倍福基於 PC 和 EtherCAT 的控製技術解決天文觀測自動化項目中的定製化非標準化控製問題
，為新一代望遠鏡項目實施麵向未來的標準控製係統，

大麥哲倫望遠鏡共由 7 塊子鏡組成，直徑 25 米

，將於 2029 年在智利拉斯坎帕納斯天文台投入使用。

倍福基於 PC 的控製係統被指定為未來使用的自動化設備
，主要是因為 EtherCAT 在連接所有望遠鏡功能時具備全站實時通信的優勢。此外，各種嵌入式控製器和 AM8000 伺服電機也通過了測試並被指定使用，包括 3000 多根運動軸。

damaizhelunwangyuanjingzailasikamupanasitianwentaijianchengqiyonghou，tajianggeitiantiwulixueheyuzhouxueyanjiujiedailainanyizhixindejiyu。zhekuandijijiduanjudawangyuanjingjiang 7 麵反射鏡組合成一個直徑為 25 米的超凡光學係統

，其觀測清晰度是哈勃太空望遠鏡的 10 倍。技術上的進步將使得 GMT 能夠使用自適應光學係統減少由於大氣層幹擾引起的圖像失真，捕捉到比目前更清晰的星體圖像。

從事類似望遠鏡項目的科學家和工程師們傳統上都是使用定製的控製組件來構建自己的自動化解決方案。然而，目前正在為 GMT 規劃基礎設施的團隊對此有不同的看法，巨型麥哲倫望遠鏡組織（GMTO）高級電子工程師 José Soto 解釋道："我們希望改變曆史上一直將望遠鏡當作特殊的、完全不同於其它自動化係統的方法。麵向未來的工業控製解決方案能夠解決我們今天所麵臨的許多天體物理學問題。”

標準自動化平台應用於獨一無二的項目

考慮到實時通信和控製要求，特別是係統將擁有 3000 多根運動軸
，在指定 GMT 使用哪些自動化和控製組件時也需要認真斟酌。望遠鏡的可旋轉外殼有 22 層樓高，靈活的鏡麵必須以最精確的方式移動
，實施複雜的自適應光學技術，達到盡可能高的圖像解析度。

主動光學係統就是一個例子，它要求每個主反射鏡集成 170 個(ge)氣(qi)動(dong)執(zhi)行(xing)器(qi)
，以(yi)支(zhi)撐(cheng)每(mei)個(ge)反(fan)射(she)鏡(jing)的(de)質(zhi)量(liang)。工(gong)程(cheng)團(tuan)隊(dui)確(que)定(ding)了(le)對(dui)目(mu)前(qian)性(xing)能(neng)強(qiang)大(da)的(de)自(zi)動(dong)化(hua)和(he)控(kong)製(zhi)組(zu)件(jian)的(de)需(xu)求(qiu)，這(zhe)些(xie)組(zu)件(jian)也(ye)將(jiang)支(zhi)持(chi)未(wei)來(lai)的(de)技(ji)術(shu)進(jin)步(bu)，José Soto 解釋說道：“由you於yu這zhe些xie項xiang目mu需xu要yao花hua費fei很hen長chang時shi間jian
，我wo們men必bi須xu考kao慮lv到dao設she備bei及ji係xi統tong等deng各ge個ge方fang麵mian的de老lao舊jiu問wen題ti。對dui抗kang設she備bei或huo係xi統tong老lao舊jiu的de最zui有you效xiao方fang法fa是shi統tong一yi使shi用yong成cheng熟shu的de工gong業ye技ji術shu。”考慮到這些因素，GMTO 決定使用標準控製係統（如倍福提供的解決方案）作為標配。

當 GMTO 工程師開始尋找工業自動化和控製時，他們對多款工業以太網係統進行了考察和比較。最後他們發現 EtherCAT 在拓撲結構方麵有很大的靈活性
，可擴展性強，並且能夠在同一個網段中容納多達 65,535 台 EtherCAT 設備，這與大麥哲倫望遠鏡的係統規格非常匹配。“EtherCAT 將被嵌入到幾乎每一個大麥哲倫望遠鏡係統中
，從主反射鏡到大氣色散補償器、外殼
、安裝支架，甚至是設施中的樓宇自動化。”Soto 說道。

GMTO 工程師 José Soto（左）和 Hector Swett 正在使用倍福的 TwinCAT 3 自動化軟件根據望遠鏡規格檢驗各個組件

GMTO 工程師 Hector Swett 表示，Safety over EtherCAT (FSoE) 還為望遠鏡的互鎖和安全係統提供了令人印象深刻的功能。FSoE 為巨型麥哲倫望遠鏡提供通過標準 EtherCAT 網絡實現的經過 TüV 認證的安全通信、多種分布式 TwinSAFE I/O 模塊選項以及與倍福開發環境和工業 PC的集成服務。

目前有些 GMT 規範建議使用多個可以由倍福解決方案實現的基於 PC的控製係統。互鎖和安全係統的控製依賴於許多安全控製器

、DIN 導軌安裝的 CX9020 嵌入式控製器與 TwinSAFE 邏輯 I/O 模塊 EL6910 的協同工作。Swett 表示
，這些設備可以使用 FSoE 通過 EtherCAT Automation Profile（EAP）相互連接
，以實現危險分析所需的安全功能。倍福CX2020 嵌入式控製器被用於 GMT Hardware Development Kit，它是專為項目合作夥伴開發望遠鏡用的儀器而打造的。

倍福的 TwinCAT 3 自動化軟件是測試設備使用的一個關鍵平台，它被指定用於控製望遠鏡周圍的結構。“望遠鏡外殼使用的 PC 控製係統將直接運行 TwinCAT 軟件。”Hector Swett 說道
，“它還具有通過 OPC UA 將這個龐大的應用程序與天文台控製係統對接的實時能力。”TwinCAT 是係統開放性的最好例證，它可以通過 ADS 和 EtherCAT 自動掃描和配置第三方設備，為實現從傳感到運動控製等所有任務提供一個最佳平台。

倍福的 AM8000 伺服電機被指定用於整個望遠鏡設計
，其中包括 3000 多根運動軸

由於望遠鏡將配備數千根運動軸，因此在最終配置中
，可靠的電機和驅動器起著至關重要的作用。José Soto 表示倍福 AM8000 伺服電機的性能給他留下了深刻印象，並認為它們在整個望遠鏡的多個方麵都是強有力的競爭者。“當我們的集成商團隊開始調試望遠鏡時，他們很可能會使用 AM8000 伺服電機，例如，在大氣色散補償器或 GIR（格裏高利儀器旋轉器）中，它將移動卡焦上的所有儀器。”Soto 說道。

新技術推動新創意

EtherCAT 首先引領 GMTO 的工程師們找到了倍福，而且它仍然是望遠鏡控製架構設計的基礎

，José Soto 解釋說道：“將 EtherCAT 用作 GMT 現場總線
，可以讓實時通信直達 I/O 層。我們已經實現了 2 ms 的周期時間，這樣就有足夠的帶寬來關閉各種子係統上的環路，從而大大提升了我們的控製和通信能力。”

體積精巧的 EtherCAT I/O 模塊和嵌入式控製器節省了控製櫃內的空間，而且由於基於 PC 的控製器可以布置在遠離 I/O 的地方，因此可以減少散熱。“散熱的減少對於 GMT 來說是一件非常重要的事情。”Hector Swett 補充道。“熱量會加大殼體內的空氣擾動
，當光波在空氣中傳播時，擾動會讓圖像失真。這種分布式 I/O 架構可以幫助我們防止這種情況的出現。”

十年後，這個觀測和發現的過程將不再屬於設計和建造 GMT 的de工gong程cheng師shi們men，而er是shi屬shu於yu使shi用yong它ta來lai探tan索suo宇yu宙zhou的de天tian體ti物wu理li學xue家jia和he宇yu宙zhou學xue家jia。科ke研yan人ren員yuan在zai使shi用yong望wang遠yuan鏡jing時shi，將jiang可ke以yi靈ling活huo地di發fa揮hui自zi己ji的de創chuang意yi，完wan成cheng我wo們men無wu法fa想xiang象xiang的de偉wei大da發fa現xian。

關於德國倍福

倍福（Beckhoff）公司總部位於德國威爾市。作為全球自動化技術的驅動者
，倍福定義了自動化領域的許多國際標準。公司所生產的工業 PC、現場總線模塊、驅動產品和TwinCAT自動化軟件構成了一套完整的、相互兼容的控製係統
，可為各個工控領域提供開放式自動化係統和完整的解決方案。倍福於1997年進入中國市場，致力於幫助製造企業提升競爭優勢，加速轉型升級。倍福在業內享有“創新引擎”的美譽
，公司所倡導的PC控製技術具有良好的開放性，將IT技術、互聯網和自動化技術完美融合，助力實現工業 4.0 和智能製造。憑借領先的技術優勢和豐富的行業知識
，倍福的創新產品和解決方案廣泛應用於風力發電

、半導體、光伏太陽能、電子製造、金屬加工、包裝機械、物流輸送以及樓宇自控等眾多領域。

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