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Le multiplexage : de quoi s'agit-il et comment fonctionne-t-il ?

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Les multiplexeurs sont des dispositifs utilisés pour augmenter la quantité de données acquises et transmises, optimisant ainsi les connexions et les coûts par canal individuel.

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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 au traitement direct par l'unité qui génère un algorithme de contrôle. Il doit normalement y avoir une étape de traitement du signal au cours de laquelle toutes les opérations nécessaires pour transmettre correctement le signal sont exécutées. 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 selon la représentation de la valeur de l'amplitude et adaptés à la gamme 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 d'acquisition de données dédié - incluant l'amplification, la conversion A/N, etc. C'est pourquoi l'acquisition de données nécessite un étage de multiplexage du signal à l'entrée d'un canal d'acquisition unique, qui est mis en œuvre au moyen de dispositifs spécifiques appelés multiplexeurs.

Définition

Un multiplexeur est un système composé de plusieurs entrées et d'une seule sortie pour recevoir des signaux provenant de plusieurs réseaux d'acquisition. L'appareil transfère tous les signaux d'entrée à un microprocesseur, qui reçoit et traite les données, les transmet aux dispositifs de sortie et contrôle l'ensemble du système.

Grâce au multiplexage, un système de mesure est capable de canaliser séquentiellement plusieurs signaux vers un seul convertisseur numérique, ce qui permet d'augmenter à peu de frais le nombre de canaux du système. Un multiplexeur est constitué d'un ensemble de commutateurs et permet une réduction significative des coûts 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.

Grâce à des broches de sélection, une seule et unique entrée est autorisée à communiquer avec la seule sortie. L'unité de commande scanne 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 pouvant être transmises sur un réseau avec une largeur de bande donnée sur 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. L'appareil 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 l'ensemble du système. Un multiplexeur analogique est un dispositif qui permet de commuter n canaux analogiques en un seul canal de sortie analogique. Cette commutation est contrôlée 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 simple, l'appareil est configuré pour commuter des canaux analogiques individuels, alors qu'un multiplexeur différentiel peut être utilisé pour des signaux différentiels.

Le système de multiplexage à sécurité intrinsèque G.M. International D2000 est disponible pour des applications numériques ou de champ de température. Plus précisément, la série comprend une unité passerelle (D2050M), des cartes d'extension à 16 entrées pour recevoir des températures de thermocouples, RTD, signaux mV ou mA (D2010M, D2011M), une carte d'extension numérique à 32 entrées (D2030M) et des répéteurs de signaux avec des sorties 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 d'entrée/sortie (D2010M, D2011M, D2030M) à la fois en signal et en puissance. Positionnées à proximité des capteurs, ces cartes d'E/S acquièrent et transmettent les données à la passerelle, qui envoie ensuite un signal de sortie en bus de terrain (Modbus redondant) ou en série (RS232) à un PLC/DCS dans la zone de sécurité. Les économies réalisées sur le câblage et les cartes d'E/S embarquées de l'unité de contrôle sont substantielles, combinées à l'optimisation du système d'acquisition des données.