時間:2012-02-06 11:18:21來源:xuliyuan
位于西弗吉尼亞州巨大的綠岸射電望遠(yuǎn)鏡(Green Bank Telescope,GBT)正使用德國赫優(yōu)訊公司推出的COMX-CA-RE實時以太網(wǎng)模塊進(jìn)行控制系統(tǒng)升級,旨在 將上限帶寬能力從50GHz提高到110GHz。
GBT坐落于西弗吉尼亞州波卡洪塔斯縣綠岸的美國國家射電天文臺內(nèi),是世界最大的可完全駕駛的射電望遠(yuǎn)鏡。重達(dá)7300公噸的望遠(yuǎn)鏡安裝在一個輪軌系統(tǒng)之上,能夠觀測到與地面成5度角以上的整個天空。直徑為64米的環(huán)形軌道,能夠提供高達(dá)千分之幾英寸精度的精確指向。與向心反射鏡的設(shè)計相比,離心饋給臂與非對稱的天線表面有效地增強了抗噪聲的表現(xiàn)并降低了旁帶干擾,但這就需要對天線位置的高度精確控制來進(jìn)行優(yōu)化。
望遠(yuǎn)鏡整個結(jié)構(gòu)安裝在四臺四輪牽引車上,牽引車均勻分布在圓周上(見右圖),徑向最大可旋轉(zhuǎn)+/-270度角(四分之三圓周)。牽引車的前后輪每一個都包含兩套馬達(dá)/齒輪箱/剎車/轉(zhuǎn)速計組合。馬達(dá)由電流控制,每個相對的牽引車上的車輪由偏心力矩牽引以消除機械共振。
每一個馬達(dá)都配備一個模擬量驅(qū)動器,每個驅(qū)動器都安裝在望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)中的中央控制室內(nèi)。目前這些驅(qū)動器都由PLC進(jìn)行數(shù)字化控制(使能/取消命令),由模擬量速度環(huán)控制板輸出模擬量(電流)命令。每一個馬達(dá)的轉(zhuǎn)速計都直接將速度反饋至相應(yīng)的速度環(huán)控制板。計算數(shù)字位置環(huán)的伺服計算機直接與軸位置編碼器通訊,并生成模擬量速度命令輸送至速度環(huán)控制板。
對于此次系統(tǒng)升級,由于工期及費用所限,所有既有的馬達(dá)、剎車及驅(qū)動器仍 將保留。模擬量速度環(huán)則更換為數(shù)字量速度環(huán),傳輸至馬達(dá)的模擬量命令(馬達(dá)電流)也將更換為通過以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)與直接安裝在驅(qū)動器上的專用模塊進(jìn)行通訊(見右圖)。這一高速接口可使得數(shù)字量速度環(huán)可以在中央伺服計算機(實時Linux系統(tǒng))上執(zhí)行。并且,更多的驅(qū)動器及馬達(dá)信息也可以高速地傳輸至中央計算機,這對于控制每個馬達(dá),乃至整個望遠(yuǎn)鏡以高達(dá)110GHz的頻率精確地追蹤天體是至關(guān)重要的。為了優(yōu)化系統(tǒng),位置編碼器同樣通過以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊。
網(wǎng)絡(luò)連接使用赫優(yōu)訊公司的COMX-CA-RE模塊 實現(xiàn),該模塊集成兩個以太網(wǎng)端口,支持EtherCAT等各種實時以太網(wǎng)協(xié)議,系統(tǒng)中的16臺驅(qū)動器及位置傳感器可以通過菊花鏈的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行連接。赫優(yōu)訊Compact PCI 接口的CIFX80-RE作為EtherCAT主站,安裝在運行實時Linux操作系統(tǒng)的計算機中,與COMX-CA-RE模塊進(jìn)行通訊。
第二控制網(wǎng)絡(luò)的提升控制系統(tǒng)也使用了類似的赫優(yōu)訊技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。驅(qū)動天線碟 狀結(jié)構(gòu)的巨大的從動齒輪(見右圖)配備了八臺馬達(dá),相對的兩臺組成一對,每一對都通過偏心力矩牽引。馬達(dá)控制器形成菊花鏈拓?fù)?,每個軸上配備單獨的位置編碼器。
此次系統(tǒng)升級于2011年9月已完成。同時先期,已使用由實物板卡與模塊,及新開發(fā)的射電望遠(yuǎn)鏡軟件模型組成的仿真系統(tǒng)進(jìn)行了測試。在整個8月,當(dāng)日間望遠(yuǎn)鏡處于維護狀態(tài)時,可以將系統(tǒng)從原來的模擬系統(tǒng)切換到新的數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試與測試,在夜間及周末望遠(yuǎn)鏡執(zhí)行天文觀測的時候,則切換回原來的系統(tǒng)。
后期,離心饋給臂與子反射鏡系統(tǒng)將使用相同的技術(shù)進(jìn)行升級。赫優(yōu)訊的EtherCAT通訊模塊因為結(jié)構(gòu)緊湊,且易于集成入用戶自主系統(tǒng),因此將繼續(xù)采用該方案。GBT的技術(shù)人員同時也非常欣賞赫優(yōu)訊公司提供的卓越的技術(shù)服務(wù),因此他們?nèi)詫⑹走x使用赫優(yōu)訊的產(chǎn)品,并且強烈推薦射電天文學(xué)行業(yè)使用該解決方案。
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