Nei sistemi di acquisizione dati, un multiplexer può essere definito come un circuito o un dispositivo che seleziona e combina più segnali di ingresso in una singola linea di uscita.
Il segnale generato dai trasduttori di un sistema di acquisizione dati non è generalmente adatto all’elaborazione diretta da parte dell’unità che genera un algoritmo di controllo. Normalmente c’è bisogno di uno stadio di elaborazione del segnale in cui vengono eseguite tutte le operazioni necessarie per trasmettere correttamente il segnale. La misurazione comporta anche la memorizzazione diretta dei dati nella memoria di un processore numerico.
Il segnale condizionato viene tipicamente sottoposto al multiplexing a divisione di frequenza (FDM) o al multiplexing a divisione di tempo (TDM). In quest’ultimo, il collegamento delle uscite delle varie catene alla memoria del sistema è sequenziale, cioè in un ordine predeterminato.
In ogni catena di misura, i segnali analogici sono trasformati in segnali digitali da un convertitore analogico-digitale (ADC) e poi codificati secondo la rappresentazione del valore della grandezza e adattati alla gamma di ampiezza (amplificazione programmata).
Nei processi industriali controllati, ci sono di solito decine di sensori, quindi non è economicamente conveniente riservare un sistema dedicato di acquisizione dei dati – compresa l’amplificazione, la conversione A/D, ecc – per ogni segnale. Ecco perché l’acquisizione dei dati richiede uno stadio di multiplexing del segnale in ingresso in un unico canale di acquisizione, che viene implementato per mezzo di dispositivi specifici noti come multiplexer.
Definizione
Un multiplexer è un sistema di più ingressi e una sola uscita per ricevere segnali provenienti da più reti di acquisizione. Il dispositivo trasferisce tutti i segnali di ingresso a un microprocessore, che riceve ed elabora i dati, li trasmette ai dispositivi di uscita e controlla il sistema nel suo complesso.
Con il multiplexing, un sistema di misurazione è in grado di incanalare sequenzialmente più segnali a un singolo convertitore digitale, fornendo così un mezzo a basso costo per aumentare il numero di canali del sistema. Un multiplexer consiste in un insieme di interruttori e fornisce una significativa riduzione dei costi facendo uso di un solo convertitore A/D per più ingressi. Come tale, un multiplexer può essere considerato un circuito o un dispositivo che rende possibile condividere la capacità disponibile di una singola connessione tra più canali di trasmissione.
Per mezzo di pin selettori, uno e un solo ingresso è autorizzato a comunicare con l’unica uscita. L’unità di controllo scansiona tutti gli ingressi in sequenza e li legge ad una velocità che rispetta il teorema di campionamento per il segnale dato.
In sostanza, i multiplexer sono utilizzati per aumentare la quantità di dati che possono essere trasmessi su una rete con una data larghezza di banda in un determinato periodo di tempo.
Tipi
Ci sono multiplexer sia per segnali digitali che analogici. Un multiplexer digitale ha segnali di ingresso digitali provenienti da più reti di acquisizione dati. Il dispositivo trasferisce questi segnali di ingresso a un sistema di elaborazione, tipicamente un microprocessore, che riceve ed elabora i dati, li trasmette ai dispositivi di uscita e controlla il sistema nel suo complesso. Un multiplexer analogico è un dispositivo che permette di commutare n canali analogici in un unico canale analogico di uscita. Questa commutazione è controllata da un segnale digitale che codifica il canale di ingresso da selezionare. Un multiplexer analogico può essere single-ended o gestire ingressi differenziali. In un multiplexer single-ended, il dispositivo è impostato per commutare i singoli canali analogici, mentre un multiplexer differenziale può essere utilizzato per i segnali differenziali.
Il sistema di multiplexing a sicurezza intrinseca G.M. International D2000 è disponibile per applicazioni digitali o in campo termico. In particolare, la serie comprende un’unità gateway (D2050M), schede di espansione a 16 ingressi per ricevere temperature da termocoppie, RTD, segnali mV o mA (D2010M, D2011M), una scheda di espansione digitale a 32 ingressi (D2030M) e ripetitori di segnale con uscite a relè SPDT (D2052M) o con uscite a collettore aperto (D2053M).
In applicazioni tipiche, il gateway (D2050M) installato nella zona sicura offre una comunicazione a 2 fili a sicurezza intrinseca, alimentando le schede I/O (D2010M, D2011M, D2030M) sia con il segnale che con l’alimentazione. Posizionate vicino ai sensori, queste schede I/O acquisiscono e trasmettono i dati al gateway, che poi invia un segnale di uscita fieldbus (Modbus ridondante) o seriale (RS232) a un PLC/DCS nella zona sicura. Il risparmio di costi nel cablaggio e nelle schede I/O a bordo dell’unità di controllo è sostanziale, unito all’ottimizzazione del sistema di acquisizione dei dati.