位于西班牙阿拉貢自治區(qū)南部的Observatorio Astrofísico de Javalambre（OAJ）是一個非常獨特的天文研究設(shè)施，它于2015 年投入運營。天文臺由CEFCA 基金會負(fù)責(zé)運營，主要研究對象是光度觀測數(shù)千平方度的天體。兩架具有超大口徑廣角的Javalambre 天文望遠鏡將使得首次記錄億萬個星系的位置及它們的發(fā)展情況成為可能，提供第一幅完整的宇宙3D 地圖。為了確保高品質(zhì)和高效率，望遠鏡由基于工業(yè)PC 控制平臺的機器人協(xié)助運行.

Centro de Estudios de Física del Cosmos de Aragón 或簡稱為CEFCA，是一座研究星系和宇宙學(xué)發(fā)展的國家級研究所。其總部位于西班牙特魯埃爾，距離建造在海拔高度1957 米的“Pico del Buitre”上的OAJ 基地大約40 公里。天文臺配有兩架天文望遠鏡：一架鏡面直徑為2.55 米及視場3 度的望遠鏡JST/T250，以及一架鏡面直徑83 厘米及視場2 度的JAST/T80。在QAJ 進行的天體觀測得出的所有數(shù)據(jù)都通過無線通訊發(fā)送到特魯埃爾的主服務(wù)器中。

建造在海拔高度1957 米處的El Pico del Buitre 上的Observatorio Astrofísico de Javalambre 是一個設(shè)計用來使用兩架具有超大口徑廣角的天文望遠鏡觀測天體的天文設(shè)施。

EtherCAT 網(wǎng)絡(luò)連接所有系統(tǒng)及子系統(tǒng)

天文臺的控制系統(tǒng)使用一臺C6640 工業(yè)PC 作為主控制平臺，各個CX5000 系列的嵌入式控制器用作分布式控制平臺。PC 平臺確?？煽靠刂啤⒈O(jiān)控和管理天文臺中安裝的所有系統(tǒng)及子系統(tǒng)。這些系統(tǒng)根據(jù)它們在天文臺內(nèi)的位置被分為五組：綜合大樓（主PLC）、T080 望遠鏡（B080）、監(jiān)控室（BMON）、T250 望遠鏡（B250）以及主綜合樓（主服務(wù)器機架）（見圖1）。主控制室位于主綜合大樓中，用于總體控制包括天文臺在內(nèi)的所有系統(tǒng)。盡管兩架望遠鏡可以通過主控制室控制，但本地控制室可以執(zhí)行諸如調(diào)試、維護或其它技術(shù)工作等特殊任務(wù)。

圖1：基于PC 的平臺用于精密監(jiān)控和管理天文臺內(nèi)安裝的所有系統(tǒng)及子系統(tǒng)，它們根據(jù)天文臺內(nèi)的具體位置被分為五組所有控制節(jié)點—綜合大樓（主PLC），T080 望遠鏡（B080），監(jiān)控室（BMON），T250 望遠鏡（B250）和主綜合大樓（主服務(wù)器機架）—通過采用環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的EtherCAT以及采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)連接。

所有控制節(jié)點都通過采用環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的EtherCAT 以及采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)連接。后者通過EtherCAT Automation Proto-col（EAP）協(xié)議連接到在天文臺的EtherCAT 網(wǎng)絡(luò)中的C250 攝像頭的控制單元。通訊通過使用EtherCAT 或Ethernet 協(xié)議的光纖電纜實現(xiàn)。EtherCAT 的高帶寬使得每個周期都能輸送一次狀態(tài)信息。位于特魯埃爾的CEFCA 內(nèi)設(shè)有一個遠程控制中心，可以從這里管理、控制和運行天文臺。OAJ 狀態(tài)實時顯示在一面視頻墻上。

嵌入式控制器便于實現(xiàn)復(fù)雜的望遠鏡控制

這兩架望遠鏡中較小的一架，即T80，用于執(zhí)行一些被稱為JAST（一開始計劃為J-PLUS）的天體觀測任務(wù)，它是一項預(yù)計在兩到三年時間內(nèi)完成多波段光度觀測整個天體的任務(wù)。結(jié)果將用于支持校準(zhǔn)通過JST/T250 望遠鏡進行的J-PAS 天體物理學(xué)觀測。在未來五年內(nèi)，T250 望遠鏡將需要觀測800 平方度或整個天體的五分之一。

T250上安裝的是一臺專為光度監(jiān)控北部天體設(shè)計的JPCam 廣角相機，它由機械的濾鏡快門單元和攝像系統(tǒng)構(gòu)成。后者由冷卻和真空系統(tǒng)、CCD 探測器視場、一個光控入射窗及電子元器件構(gòu)成。濾鏡插件、快門以及連接望遠鏡的接口構(gòu)成該單元的機械基礎(chǔ)。共有四臺CX5020 嵌入式控制器用于控制光學(xué)鏡頭、照相機和安裝有照相機的六足機器人（見圖2）。照相機乙二醇水溶液的溫度調(diào)節(jié)控制也由一臺嵌入式控制器、EtherCAT 從站模塊和內(nèi)聯(lián)的EtherCAT 端子模塊實現(xiàn)。冷卻系統(tǒng)確保所有熱量都從系統(tǒng)中排出，包括電子元器件和快門，以便讓相機保持在恒溫條件下。這樣可以防止照相機元件由于熱脹冷縮而造成不規(guī)則成像。

圖2：與拍照控制系統(tǒng)通過以太網(wǎng)連接的天文臺網(wǎng)絡(luò)控制架構(gòu)。有些子系統(tǒng)在這里沒有顯示，如照相機冷卻水、用于T250 鏡子的鋁室以及用于潔凈室的HVAC 控制系統(tǒng)

圓頂控制—整個自動化領(lǐng)域

T250 望遠鏡的圓頂高度幾乎達到13 米，重17 噸。它的控制由一臺裝有TwinCAT 2 NC PTP 軟件的CX5020 嵌入式控制器實現(xiàn)。基于PC 的緊湊型控制器負(fù)責(zé)控制速度達到27 米/分鐘的俯仰運動、擋風(fēng)窗和觀測窗的開關(guān)以及圓頂?shù)男D(zhuǎn)運動。整個系統(tǒng)通過倍福集成有安全選項卡的AX5xx 系列伺服驅(qū)動器和伺服電機驅(qū)動。安全I/O 也可以通過TwinSAFE 端子模塊無縫集成到控制系統(tǒng)中。CX5020 通過PROFIBUS 與一個滑環(huán)系統(tǒng)以及另一臺安裝在圓頂下面固定部分的CX5020 連接。

鏡面維護需要高精度輸送

T250 望遠鏡的鏡面直徑為2.55 米—精密儀器表面必須以極高的精度打磨，以確保盡可能地縮小反射光束的偏差。這樣一面鏡子價值約數(shù)億歐元，這也意味著維護工作，如鋁層的重建，需要特別細心。OAJ 為此建了一個專門的鋁室，在這里精心維護鏡面的特征值，讓其盡可能保持在工廠交付狀態(tài)。考慮到將如此大且重的鏡子輸送到16.5 米遠的維護室是一個相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。上下移動鏡子的升降系統(tǒng)通過一臺嵌入式控制器和集成有安全功能的伺服驅(qū)動器以極高精度控制。速度達到每分鐘15 厘米—人眼幾乎察覺不到的運動。但是，每分鐘的加速或減速可能會導(dǎo)致玻璃上出現(xiàn)細小劃痕，從而導(dǎo)致天體觀測誤差。

TwinSAFE 集成式安全解決方案

OAJ 中的很多安全電路都是基于TwinSAFE 系統(tǒng)設(shè)計的。“借助EL6900 TwinSAFE 邏輯端子模塊，我們才可以添加控制各個輸入和輸出的功能組，讓我們能夠?qū)崿F(xiàn)諸如急停、AND 和OR 邏輯功能塊以及借助TON 和TOFF 功能實現(xiàn)的上電和斷電延遲。”OAJ 工程總監(jiān)Axel Yanes 解釋道。“OAJ 控制系統(tǒng)被構(gòu)想為一個全局系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中，所有組件都互聯(lián)且設(shè)備間不斷交換信息。它們以同步方式交互，因此我們的整個安全系統(tǒng)必須能夠做相同的事情。”安全信息通過FailSafe over EtherCAT（FSoE）協(xié)議傳輸。通過這一協(xié)議，PLC 形成一個雙向發(fā)布者/訂閱者關(guān)系，讓每臺PLC 都能夠發(fā)布一個變量（發(fā)布者）和訂閱另一個（訂閱者）。這些變量必須在安全邏輯端子模塊（EL6900）內(nèi)鏈接，將它們當(dāng)做安全輸入或輸出。如果EL6900 檢測到有錯誤，它可以發(fā)布一個報警信號，信號通過EtherCAT 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的另一個CPU 接收，然后讓其自己的系統(tǒng)進入到安全狀態(tài)

擴展已有規(guī)劃。

Axel Yanes 已經(jīng)為未來制定好計劃：“我們將會將OAJ 中的更多有趣設(shè)備投入運營。我們已經(jīng)能夠?qū)⒁恍┕δ芗傻侥壳盀橹惯€沒有規(guī)劃好的天文臺控制系統(tǒng)中，如BACnet/IP、狀態(tài)監(jiān)測及其它功能。我們很高興能有倍福這樣的技術(shù)合作伙伴。他們已經(jīng)滿足了我們在高品質(zhì)、可靠同時靈活及易于維護的系統(tǒng)方面的要求。我們已經(jīng)利用全球支持來協(xié)調(diào)總共10 個國家的項目，這對我們來說也極為珍貴。”

ST/T250 是一架直徑為2.55 米及3 度視場的天文望遠鏡。這將使它能夠記錄億萬個星系的位置及它們的發(fā)展情況，以便能夠提供第一幅完整的宇宙3D 地圖