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Multiplexación: ¿qué es y cómo funciona?

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Los multiplexores son dispositivos que se utilizan para aumentar la cantidad de datos adquiridos y transmitidos, optimizando así las conexiones y los costos por canal individual.

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En los sistemas de adquisición de datos, un multiplexor puede definirse como un circuito o dispositivo que selecciona y combina múltiples señales de entrada en una sola línea de salida.

La señal generada por los transductores de un sistema de adquisición de datos no suele ser apta para ser procesada directamente por la unidad que genera un algoritmo de control. Normalmente es necesaria una etapa de procesamiento de la señal en la que se ejecuten todas las operaciones necesarias para transmitir adecuadamente la señal. La medición también supone el almacenamiento directo de datos en la memoria de un procesador numérico.

La señal condicionada suele someterse a una multiplexación por división de frecuencia (FDM) o a una multiplexación por división de tiempo (TDM). En esta última, la conexión de las salidas de las diversas cadenas a la memoria del sistema es secuencial, es decir, en un orden predeterminado.

En cada cadena de medición, las señales analógicas se transforman en señales digitales mediante un convertidor analógico-digital (ADC) y luego se codifican de acuerdo con la representación del valor de la magnitud y se adaptan al rango de amplitud (amplificación programada).

En los procesos industriales controlados suele haber decenas de sensores, por lo que no resulta rentable reservar un sistema dedicado de adquisición de datos -incluida la amplificación, la conversión A/D, etc.- para cada señal. Por ello, la adquisición de datos requiere una etapa de multiplexación de la señal a la entrada en un solo canal de adquisición, que se realiza mediante dispositivos específicos conocidos como multiplexores.

Definición

Un multiplexor es un sistema de múltiples entradas y una sola salida para recibir señales procedentes de múltiples redes de adquisición. El dispositivo transfiere todas las señales de entrada a un microprocesador, que recibe y procesa los datos, los transmite a los dispositivos de salida y controla el sistema en su conjunto.

Con la multiplexación, un sistema de medición es capaz de canalizar secuencialmente múltiples señales a un único convertidor digital, proporcionando así un medio de bajo costo para aumentar el número de canales del sistema. Un multiplexor consiste en un conjunto de conmutadores y proporciona una importante reducción de costos al utilizar un solo convertidor A/D para múltiples entradas. Como tal, un multiplexor puede considerarse un circuito o dispositivo que permite compartir la capacidad disponible de una sola conexión entre múltiples canales de transmisión.

Mediante pines de selección, se permite que una y sólo una entrada se comunique con la única salida. La unidad de control explora todas las entradas en secuencia y las lee a una velocidad que respeta el teorema de muestreo para la señal dada.

En esencia, los multiplexores se utilizan para aumentar la cantidad de datos que pueden transmitirse a través de una red con un ancho de banda determinado durante un período de tiempo determinado.

Tipos

Hay multiplexores para las señales digitales y analógicas. Un multiplexor digital tiene señales de entrada digitales que provienen de múltiples redes de adquisición de datos. El dispositivo transfiere esas señales de entrada a un sistema de procesamiento, normalmente un microprocesador, que recibe y procesa los datos, los transmite a los dispositivos de salida y controla el sistema en su conjunto. Un multiplexor analógico es un dispositivo que permite conmutar n canales analógicos en un solo canal de salida analógico. Esta conmutación se controla mediante una señal digital que codifica el canal de entrada que se va a seleccionar. Un multiplexor analógico puede tener un solo extremo o manejar entradas diferenciales. En un multiplexor de extremo simple, el dispositivo está configurado para conmutar canales analógicos individuales, mientras que un multiplexor diferencial puede utilizarse para señales diferenciales.

El sistema de multiplexación intrínsecamente seguro G.M. International D2000 está disponible para aplicaciones digitales o de campo de temperatura. Más específicamente, la serie incluye una unidad de puerta de enlace (D2050M), tarjetas de expansión de 16 entradas para recibir temperaturas de termopares, RTDs, mV o señales mA (D2010M, D2011M), una tarjeta de expansión digital de 32 entradas (D2030M) y repetidores de señales con salidas de relé SPDT (D2052M) o con salidas de colector abierto (D2053M).

En las aplicaciones típicas, la pasarela (D2050M) instalada en la zona segura ofrece una comunicación intrínsecamente segura de 2 hilos, que suministra a las tarjetas de E/S (D2010M, D2011M, D2030M) tanto la señal como la alimentación. Situadas cerca de los sensores, estas tarjetas de E/S adquieren y transmiten los datos a la pasarela, que a su vez envía una señal de salida de bus de campo (Modbus redundante) o de serie (RS232) a un PLC/DCS en la zona segura. El ahorro de costes en el cableado y en las tarjetas de E/S de la unidad de control es sustancial, combinado con la optimización del sistema de adquisición de datos.