Nell’ambito dei sistemi di acquisizione dati, il multiplexer può essere definito come un circuito o un dispositivo che seleziona e instrada più segnali di ingresso in una singola linea di uscita.
Il segnale generato dai trasduttori in un sistema di acquisizione dati in genere non è idoneo per la diretta elaborazione da parte dell’unità che realizza un algoritmo di controllo. Occorre di solito interporre uno stadio di trattamento del segnale in cui vengono effettuate tutte le operazioni necessarie alla corretta trasmissione del segnale. La misura implica inoltre l’immagazzinamento diretto dei dati nella memoria di un elaboratore numerico.
Il segnale condizionato viene solitamente sottoposto a scansione multiplexing di tipo FDM (Frequency-division multiplexing) o TDM (Time-division multiplexing). In quest’ultimo caso il collegamento delle uscite delle varie catene alla memoria del sistema è sequenziale, avviene cioè secondo ordini prestabiliti.
In ogni catena di misura i segnali analogici vengono trasformati in segnali digitali tramite ADC (Analog Digital Converter) e successivamente codificati secondo la rappresentazione del valore della grandezza e adattati al range di ampiezza (amplificazione programmata).
Solitamente nei processi industriali controllati sono presenti decine di sensori, per cui non è economico riservare a ciascun segnale un sistema di acquisizione dedicato costituito da amplificazione, conversione analogica/digitale ecc. Ecco perché lo schema di acquisizione prevede uno stadio di multiplazione dei segnali in ingresso in un unico canale di acquisizione, implementato mediante particolari dispositivi denominati multiplexer.
Definizione
Il multiplexer è un sistema caratterizzato da molti ingressi e una sola uscita e che presenta in ingresso i segnali provenienti da più reti di acquisizione. Esso trasferisce così tutti i segnali di ingresso a un sistema di elaborazione a microcontrollore, che acquisisce ed elabora i dati, li trasmette ai dispositivi di uscita e garantisce il controllo del sistema.
Tramite il multiplexing, un sistema di misura è in grado di instradare in modo sequenziale più segnali in un singolo digitalizzatore, offrendo così un metodo a basso costo per aumentare il numero di canali del sistema. Un multiplexer è costituito da un insieme di deviatori o switch ed offre un’interessante riduzione dei costi grazie all’impiego di un solo convertitore A/D per N ingressi. Il multiplexer può quindi essere definito come un dispositivo o un circuito che permette la condivisone della capacità disponibile di un solo collegamento tra più canali trasmissivi (tecnica di multiplazione).
In funzione di opportuni segnali logici di selezione, uno ed un solo ingresso è messo in comunicazione con l’unica uscita. L’unità di controllo scandisce, uno dopo l’altro, tutti gli ingressi e li legge ad una velocità tale da garantire il rispetto del teorema del campionamento su quel determinato segnale.
In sostanza i multiplexer sono usati per aumentare la quantità di dati che possono essere trasmessi attraverso una rete in determinate quote di tempo e banda.
Tipologie
Esistono multiplexer sia per segnali digitali sia per segnali analogici. Il multiplexer digitale presenta in ingresso segnali digitali provenienti da più reti di acquisizione. Esso trasferisce tali i segnali di ingresso al sistema di elaborazione, tipicamente un microcontrollore, che acquisisce, elabora e trasmette i dati ai dispositivi di uscita garantendo il controllo del sistema. Il multiplexer analogico è un dispositivo che consente di commutare in canali analogici in ingresso in un unico canale analogico di uscita. La commutazione viene comandata da un segnale digitale che codifica il canale di ingresso da selezionare. Il multiplexer analogico può essere a canale singolo oppure a canale differenziale. Nel primo caso il dispositivo è predisposto a commutare canali analogici singoli, mentre nel secondo è utilizzabile su segnali differenziali.
La Serie D2000M di G.M. International è costituita da soluzioni multiplexer per applicazioni a sicurezza intrinseca, ed è disponibile per applicazioni da campo di tipo digitale o temperatura. Nel dettaglio essa è composta da un’unità gateway (D2050M), da schede di espansione a 16 di ingressi di temperatura acquisiti da termocoppie, termoresistenze, segnali mV o mA (D2010M, D2011M), da una scheda di espansione a 32 ingressi digitali (D2030M) e da ripetitori di segnale con uscite a relè SPDT (D2052M) o con uscite a transistor open collector (D2053M).
Nelle applicazioni tipiche, l’unità gateway (D2050M), installata in Zona Sicura, offre una comunicazione 2 fili intrinsecamente sicura, in grado di fornire ai moduli di ingresso/uscita (D2010M, D2011M, D2030M) sia il segnale che l’alimentazione. Queste ultime, posizionate vicino ai sensori, acquisiscono e trasmettono i dati al gateway, che a sua volta fornisce un segnale su linea seriale di tipo Modbus RS232 o RS485 verso un PLC/DCS, in Zona Sicura. Il risparmio dei costi di cablaggio e di schede di I/O a bordo dell’unità di controllo è sostanziale, assieme all’ottimizzazione del sistema di acquisizione.