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#Neues aus der Industrie
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Multiplexing: Was ist es und wie funktioniert es?
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Multiplexer sind Geräte, die dazu dienen, die Menge der erfassten und übertragenen Daten zu erhöhen und dadurch Verbindungen und Kosten pro Einzelkanal zu optimieren.
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In Datenerfassungssystemen kann ein Multiplexer als eine Schaltung oder ein Gerät definiert werden, das mehrere Eingangssignale auswählt und in 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 Regelalgorithmus erzeugt. Es muss normalerweise eine Signalverarbeitungsstufe vorhanden sein, in der alle für die korrekte Übertragung des Signals erforderlichen Operationen ausgeführt werden. Zum Messen gehört auch die direkte Speicherung der Daten im Speicher eines numerischen Prozessors.
Das aufbereitete Signal durchläuft typischerweise ein Frequenzmultiplex- (FDM) oder Zeitmultiplexverfahren (TDM). 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 anschliessend entsprechend der Darstellung des Betragswertes 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 zur Datenerfassung - einschließlich Verstärkung, A/D-Wandlung usw. - zu reservieren. Aus diesem Grund erfordert die Datenerfassung eine Signal-Multiplexing-Stufe am Eingang in einen einzigen Erfassungskanal, die mit Hilfe spezieller Geräte, so genannter Multiplexer, realisiert wird.
Definition
Ein Multiplexer ist ein System mit mehreren Eingängen und nur einem Ausgang zum Empfang von Signalen, die von mehreren Erfassungsnetzwerken kommen. Das Gerät überträgt alle Eingangssignale an einen Mikroprozessor, der die Daten empfängt und verarbeitet, sie an die Ausgabegeräte überträgt und das System als Ganzes steuert.
Durch Multiplexing ist ein Messsystem in der Lage, mehrere Signale sequentiell an einen einzigen Digitalwandler zu leiten, wodurch sich die Anzahl der Kanäle des Systems kostengünstig erhöhen lässt. Ein Multiplexer besteht aus einer Reihe von Schaltern und bietet eine erhebliche Kostenreduzierung, da nur ein A/D-Wandler für mehrere Eingänge verwendet wird. Als solcher kann ein Multiplexer als eine Schaltung oder ein Gerät betrachtet werden, das es ermöglicht, die verfügbare Kapazität einer einzelnen Verbindung zwischen mehreren Übertragungskanälen aufzuteilen.
Mit Hilfe von Selektor-Pins kann ein und nur ein Eingang mit dem einzigen Ausgang kommunizieren. Die Steuereinheit tastet alle Eingänge nacheinander ab und liest sie mit einer Geschwindigkeit, die das Abtasttheorem für das gegebene Signal respektiert.
Im Wesentlichen werden Multiplexer verwendet, um die Datenmenge zu erhöhen, die über ein Netzwerk mit einer gegebenen Bandbreite über eine gegebene Zeitspanne übertragen werden kann.
Arten
Es gibt Multiplexer sowohl für digitale als auch für analoge Signale. Ein digitaler Multiplexer hat digitale Eingangssignale, die von mehreren Datenerfassungsnetzwerken kommen. Das Gerät überträgt diese Eingangssignale an ein Verarbeitungssystem, typischerweise einen Mikroprozessor, der die Daten empfängt und verarbeitet, sie an die Ausgabegeräte überträgt und das System als Ganzes steuert. Ein Analogmultiplexer ist ein Gerät, das es ermöglicht, n analoge Kanäle in einen einzigen analogen Ausgabekanal umzuwandeln. Diese Kommutierung wird durch ein digitales Signal gesteuert, das den zu wählenden Eingangskanal kodiert. Ein Analogmultiplexer kann unsymmetrisch sein oder differentielle Eingänge verarbeiten. In einem Single-Ended-Multiplexer ist das Gerät für die Kommutierung einzelner analoger Kanäle eingerichtet, während ein differentieller Multiplexer für differentielle Signale verwendet werden kann.
G.M. International D2000 Intrinsically Safe Multiplexing System ist für Digital- oder Temperaturfeldanwendungen erhältlich. Genauer gesagt umfasst die Serie eine Gateway-Einheit (D2050M), Erweiterungskarten mit 16 Eingängen zum Empfang von Temperaturen von Thermoelementen, RTDs, mV- oder mA-Signalen (D2010M, D2011M), eine digitale Erweiterungskarte mit 32 Eingängen (D2030M) und Signalverstärker mit SPDT-Relaisausgängen (D2052M) oder mit Open-Collector-Ausgängen (D2053M).
In typischen Anwendungen bietet das in der sicheren Zone installierte Gateway (D2050M) eine eigensichere 2-Draht-Kommunikation und versorgt die E/A-Karten (D2010M, D2011M, D2030M) sowohl mit dem Signal als auch mit der Leistung. Diese E/A-Karten, die in der Nähe der Sensoren positioniert sind, erfassen und übertragen die Daten an das Gateway, das dann ein Feldbus- (redundanter Modbus) oder serielles (RS232) Ausgangssignal an eine SPS/ein Leitsystem in der sicheren Zone sendet. Die Kosteneinsparungen bei der Verdrahtung und den On-Board-E/A-Karten der Steuereinheit sind beträchtlich, verbunden mit einer Optimierung des Systems der Datenerfassung.