selezionandone solo alcuni tipi provenienti da sensori diversi in modo da migliorarne l'efficienza energetica in termini di benefici economici e di welfare per la comunità. Tutte le informazioni sono facilmente accessibili e si possono integrare, in modo organico, in strutture create ad hoc per diversi fini diagnostici e di controllo.
Per la sua struttura modulare, è possibile aggiungere altri moduli alla piattaforma o effettuare sostituzioni di un componente senza particolari stravolgimenti. Il controllo degli allarmi è gestito da un modulo dedicato, che ciclicamente verifica se i valori dei sensori monitorati sono entro i livelli di soglia specificati.

L'architettura della piattaforma è strutturata in diversi strati (layers), organizzati secondo una gerarchia di crescente astrazione:

. Presentation Layer

. Application Layer

. Data Layer

. Sensor/Actuator Layer

. Fieldbus Layer

Il Presentation Layer è costituito da pagine web statiche e dinamiche (html e jsp): più precisamente tale strato rappresenta l'interfaccia per l'utente finale che ha la possibilità di accedere ed interrogare il database tramite il proprio web browser al fine di ricavare informazioni riguardanti i dati acquisiti dai sensori. Attualmente è possibile consultare, in forma tabellare, tutti i dispositivi monitorati dalla piattaforma ed i relativi valori “statici” (es. ubicazione fisica, valori di soglia, descrizione), studiare e scaricare, in formato testo o xml, serie storiche di misurazioni effettuate e memorizzate, visualizzare eventualmente l'andamento dei risultati ottenuti mediante grafici a torta, istogrammi, etc.
L'Application Layer comprende funzionalità dedicate alla business intelligence del sistema Smart-Town, in altre parole quell'insieme di processi dedicati alla raccolta e all'analisi delle informazioni. In tale strato risiedono, quindi, le attività di data fusion orientata al situation assessment (o awareness) per la diagnostica degli edifici, le logiche di controllo, la gestione delle criticità del sistema e degli allarmi in caso vengano riscontrate anomalie con conseguente creazione e aggiornamento di un file di log contente tutti gli eventi rilevanti avvenuti durante il processo.
Il Data Layer è lo strato relativo al datawarehouse, ovvero lo storage dei dati. E' stato realizzato un database dalla struttura modulare, gestito dal DBMS (Database Management System) MySQL, ove confluiscono dati di diversa natura provenienti da diverse sorgenti.
Il Sensor/Actuator Layer contiene i moduli, tra loro indipendenti, d'interfacciamento (Smart Lighting, Smart Building, Smart Mobility) con la particolare categoria di sensori destinata a ciascuno di essi, che svolgono funzionalità di ricezione, controllo e attuazione.
Infine il Fieldbus Layer costituisce l'insieme della sensoristica presente fisicamente sul campo, dai sensori di presenza all'interno dell'edificio fino ad arrivare alla centralina meteo per la registrazione delle condizioni meteorologiche, da cui sono acquisiti i dati che successivamente saranno oggetto di elaborazioni.
A livello implementativo si hanno due pacchetti di lavoro principali:

1. DataCommunication

2. ServerSmartTown

Il pacchetto DataCommunication è una Java Application contenente delle classi dedicate alle funzionalità descritte nell'application layer e dei threads che svolgono le attività descritte nel sensor layer ed in parte nell'application layer. Sono riportati di seguito senza entrare troppo in dettaglio gli aspetti più importanti:

. La classe datacommunication: è la classe principale, che istanzia la terna LMB (Lighting, Mobility, Building) e avvia i threads di lettura ad essa correlati. La classe istanzia anche un “Gestore degli Allarmi” (AlarmsManager) e un'Interfaccia SCADA (ScadaInterface);

. La classe Utility: in essa sono definiti metodi afferenti varie funzionalità applicative, tra le quali il settaggio delle soglie di allarme e dei triggers, e variabili statiche costanti, richiamabili da altre classi in modo da rendere il codice sorgente più leggibile e comprensibile;

. La classe ScadaInterface: contiene il codice relativo all'interfaccia utente del sistema Smart-Town;

. I threads LightingDBreader, BuildingDBreader, MobilityDBreader, MeteoReader che eseguono specifiche operazioni sui rispettivi database mentre il thread AlarmsManager gestisce la visualizzazione degli allarmi.

Il pacchetto ServerSmartTown è una Java Web Application contenente classi dedicate alle funzionalità descritte nell'application layer e servlet riservate all'espletamento delle funzionalità descritte nel presentation layer. Le due classi principali sono:

. La classe DataBaseManager: raccoglie i metodi necessari alla corretta connessione al particolare database e quelli relativi all'esecuzione di operazioni sui dati in esso contenuti (selezione, lettura, inserimento, aggiornamento, cancellazione);

. La classe Logs manager: gestisce i LOGS di sistema, ossia tiene traccia di tutti gli eventi che si verificano mentre il sistema Smart-Town, nel suo complesso, è in funzione, riportandoli su un file di testo.