In Datenerfassungssystemen kann ein Multiplexer als eine Schaltung oder ein Gerät definiert werden, das mehrere Eingangssignale auswählt und zu einer einzigen Ausgangsleitung kombiniert.

Das von den Wandlern eines Datenerfassungssystems erzeugte Signal eignet sich im Allgemeinen nicht zur direkten Verarbeitung durch die Einheit, die einen Steueralgorithmus erzeugt. In der Regel ist eine Signalverarbeitungsstufe erforderlich, in der alle zur ordnungsgemäßen Übertragung des Signals erforderlichen Operationen durchgeführt werden. Bei der Messung werden die Daten auch direkt im Speicher eines numerischen Prozessors gespeichert.

Das aufbereitete Signal wird typischerweise im Frequenzmultiplexverfahren (FDM) oder im Zeitmultiplexverfahren (TDM) verarbeitet. Bei letzterem werden die Ausgänge der verschiedenen Ketten sequentiell, d.h. in einer vorgegebenen Reihenfolge, mit dem Speicher des Systems verbunden.

In jeder Messkette werden die analogen Signale durch einen Analog-Digital-Wandler (ADC) in digitale Signale umgewandelt und dann entsprechend der Darstellung des Wertes der Größe kodiert und an den Amplitudenbereich angepasst (programmierte Verstärkung).

In kontrollierten industriellen Prozessen gibt es in der Regel Dutzende von Sensoren, so dass es nicht kosteneffizient ist, für jedes Signal ein eigenes System der Datenerfassung – einschließlich Verstärkung, A/D-Wandlung usw. – zu reservieren. Aus diesem Grund erfordert die Datenerfassung eine Signalmultiplexing-Stufe am Eingang zu einem einzigen Erfassungskanal, die mit speziellen Geräten, den so genannten Multiplexern, realisiert wird.

Definition

Ein Multiplexer ist ein System mit mehreren Eingängen und nur einem Ausgang, um Signale aus mehreren Erfassungsnetzwerken zu empfangen. Das Gerät überträgt alle Eingangssignale an einen Mikroprozessor, der die Daten empfängt und verarbeitet, sie an die Ausgangsgeräte weiterleitet und das System als Ganzes steuert.

Mit Multiplexing kann ein Messsystem mehrere Signale nacheinander an einen einzigen Digitalwandler leiten und so die Anzahl der Kanäle des Systems kostengünstig erhöhen. Ein Multiplexer besteht aus einer Reihe von Schaltern und ermöglicht eine erhebliche Kostenreduzierung, da nur ein A/D-Wandler für mehrere Eingänge verwendet wird. Ein Multiplexer kann als eine Schaltung oder ein Gerät betrachtet werden, das es ermöglicht, die verfügbare Kapazität einer einzigen Verbindung auf mehrere Übertragungskanäle aufzuteilen.

Mit Hilfe von Wählstiften darf nur ein einziger Eingang mit dem einzigen Ausgang kommunizieren. Die Steuereinheit tastet alle Eingänge nacheinander ab und liest sie mit einer Geschwindigkeit, die dem Abtasttheorem für das gegebene Signal entspricht.

Im Wesentlichen werden Multiplexer verwendet, um die Datenmenge zu erhöhen, die über ein Netz mit einer bestimmten Bandbreite in einem bestimmten Zeitraum übertragen werden kann.

Typen

Es gibt Multiplexer sowohl für digitale als auch für analoge Signale. Ein digitaler Multiplexer hat digitale Eingangssignale, die von mehreren Datenerfassungsnetzen kommen. Das Gerät überträgt diese Eingangssignale an ein Verarbeitungssystem, in der Regel einen Mikroprozessor, der die Daten empfängt und verarbeitet, sie an die Ausgangsgeräte weiterleitet und das System als Ganzes steuert. Ein analoger Multiplexer ist ein Gerät, das es ermöglicht, n analoge Kanäle in einen einzigen analogen Ausgangskanal umzuwandeln. Diese Umwandlung wird durch ein digitales Signal gesteuert, das den zu wählenden Eingangskanal kodiert. Ein analoger Multiplexer kann unsymmetrische oder differentielle Eingänge verarbeiten. Bei einem Single-Ended-Multiplexer wird das Gerät so eingerichtet, dass es einzelne analoge Kanäle umwandelt, während ein Differential-Multiplexer für differentielle Signale verwendet werden kann.

Das eigensichere Multiplexing-System D2000 von G.M. International ist für digitale oder Temperaturfeldanwendungen erhältlich. Im Einzelnen umfasst die Serie eine Gateway-Einheit (D2050M), Erweiterungsplatinen mit 16 Eingängen zum Empfang von Temperaturen von Thermoelementen, RTDs, mV- oder mA-Signalen (D2010M, D2011M), eine digitale Erweiterungsplatine mit 32 Eingängen (D2030M) und Signalverstärker mit SPDT-Relaisausgängen (D2052M) oder mit Open-Collector-Ausgängen (D2053M).

In typischen Anwendungen bietet das im sicheren Bereich installierte Gateway (D2050M) eine 2-Draht-eigensichere Kommunikation und versorgt die E/A-Karten (D2010M, D2011M, D2030M) sowohl mit dem Signal als auch mit Strom. In der Nähe der Sensoren positioniert, erfassen diese E/A-Karten die Daten und übertragen sie an das Gateway, das dann ein Feldbus- (redundanter Modbus) oder serielles (RS232) Ausgangssignal an eine SPS/DCS im sicheren Bereich sendet. Die Kosteneinsparungen bei der Verdrahtung und den On-Board-E/A-Karten der Steuereinheit sind beträchtlich, verbunden mit einer Optimierung des Datenerfassungssystems.