Presentación de PowerPoint

ARQUITECTURA DEL SISTEMA DE CONTROL
DEL EXPERIMENTO QUIJOTE CMB
Marta Aguiar González, María F. Gómez Reñasco, Ángeles Pérez de Taoro , José Miguel Herreros Linares, Roger J. Hoyland, Vicente Sánchez de la Rosa, Afrodisio Vega Moreno, Teodora Viera Curbelo,
Ricardo Génova Santos, Carlos Gutiérrez de la Cruz, Carlos López Caraballo, Alba Pelaéz Santos, Rafael Rebolo López, José Alberto Rubiño Martín, Riccardo Vignaga
Instituto de Astrofísica de Canarias, E-38205, La Laguna (S.C. Tenerife), SPAIN; mag@iac.es; teléfono 922 605 200; fax 34 922 605 210; www.iac.es
El experimento QUIJOTE CMB (Q-U-I JOint TEnerife CMB) es una colaboración científica entre el Instituto de Astrofísica de Canarias, el Instituto de Física de Cantabria, la empresa IDOM y las universidades de Cantabria, Manchester y Cambridge.
El proyecto se compone de dos fases. La fase I comprende la construcción de un primer telescopio (QT1) y dos instrumentos: el instrumento multi-frecuencia (MFI), que opera en el rango 10-20 GHz, y el instrumento de treinta-gigaherzios (TGI). La
fase II incluye la construcción de un segundo telescopio (QT2) y un tercer instrumento, el también llamado instrumento de cuarenta-gigaherzios (FGI). El objetivo principal del MFI es la caracterización, en polarización, de los mecanismos de
emisión contaminante de nuestra Galaxia, mientras que el TGI y el FGI estarán dedicados a la búsqueda de la señal cosmológica codificada en forma de modos-B . Los dos telescopios estarán localizados en el Observatorio del Teide (Tenerife).
Actualmente, el primer telescopio y el primer instrumento (MFI) ya están operativos. En este póster se presenta la arquitectura del sistema de control de ambos, telescopio e instrumento.
Control del Instrument (LabVIEW)
Sistema de Control de QUIJOTE
• Adquisición y almacenamiento de los 34 canales científicos. La
adquisición es realizada a través de la DLL vt1432_32.dll de VTI
Instruments. Un bloque de datos es disponible cada segundo. El
subsistema de adquisición LXI-VXI almacena temporalmente los datos
adquiridos en la Data RAM, por tanto no es necesario requerimientos de
tiempo real. El time stamp asociado con estos datos, el cual es generado
por la señal de trigger de EtherCAT, es leído desde el subsistema
EtherCAT por TwinCAT ADS e implementado en ADS-OCX (ActiveXControl).
Observación Automática (Python Scripts)
• Las observaciones se describen en ficheros de texto definidos
individualmente para cada día desde las 0h hasta las 24h UT. Cada
línea del fichero corresponde a una observación en particular con un
tiempo de inicio y unos parámetros que definen el modo de observación.
• El script QRunObs.py lee el fichero de observación para la presente
fecha y busca la línea con el tiempo de inicio correspondiente al
momento actual. A continuación interpreta la línea y ejecuta el modo de
observación resultante del análisis con todos los parámetros
determinados llamando a la función correspondiente del módulo
QObs.py.
• Adquisición y almacenamiento de HK. Este proceso recopila los datos
de los distintos subsistemas: controlador y monitor de temperaturas,
monitor de presiones, subsistema EtherCAT y subsistema de adquisición.
• El módulo QObs.py está formado principalmente por las funciones que
implementan los distintos modos de operación de Quijote (Nominal,
Raster, Tránsito, Dip). Además dispone de otras funciones para mover el
telescopio y los moduladores, para obtener diferentes status, para
establecer las carpetas donde archivar los datos y para registrar en
fichero el log de la observación.
• Adquisición de los codificadores de los ejes. La misma rutina callback
utilizada para adquirir los time stamps también es usada para leer los
codificadores del telescopio y de los moduladores.
• Comunicaciones con el subsistema TwinCAT. Este proceso lee
síncronamente cada 0.5 segundos el status de los moduladores y otros
status del sistema TwinCAT. Esto permite implementar la interface del
instrumento en el software de alto nivel.
• Para establecer la comunicación entre Python-TwinCAT y PythonLabVIEW se desarrollaron dos DLL’s en lenguaje C. La primera utiliza
TwinCAT-ADS (Automation Device Specification) y la segunda utiliza un
fichero de comandos para interactuar con LabVIEW. Estas DLL’s
implementan una interface para poder ser invocadas desde Python.
• Además se han desarrollado otros scripts en Python para automatizar
operaciones como por ejemplo abrir o cerrar el sistema.
TwinCAT PLC Control
El PLC implementa 4 tareas principales que son ejecutadas a diferentes frecuencias:
• SlowTasks10ms se ejecuta cada 10ms. Esta tarea engloba la ejecución de los comandos del telescopio y de los moduladores así como los comandos del sistema TwinCAT. Desde esta tarea también se manejarán los distintos estados del telescopio y de los
moduladores del instrumento.
• MediumTasks2ms se ejecuta cada 2ms. Por un lado esta tarea ejecuta la tarea del sistema TwinCAT que maneja el control numérico de los 7 ejes (2 del telescopio y 5 moduladores) generando los datagramas que son enviados a los servo drives. Por otra
parte, esta tarea también realiza el cálculo de las posiciones del telescopio para implementar las trayectorias de los distintos modos de operación. En particular implementa los cálculos astronómicos para realizar el seguimiento sidéreo de un objeto aplicando
el "Concise Algorithm" de Patrick Wallace. El tiempo UTC se obtiene a través del servicio de GPS y se convierte a UT1, además se calcula el Tiempo Sidéreo.
• FastTasks1ms se ejecuta cada 1ms. Esta tarea implementa la generación de la señal de calibración por medio de la generación de una señal cuadrada entre 20 y 100 Hz durante 1 segundo, seguida a continuación por 29 segundos en la que es desactivada
permitiendo la observación normal. Esta tarea también implementa la señal de trigger cada segundo la cual es recibida por el sistema de adquisición para hacer el time stamping digital. Además esta señal dispara la adquisición de un bloque de datos
científicos cada segundo.
• VeryFastTasks250µs se ejecuta cada 250µs. Esta tarea implementa la adquisición de los codificadores de los 2 ejes del telescopio y los 5 ejes de los moduladores, permitiendo hasta 4000 muestras por segundo.
Arquitectura Hardware
Bus EtherCAT (Beckhoff)
En la configuración de QUIJOTE, el bus EtherCAT está dividido en 3 segmentos físicos
como se muestra en la figura.
• El icono corresponde al PC industrial de Control que actúa como el master TwinCAT y
realiza el control en tiempo real de las terminales conectadas al bus EtherCAT.
• El primer segmento, que ocupa el lado superior en la figura, corresponde a la electrónica
del segmento de azimut, localizado a nivel de suelo. Las principales terminales en este
segmento son:
 AX2040 servo drive del eje de azimut
 EL5101 que permiten muestrear el codificador a una frecuencia de 250µs.
 EL6688 que permite sincronizar el sistema al reloj grandmaster Meinberg GPS.
Este tiempo cumple el Protocolo 1588 y se utiliza para el estampado de todos los
datos adquiridos.
• El segundo segmento corresponde a la electrónica del segmento de elevación. Está
localizado en la parte rotatoria del telescopio en un armario específico. Este segmento
también contiene una terminal AX2040 para el servo drive del eje de elevación y una
terminal EL5101 para el codificador de elevación.
• Finalmente, el tercer segmento, que ocupa el lado inferior en la figura, corresponde a la
electrónica del instrumento. También está situada en la parte rotatoria del telescopio y
ocupa un armario específico. Contiene cinco terminales AX5106 correspondiente a los
servo drives para operar los cinco moduladores polares. Además posee una terminal
EL2252 de salida digital de time stamp con 2 canales que se utiliza por un lado para
realizar el disparo de adquisición de la señal científica en el rack LXI-VXI y por otro lado
para la generación de la señal de calibración.
Bus LXI-VXI (VTI Instruments)
Todos los dispositivos electrónicos se hallan situados en cinco armarios, tres de los cuales están montados en la parte rotatoria del
telescopio mientras que los dos restantes están localizados a nivel del suelo. Las áreas rotatoria y estática se comunican a través de
una junta rotatoria de fibra óptica MOOG FO215.
El sistema de adquisición de datos es implementado en un rack bus VXI, chasis C-size con
6 slots. Dispone de tres tarjetas VT1432 digitalizadoras de baja sensibilidad de 24 bits que
proporcionan 34 canales para adquirir la señal científica. Estas permiten hasta 102.4 k
muestras/s. La interface Slot-0 Gigabit Ethernet EX2500 proporciona extensiones LAN para
Instrumentación (LXI) que permite la operación del bus VXI a través de Ethernet.
Todas las tarjetas son de VTI Instruments.