Dans les systèmes d’acquisition de données, un multiplexeur peut être défini comme un circuit ou un dispositif qui sélectionne et combine plusieurs signaux d’entrée en une seule ligne de sortie.
Le signal généré par les transducteurs d’un système d’acquisition de données n’est généralement pas adapté à un traitement direct par l’unité qui génère un algorithme de contrôle. Il faut normalement une étape de traitement du signal dans laquelle sont exécutées toutes les opérations nécessaires pour transmettre correctement le signal. La mesure implique également le stockage direct des données dans la mémoire d’un processeur numérique.
Le signal conditionné subit généralement un multiplexage par répartition en fréquence (MRF) ou un multiplexage par répartition dans le temps (MRT). Dans ce dernier cas, la connexion des sorties des différentes chaînes à la mémoire du système est séquentielle, c’est-à-dire dans un ordre prédéterminé.
Dans chaque chaîne de mesure, les signaux analogiques sont transformés en signaux numériques par un convertisseur analogique-numérique (CAN), puis codés en fonction de la représentation de la valeur de la grandeur et adaptés à la plage d’amplitude (amplification programmée).
Dans les processus industriels contrôlés, il y a généralement des dizaines de capteurs, il n’est donc pas rentable de réserver un système dédié d’acquisition de données – y compris l’amplification, la conversion A/N, etc – pour chaque signal. C’est pourquoi l’acquisition de données nécessite une étape de multiplexage des signaux en entrée dans une seule voie d’acquisition, qui est mise en œuvre au moyen de dispositifs spécifiques appelés multiplexeurs.
Définition
Un multiplexeur est un système d’entrées multiples et d’une seule sortie pour recevoir les signaux provenant de plusieurs réseaux d’acquisition. Le dispositif transfère tous les signaux d’entrée à un microprocesseur, qui reçoit et traite les données, les transmet aux dispositifs de sortie et contrôle le système dans son ensemble.
Avec le multiplexage, un système de mesure est capable de canaliser séquentiellement plusieurs signaux vers un seul convertisseur numérique, offrant ainsi un moyen peu coûteux d’augmenter le nombre de canaux du système. Un multiplexeur se compose d’un ensemble de commutateurs et permet une réduction significative du coût en utilisant un seul convertisseur A/N pour plusieurs entrées. En tant que tel, un multiplexeur peut être considéré comme un circuit ou un dispositif qui permet de partager la capacité disponible d’une seule connexion entre plusieurs canaux de transmission.
A l’aide de broches de sélection, une et une seule entrée est autorisée à communiquer avec la seule sortie. L’unité de contrôle balaie toutes les entrées en séquence et les lit à une vitesse qui respecte le théorème d’échantillonnage pour le signal donné.
En substance, les multiplexeurs sont utilisés pour augmenter la quantité de données qui peuvent être transmises sur un réseau avec une bande passante donnée pendant une période de temps donnée.
Types
Il existe des multiplexeurs pour les signaux numériques et analogiques. Un multiplexeur numérique a des signaux d’entrée numériques provenant de plusieurs réseaux d’acquisition de données. Le dispositif transfère ces signaux d’entrée à un système de traitement, généralement un microprocesseur, qui reçoit et traite les données, les transmet aux dispositifs de sortie et contrôle le système dans son ensemble. Un multiplexeur analogique est un dispositif qui permet de commuter n canaux analogiques en un seul canal de sortie analogique. Cette commutation est commandée par un signal numérique qui code le canal d’entrée à sélectionner. Un multiplexeur analogique peut être asymétrique ou gérer des entrées différentielles. Dans un multiplexeur asymétrique, le dispositif est configuré pour commuter des canaux analogiques individuels, tandis qu’un multiplexeur différentiel peut être utilisé pour des signaux différentiels.
Le système de multiplexage à sécurité intrinsèque D2000 de G.M. International est disponible pour des applications numériques ou de champ de température. Plus précisément, la série comprend une unité de passerelle (D2050M), des cartes d’expansion à 16 entrées pour recevoir des températures de thermocouples, de RTD, de signaux mV ou mA (D2010M, D2011M), une carte d’expansion numérique à 32 entrées (D2030M) et des répéteurs de signaux avec des sorties de relais SPDT (D2052M) ou avec des sorties à collecteur ouvert (D2053M).
Dans les applications typiques, la passerelle (D2050M) installée dans la zone de sécurité offre une communication à sécurité intrinsèque à 2 fils, alimentant les cartes E/S (D2010M, D2011M, D2030M) à la fois avec le signal et l’alimentation. Positionnées près des capteurs, ces cartes E/S acquièrent et transmettent les données à la passerelle, qui envoie ensuite un signal de sortie de bus de terrain (Modbus redondant) ou de série (RS232) à un PLC/DCS dans la zone sécurisée. Les économies réalisées au niveau du câblage et des cartes E/S embarquées de l’unité de contrôle sont substantielles, combinées à l’optimisation du système d’acquisition des données.