Telescope Control System (TCS) - Systemintegration mit LabView Realtime

Transkript

1 Telescope Control System (TCS) - Systemintegration mit LabView Realtime E. Schaefer, W.W. Zeilinger Institut für Astrophysik, Universität Wien Kurzfassung Das 1,5m Spiegelteleskop am Leopold Figl-Observatorium für Astrophysik (FOA) ist das größte optische Teleskop in Österreich. Das Teleskop dient vor allem für Beobachtungen von Kleinkörpern im Sonnensystem, Sternen in unserer Milchstraße und Galaxien. Schwerpunkt dabei sind Langzeitbeobachtungen von veränderlichen Objekten und Follow-up Beobachtungen von astronomischen Satellitenmissionen. Eine der wesentlichen Anforderungen an das TCS sind Remote Fähigkeit, die Steuerung und das Status-Monitoring der Teleskopfunktionen, sowie die Kontrolle der unmittelbar notwendigen Aufgaben wie Kuppelsteuerung und die Überwachung von Gebäudefunktionen. Dazu kommen noch umfangreiche Interfacemöglichkeiten zu externen Systemen wie Benutzerinterfaces, astronomische Kataloge, meteorologische Daten und astronomischen Instrumenten. LabVIEW RealTime ermöglicht die Berechnung komplexer astronomischer Routinen, bietet hohe Flexibilität, Dezentralität, Modultarität und Schnittstellen zu Produkten von Drittherstellern. Das TCS ist hardwareunabhängig in Form von virtuellen Instrumenten realisiert. Abstract The 1.5m telescope of the Leopold Figl-Observatorium für Astrophysik is the largest optical mirror telescope in Austria. The telescope is used to observe minor bodies of the solar system, stars in the Milky Way and galaxies. The observing programmes are focused on longterm monitoring of variable sources and follow-up of astronomical space missions. A central aspect of the TCS is the remote control of all necessary functions for astronomical observations and the remote status control of all relevant components including dome control and security monitoring of thebuilding. The TCS includes in addition interfaces to external components such as astronomical catatlogues, meteorological data, control of astronomical instruments and other ancillary data. LabVIEW RealTime allows the computation of complex astronomical algorithms, offers high flexibility, modularity and interfaces to third party products. The TCS uses the concept of Virtual Instruments which are independent of the installed hardware.

2 Einleitung Der Begriff TCS steht neben der Steuerung des Teleskopes und seiner astronomischen Zusatzinstrumente, auch für die Kontrolle etlicher Gebäudefunktionen, die Erfassung, Auswertung und Speicherung von Umweltbedingungen. Die entfernte Lage des 55km südwestlich vom Institut am Mitterschöpfl befindlichen Observatoriums im Wienerwald erfordert Fernsteuerbarkeit und Fernwartbarkeit des Systems. Der in den letzten 10 Jahren erreichte hohe Systemintegrationsgrad des TCS macht dies mittlerweile möglich. Die Systemintegration erfolgt mit einem RT8101 Controller und vier Fieldpoints (Bild1). Bild 1: Das TCS am Leopold Figl Observatorium f. Astrophysik Der TCS-Server Der TCS Server, ist ein PXI-1031 Chassis ursprünglich mit einem RT 8145 Controller bestückt, der durch einen RT 8101 Prozessor ersetzt wurde. Die zentrale Steuereinheit RT 8101 funktioniert mit dem Betriebssystem LabView Realtime. Der TCS-Server, welcher auch die Teleskopsteuerung beinhaltet, verarbeitet die angelieferten Prozessdaten die während des Beobachtungsmodus und im Standby-Modus anfallen. Er sendet die Daten an eine PostgreSQL-Datenbank und kommuniziert mit einem plattformunabhängigen Userinterface. Zudem werden die Meßdaten, kommend über eine NI-PXI 6040E Multifunktion I/O Karte, und eine NI PXI 7344 Motioncontrol Karte, ausgewertet. Über die serielle Schnittstelle wird die Zeit mit einer GPS-Funkuhr synchronisiert.

3 Die Fieldpoints Wie der zentrale Controller RT 8101 werden vier Fieldpoints mit dem Betriebssystem LabView Realtime betrieben. Die Fieldpoints sind in das FOA LAN integriert und wesentlich für die Systemintegration der existierenden Kontroll- und Steuerungseinheiten am FOA. Die eingebundenen Komponenten sind teilweise bis zu 30 Jahre alt, und konnten mit entsprechenden VI s, die dezentral auf den Fieldpoints implementiert sind, ins TCS mit eingebunden werden. Der Datenaustausch mit dem TCS Server erfolgt hier mit "Shared Variablen" im Rahmen von LabView [1]. Die Fieldpoints mit ihren jeweiligen Modulen sind an verschiedenen Orten des Observatoriums situiert und bilden das Interface, zu der realen Welt des Observatoriums. Die verschiedenen Module erlauben es sämtliche Aktoren und Sensoren der Gebäudeinfrastruktur zu integrieren (Bild 2). Bild 2: Systemintegration mit RT Controller und Fieldpoints Die Peripherie Die hohe Systemintegrationsdichte des TCS wird deutlich, sobald man die umfangreichen Anforderungen die an das System gestellt werden näher betrachtet (Bild 3).

4 Bild 3: Periphere Komponenten die ins System integriert werden Das Telescope Control System erfüllt folgende Anforderungen: a. Steuerung und Status-Monitoring der Teleskopfunktionen: Stundenwinkel-, Deklinations-Antriebe, Teleskopfokus; b. Steuerung und Status-Monitoring von unmittelbar assoziierten Funktionen, die während der Beobachtungen benötigt werden: Kuppeldrehung, Kuppelspalt öffnen/schließen, Windschirmkontrolle, Spiegelverschluss, Neigungssensoren, Sicherheitsfunktionen, Teleskopsteuerung via Funktionstasten auf einem Handpanel; c. Interface zu externen Systemen, die während der Beobachtungen benötigt werden: astronomische Kataloge, meteorologische Daten und Datenarchivierung; d. Interface zur astronomische Zusatzinstrumentation: Faint Objekt Camera & Spektrograph (OEFOSC), CCD-Kamera, Kalibrationslampen, Domeflat-Lampen; e. Ausführung von sicherheitsrelevanten Funktionen. Automatisches Schließen des Kuppelspaltes, wenn ein Fehler in der Stromversorgung (USV-Alarm), extreme Windgeschwindigkeit, Niederschlag, zu hohe Luftfeuchte oder ein Verbindungsfehler zum Userinterface auftreten. Kuppeldrehung und Teleskopbewegung stoppen sobald ein Notaus-Schalter im Kuppelraum oder

5 Kontrollraum betätigt wird. Die Notauskette wird auch getriggert sobald das Teleskop in eine Endschalterposition fährt. f. Interface zum Benutzer. Zusammenfassung Es wurde gezeigt, daß der Begriff Systemintegration (aus der Gebäudetechnik) und TCS in sehr enger Beziehung stehen. Die Astronomen benutzen heutzutage das FOA für ihre Beobachtungen via Fernsteuerung. Die implizit bereitgestellte Remotefähigkeit der hier verwendeten Technologie ermöglicht eine schnelle und unkomplizierte Entwicklung von VI s. Neue Gebäudefunktionen, Geräte und Interfaces lassen sich ohne großen Aufwand in das bestehende System einbinden. Die bisher estellten VI s und Hardware (RT 8145, cfp2020) werden mittlerweile synergetisch in Form einer eigenen Wetterstation am Institut genutzt. Eine neue Teleskopsteuerung auf der Basis von RIO Technologie ist in Planung. Bei dieser Gelegenheit bedanken wir uns bei allen Studenten die bis heute zu diesem Projekt IP (Intellectual Property) in Form von VI s beigesteuert haben. [1] E.Schäfer, W.Zeilinger: Eine Teleskopsteuerung basierend auf LabVIEW Realtime. Virtuelle Instrumente in der Praxis, Begleitband zum Kongress VIP Rahman Jamal, Hans Jaschinsky (Hrsg.), Hüthig Verlag 2008