基于赫优讯通讯模块COMX的射电望远镜控制系统升级

位于西弗吉尼亚州巨大的绿岸射电望远镜（Green Bank Telescope，GBT）正使用德国赫优讯公司推出的COMX-CA-RE实时以太网模块进行控制系统升级，旨在 将上限带宽能力从50GHz提高到110GHz。

GBT坐落于西弗吉尼亚州波卡洪塔斯县绿岸的美国国家射电天文台内，是世界最大的可完全驾驶的射电望远镜。重达7300公吨的望远镜安装在一个轮轨系统之上，能够观测到与地面成5度角以上的整个天空。直径为64米的环形轨道，能够提供高达千分之几英寸精度的精确指向。与向心反射镜的设计相比，离心馈给臂与非对称的天线表面有效地增强了抗噪声的表现并降低了旁带干扰，但这就需要对天线位置的高度精确控制来进行优化。



望远镜整个结构安装在四台四轮牵引车上，牵引车均匀分布在圆周上（见右图），径向最大可旋转+/-270度角（四分之三圆周）。牵引车的前后轮每一个都包含两套马达/齿轮箱/刹车/转速计组合。马达由电流控制，每个相对的牵引车上的车轮由偏心力矩牵引以消除机械共振。



每一个马达都配备一个模拟量驱动器，每个驱动器都安装在望远镜结构中的中央控制室内。目前这些驱动器都由PLC进行数字化控制（使能/取消命令），由模拟量速度环控制板输出模拟量（电流）命令。每一个马达的转速计都直接将速度反馈至相应的速度环控制板。计算数字位置环的伺服计算机直接与轴位置编码器通讯，并生成模拟量速度命令输送至速度环控制板。

对于此次系统升级，由于工期及费用所限，所有既有的马达、刹车及驱动器仍 将保留。模拟量速度环则更换为数字量速度环，传输至马达的模拟量命令（马达电流）也将更换为通过以太网网络与直接安装在驱动器上的专用模块进行通讯（见右图）。这一高速接口可使得数字量速度环可以在中央伺服计算机（实时Linux系统）上执行。并且，更多的驱动器及马达信息也可以高速地传输至中央计算机，这对于控制每个马达，乃至整个望远镜以高达110GHz的频率精确地追踪天体是至关重要的。为了优化系统，位置编码器同样通过以太网网络进行通讯。



网络连接使用赫优讯公司的COMX-CA-RE模块 实现，该模块集成两个以太网端口，支持EtherCAT等各种实时以太网协议，系统中的16台驱动器及位置传感器可以通过菊花链的拓扑结构进行连接。赫优讯Compact PCI 接口的CIFX80-RE作为EtherCAT主站，安装在运行实时Linux操作系统的计算机中，与COMX-CA-RE模块进行通讯。



第二控制网络的提升控制系统也使用了类似的赫优讯技术与网络架构。驱动天线碟 状结构的巨大的从动齿轮（见右图）配备了八台马达，相对的两台组成一对，每一对都通过偏心力矩牵引。马达控制器形成菊花链拓扑，每个轴上配备单独的位置编码器。





此次系统升级于2011年9月已完成。同时先期，已使用由实物板卡与模块，及新开发的射电望远镜软件模型组成的仿真系统进行了测试。在整个8月，当日间望远镜处于维护状态时，可以将系统从原来的模拟系统切换到新的数字系统进行调试与测试，在夜间及周末望远镜执行天文观测的时候，则切换回原来的系统。

后期，离心馈给臂与子反射镜系统将使用相同的技术进行升级。赫优讯的EtherCAT通讯模块因为结构紧凑，且易于集成入用户自主系统，因此将继续采用该方案。GBT的技术人员同时也非常欣赏赫优讯公司提供的卓越的技术服务，因此他们仍将首选使用赫优讯的产品，并且强烈推荐射电天文学行业使用该解决方案。