一种基于AS_I总线的圆顶随动系统.docVIP

Vol . 1 No13 Sep . ,2004 天文研究与技术 —国家天文台台刊 ASTRON. RT — PNAOC 第 1 卷 第 3 期 2004 年 9 月 Ξ 一种基于 AS - I 总线的圆顶随动系统 高杰1 , 肖宏玲1 , 姜晓军2 (1 . 清华大学核能技术设计研究院 , 北京 100084 ; 2 . 中国科学院国家天文台 , 北京 100012) 摘要 : 介绍了一种采用 AS - I 现场总线技术进行位置检测的望远镜圆顶随动 方法 。该方法采用断续跟踪的方式 , 不但安装和维护简单 , 而且具有运行时震 动小等特点 。给出了由望远镜转动中心与圆顶球心不重合引起的偏差的计算公 式 , 并对其进行了分析 。 关键词 : 圆顶随动 ; AS - I ; 偏差补偿 中图分类号 : P 111 文献标识码 : A 文章编号 : 1672 - 7673 (2004) 03 - 0196 - 07 对于安放在天文台圆顶内的望远镜 , 为了让圆顶不挡住视线 , 观测时必须要求圆顶 天窗时刻对准望远镜 , 并且能够跟随望远镜的运动进行随动 。为了减轻观测???员的工作 负担 , 在普通天文圆顶上加装一套自动圆顶随动系统是十分必要的 。在圆顶随动系统 中 , 关键要获得的是当前时刻望远镜和圆顶天窗的具体位置 , 然后将其进行比较 , 从而 确定圆顶是否应该转动以及转动的角度 。我们可以从望远镜的控制系统中取出望远镜的 指向位置 , 因此需要解决的主要问题是如何检测圆顶天窗的位置 。国内专业天文台所采 用的圆顶位置检测方法主要有齿条定位 , 超声波定位1 和码盘定位等 。但是对于许多已 经建好的天文圆顶 , 尤其是中小型业余天文台 , 在设计之初并没有考虑到圆顶的随动问 题 , 因此为其安装大圆周定位齿条不但施工复杂 , 而且改造后存在运行噪音大 , 易震动 等缺点 。在天文观测中 , 尤其是在长时间曝光时 , 震动会降低观测数据的质量 。而对于 专业天文圆顶经常采用的圆感应同步器或光栅定位 , 应用于普通天文圆顶中造价又相对 较高 。为了解决这一问题 , 本文提出了一种简单的基于 AS - I 现场总线的定位方法 , 在 一定的精度范围内 , 此方法能够很好的满足随动要求 , 而且安装容易 , 维护简单 。 1 AS - I 现场总线技术 现场总线是应用在生产现场 , 在微机化测量控制设备间实现双向串行多节点数字通 信的系统 , 也有人称之为开放式 , 数字化 , 多点通信的底层控制网络 。 现场总线技术是将专用微处理器置入传统的测量控制仪表 , 使它们各自都具有了数 Ξ基金项目 : 国家重点基础研究项目 ( G2000077620) 资助. 收稿日期 : 2004 - 03 - 08 , 修订日期 : 2004 - 03 - 30 作者简介 : 高杰 , 男 , 硕士研究生 , 研究方向 : 核科学与技术. 字计算和数字通信能力 ; 采用可进行简单连接的双绞线等作为总线 , 把多个测量控制仪 表连接成网络系统 ; 并按公开 、规范的通信协议 , 在位于现场的多个微机化测量控制设 备之间以及现场仪表与远程监控计算机之间 , 实现数据传输与信息交换 , 形成各种适应 实际需要的自动控制系统 。简而言之 , 它把单个分散的测量控制设备变成网络节点 , 以 现场总线为纽带 , 把它们连接成可以相互沟通信息 、共同完成自控任务的网络系统与控 制系统2 。 AS - I 即执行器 、传感器接口 , 是一种底层的工业级现场总线标准 。AS - I 系统包 括一个主站和若干个子站 , 所有设备通过一根特制的两线扁平电缆连接在一起 , 即总 线 。在圆顶随动系统中我们选用 PCI 接口的主站控制板 , 如图 1 所示 , 将其安装在普通 计算机中 , 便于利用计算机与望远镜控制子系统等其他控制部分协同工作 。AS - I 主站 每 5ms 轮循访问所有子站一遍 , 完成所有通讯任务 。AS - I 子站可以自由分布 , 没有分 支规则和终端 , 每个子站都有一个唯一的地址与其对应 , 从而保证设备间通讯正常 。 图 1 AS - I 系统结构示意图 Fig. 1 Sketch map of AS - I system 在图 1 中 , 地址号为 2 、3 、6 的从站为 AS - I 传感器 , 即其内部自带 AS - I 通信芯 片 , 它可以直接连接在总线上 ; 而地址号为 1 、8 、9 的从站为输入或输出模块 , 它可