Qual è la differenza tra BACnet, KNX, Modbus e MQTT?

Risolvono problemi diversi e nella maggior parte degli edifici siedono fianco a fianco. BACnet è un protocollo di comunicazione dati progettato specificamente per l'automazione e il controllo degli edifici. KNX è uno standard per il controllo di case ed edifici, ampiamente utilizzato per l'illuminazione, l'ombreggiatura e il controllo degli ambienti. Modbus è un protocollo client/server semplice e consolidato da tempo per la lettura e la scrittura di valori in dispositivi come contatori, azionamenti e controllori di impianti. MQTT è un trasporto leggero di messaggistica di pubblicazione/sottoscrizione che sposta i dati tra dispositivi, gateway e piattaforme software.

Chiedersi quale sia la soluzione migliore non coglie il punto. Ciascuno ha un posto naturale e il vero lavoro di progettazione sta nel decidere quale interfaccia ciascun sistema dovrebbe utilizzare e nello specificare cosa significano i dati una volta arrivati.

I quattro in uno sguardo

BACnet

BACnet, gestito dal comitato SSPC 135 dell'ASHRAE, è stato progettato per le esigenze di comunicazione dell'automazione e del controllo degli edifici: HVAC, illuminazione, controllo degli accessi, interfacce antincendio e life-safety, gestione dell'energia e monitoraggio degli ascensori. Definisce messaggi per valori analogici e binari, pianificazioni, allarmi ed eventi, registri di tendenza e configurazione di rete. L'edizione attuale è ANSI/ASHRAE 135-2024, pubblicata alla fine del 2024 e incorporante aggiunte all'edizione del 2020. Lo stesso protocollo è pubblicato a livello internazionale come ISO 16484-5, la cui ottava edizione è apparsa nell’agosto 2026.

La forza di BACnet è la sua struttura: un oggetto di ingresso analogico ha un valore attuale, unità, indicatori di stato e altre proprietà standard. Il suo punto debole in pratica è che i prodotti implementano sottoinsiemi diversi, quindi due dispositivi che dicono entrambi "BACnet" potrebbero non supportare gli stessi servizi. La certificazione BTL di BACnet International dimostra che un prodotto è stato testato in modo indipendente rispetto al pacchetto di test standard. Si tratta di prove utili, ma il progetto deve ancora confermare che gli oggetti e i servizi specifici di cui il suo caso d’uso ha bisogno siano supportati.

KNX

KNX è gestito dalla KNX Association ed è pubblicato come standard internazionale (ISO/IEC 14543-3) e come standard europeo (EN 50090 e EN 13321). Supporta diversi media, tra cui doppino intrecciato, powerline, radio e IP, e i dispositivi di molti produttori sono configurati con uno strumento di progettazione comune, ETS. KNX è particolarmente comune nelle installazioni europee di illuminazione, ombreggiatura e controllo ambientale e le sue funzioni principali vengono eseguite localmente senza dipendenza da un servizio cloud.

Quando si tratta di integrazione, i sistemi KNX sono spesso collegati a un BMS o a una piattaforma tramite un gateway o un'interfaccia IP KNX. ASHRAE ha aggiunto un allegato normativo che associa KNX agli oggetti BACnet allo Standard 135 nel 2004, ma l'integratore ha ancora bisogno dell'indirizzo di gruppo del progetto e della documentazione del punto dati.

Modbus

Modbus è un protocollo client/server a livello di applicazione, gestito dall'Organizzazione Modbus, e uno dei modi più semplici per leggere i dati dalle apparecchiature. Funziona su linee seriali e su TCP/IP, dove la porta 502 è riservata, e un nuovo protocollo Modbus Security lo avvolge in TLS. Un client legge o scrive registri e bobine numerati in un dispositivo server.

Questa semplicità è anche il suo limite. Un registro contiene un numero e il suo significato (energia in kWh o Wh, un fattore di scala, quale fase) è definito solo nella mappa del registro del produttore. Ogni integrazione Modbus dipende quindi dalla mappa corretta per l'esatto modello di dispositivo e firmware e dal test rispetto a valori noti.

MQTT

MQTT è un trasporto leggero di pubblicazione/sottoscrizione standardizzato da OASIS; la versione 5.0 è stata approvata nel 2019. I dispositivi o i gateway pubblicano messaggi sugli argomenti su un broker e le applicazioni si iscrivono agli argomenti di cui hanno bisogno. È efficiente rispetto ai collegamenti vincolati, disaccoppia i produttori dai consumatori ed è ampiamente supportato dall’IoT e dalle piattaforme cloud. Offre tre livelli di consegna: al massimo una volta, almeno una volta ed esattamente una volta.

Ciò che MQTT non porta con sé è alcun significato costruttivo proprio. La struttura degli argomenti, il formato del carico utile, le unità, i timestamp, gli identificatori delle risorse e i flag di qualità devono essere tutti progettati e documentati dal progetto. Due sistemi MQTT possono scambiarsi messaggi senza problemi e tuttavia non si capiscono.

Una connessione funzionante non è ancora integrazione

Qualunque sia il protocollo, un'applicazione deve sapere cos'è ciascun valore, da dove proviene, la sua unità e scala, quando è stato misurato e se è affidabile. Senza di ciò, una connessione apparentemente riuscita può produrre risultati fuorvianti. Un modello semantico e una convenzione di denominazione sono ciò che rende utilizzabili i dati multiprotocollo.

I comandi necessitano di ancora più attenzione. La lettura di una temperatura e la modifica di un setpoint sono casi di accettazione diversi e le specifiche dovrebbero indicare quali comandi possono oltrepassare i limiti del sistema, con quale priorità, come funzionano le manovre e cosa succede se si perde la comunicazione.

I gateway che traducono tra protocolli sono spesso necessari, ma ognuno di essi è un altro dispositivo da configurare, proteggere, eseguire il backup e supportare. Ogni gateway appartiene alla pianificazione dell'interfaccia, con un proprietario denominato.

Scrivere la scheda delle interfacce

Per ciascuna interfaccia, la pianificazione dovrebbe indicare il protocollo e la versione, i dispositivi e i punti coinvolti, il loro significato e unità, le velocità di aggiornamento, i comandi consentiti, il meccanismo di sicurezza, il comportamento in caso di guasto e la parte responsabile a ciascuna estremità. Uno scambio rappresentativo dovrebbe quindi essere dimostrato prima del lancio completo, come mostra il guasto del contatore sopra riportato.