Centro Astronomico Hispano Aleman, 01.11.2008

Wolfgang Müller

Foto vom 1.23m Teleskop

Overview Systemkomponenten    overview

Einen Überblick aller Hardwareverebindungen gibt:    hardware

Schaltplan vom VME-Rack;  VME-Rack

Schaltplan vom GPS-System am Calar Alto;  GPS

Die In- und Outputs vom VME sind in einer Liste definiert;  IN/OUT VME

2.2 SPS1-Pultsteuerung

Das Bedienpult in der Kuppel ist mit einer seriellen Datenverbindung (RS422) mit der Teleskopelektronik im Keller verbunden. Damit konnten viele Leitungen eingespart werden.
Nur Funktionen wie "Notstop" und Hebebühne sind über extra Leitungen geführt, um den Sicherheitsaspekten gerecht zu werden.
Der Datenaustausch ist in folgender Liste ersichtlich:

Die SPS1 im Pult hat ein Tuchpannal, das Fehlermeldungen, Motorströme und das Auswiegen anzeigt.
Viele kleine Funktionen sind in die SPS1 eingefügt, wie z.B. Blinken der Lampen, Verriegelungen bei "REMOTE" und "LOCAL"- Betrieb, Lampentest, Lempenhelligkeitsregelung u.s.w.
"REMOTE"- Betrieb bedeutet, dass vom TECS-GUI Funktionen ausgeführt werden kann.
Im "LOCAL"- Betrieb sind alle Befehle vom TECS-GUI blockiert. Das Teleskop und die Kuppen können nur vom Pult, mit den Knöpfen bedient werden.

2.3 SPS2-Teleskopsteuerung

Der serielle Datenaustausch ist hier ersichtlich:

Die SPS sendet und empfängt komplette Strimgs, die den Status darstellen, mit maximaler Geschwindigkeit, die dem Programmcyklus der jeweiligen SPS entsprechen.

Der Kollisionschutz Teleskop / Hebebühne bezieht sich nur auf das Gegengewicht vom Teleskop. Eine Überwachung der Kollision mit der Spiegelzelle oder dem Instrument ist nicht vorgesehen. Deshalb können die Tel.-Antriebe im Remote-Betrieb nur vom TECS-GUI eingeschaltet werden, wenn die Bühne sich in der unteren RUhestellung befindet.

Der Fokusmotor kann vom TECS, vom Pult oder vom Handtaster angesteuert werden. Die Befehle werden zu der SPS4 weitergeleitet, die den Motor ansteuert.

Wird die Hydraulik vom Pult oder TECS eingeschaltet, überwacht die SPS das Erreichen des Aushebedruckes. Sind alle Soll-Drücke erreicht, bleibt die Hydraulik eingeschaltet, mit aktiverter Ölkühlung. Ausser den Drücken werden noch die Füllstände der Öl-Vorratsbehälter überwacht. Die Umdrehungszahl der Pumpe für die Kugel wird von einem Frequenzumrichter geregelt.

Der S1-Verschluss wird mit einer Wendeschaltung angesteuert. Dabei wird die gleiche Stromversorgung wie für den Fokusantrieb benutzt. Zwei Endschalter geben den Zustand vom Verschluss an die SPS. Zusätzlich ist eine Stromüberwachung in die Motorleitung eingefügt. übersteigt der Motorstrom einen Grenzwert, wird abgeschaltet.

Ein- und Ausschalten der Antriebe: Drei verschiedene Arten sind möglich:

1- Schalten der Antriebe vom TECS-GUI:

Die Leistungsnetzteile von T, D und Verspannung werden vom TECS eingeschaltet. Die Rückmeldung geht zum VME, der verzögert die HARMONICAS aktiviert.

2- Schalten der Antriebe vom Pult:

Voraussetzung ist, das der TECS "READY" ist. Die Leistungsnetzteile von T, D und Verspannung werden vom Pult eingeschaltet. Die Rückmeldung geht zum VME, der verzögert die HARMONICAS aktiviert.

3- Einschalten der Verspannantriebe vom Pult:

Beim Auswuchten werden nur die Verspannantriebe, als Konstantstromquelle, eingeschaltet. Der TECS braucht nicht "READY" zu sein. Nachdem die Leistungsnetzteile der Verspannungen aktiviert sind, Werden, verzögert, direkt die Harmonicas der Verspannantriebe aktiviert. Mit den Potentiometern am Pult kann der Verspannstrom geregelt werden.

Die 4 Motorströme der Tel.-Antriebe werden über Schunt-Messwiderstände, in den Motorleitungen, mit Messverstärkern auf +/- 10V verstärkt. Diese Spannung wird mit A/D-Wandlern der SPS zugeführt. Im Programm der SPS wird der Stromwert auf Ampere berechnet. Ein automatischer OFFSET-Abgleich ist möglich. Das Tuchpannal zeigt die Motorströme als Wert und als Bargraph an.

2.4 Tel.-Motorsteuerung, HARMONICAS

Die Harmonicas sind Verstärkermodule, die sämtliche Regelparameter beinhalten. Seriell wird lediglich, je nach Anwendungsfall, die Position, die Geschwindigkeit oder der Motorstrm, vorgegeben.
Je 2 Harmonica für T- und D-Antrieb sind nahezu identisch. Die Harmonica für den T- und D-Motor nutzen für den Regelkreis den Incrementalenkoder. Dieser Enkoder wird durch die Harmonica durchgeschleift und dem VME zur Verfügung gestellt, der damit die Positionsauflösung erhöht.

Parameter vom ELMO-COMPOSER:
Achtung: Mit dem COMPOSER kann nur gearbeitet werde, wenn das Echo der Harmonica eingeschaltet ist (EO=1)! Für den TECS muss das Echo wieder ausgeschaltet werden (EO=0) ! Parameter hier:

Programme für IN - OUTputs:

Die Verspannmotoren werden mit je einer Harmonica als Konstantstromquelle betrieben. Diese lassen sich, unabhängig vom TECS, zum Auswuchten einschalten. Der TECS gibt keinen Strom vor. Er überwacht lediglich seriell Störungsmeldungen der Harmonica. Der Verspannstrom wird mit analogen Potentiometern eingestellt
Die Impulse der Inkrementalen Enkoder werden mittels EXE-Modulen von HEIDENHAIN mit Faktor 5 multipliziert (18000 x 5 = 90000 I/R) ud der HARMONICA zur Verrfügung gestellt, die intern nochmal mit 4 multipliziert und damit die Regelung durchführt. Die 90000 I/R werden durch die HARMONICA geschleift und zum VME gefüht, der damit die Position berechnet.

2.5 SPS4-Handtster und Fokussteuerung

Im Tel-Gebäude befinden sich 3 Handtaster. Mit der SPS4 werden diese gegeneinander entkoppelt.

2.6 Kuppel fester Teil SPS 3

Der serielle Datenaustausch ist hier ersichtlich:

Das Kuppel-Azimut wird mit einem inkrementalem Reibradenkoder ermittelt. Neben seiner Funktion das Kuppel-Azimut zu liefern, ist er auch Indikator für den Stillstand der Kuppel. Dieser Wert ist für die Ansteuerung der Rotationsmotoren wichtig. Deshalb ist zu beachten, dass die Bewegung der Kuppel nur mit einem funktionstüchtigem Enkoder möglich ist.

Die Kuppelposition wird mit einem inkremental- Reibradenkoder gemessen.
Der Enkoder hat eine Auflösung von 100 Imp./Umdrehung. Eine ganze Kuppelumdrehung entspricht 12600 Enkoderimpulsen.
Eine Refetrenzmarke stellet den Enkoder auf die absolute Azimutposition oº.

Im SPS-Programm kommte der 32 Bit-Hight-Speed-Zähler C251 zur Anwendung. Dieser Zähler definiert mit dem Sondermerker M8251 seine Zählrichtung.

Alle Werte sind in 1/10º angegeben.
Der Bruch 3600/12600 Ist der Kuppelazimut pro Enkoderimpuls. Das SPS-Programm berechnet mittels der 32-Bit-Anweisungen DMUL und DDIV das Azimut und legt das Ergebnis in D200 ab.

Beim Übergang von 0 auf 3600 oder umgekehrt, muss das Ku.-Azimut mit + oder -3600 korregiert werden, damit der Wertebereich 0 bis 2599 eingehalten wird.

Abschliessend kann das Ku.-Azimut noch mit einem Offset-Wert versehen werden, indem zum Azimut-Wert der Offset-Wert addiert wird. Anschliessend muss wieder ein Vergleich durchgeführt werden, um im Wertebereich 0 bis 2599 zu verbleiben.

Zur Zeit wird mit einer Azimutauflösung in 1/10 Grad gearbeitet.

Am Ende dieses Programmes wird eine, der Geschwindigkeit proportionale, Grösse mit Hilfe der Funktion "SPD" errechnet. Dieser Wert dient dem Programm der Kuppelrotation dazu, den Stillstand der Kuppel zu ermitteln, um das Gegenstrombremsen abzubrechen. Ohne diese Meldung vom Enkoder ist keine Kuppreldrehung möglich!

Kuppelnachführ-Automatik.

Am Anfang des Programmes werden die Parameter definiert:

1. Die Bremsung bei Schnellfahrt der Kuppel wird vor dem Erreichen der Sollposition eingeleitet, weil die Kuppel über keinen Feingang verfügt und der Auslauf bei der Bremsung berücksichtigt werden muss. Das vorzeitige Bremsen wird im ersten Parameter in sec abgelegt.
2. Bei kleinen Nachführbewegungen (unter 10º) im Nord- und Südbereich, wird mit einem Vorhalt gefahren. Das heisst die Kuppel fährt über die Sollposition hinaus. Ein Parameter gibt dieses Vorausfahren in Grad an.
3. Der dritte Parameter gibt an, bei welcher absoluten Abweichung, in Grad, die Kuppelnachführung gestartet wird.
4. Ein anderer Parameter legt fest, bei welcher Annäherung an den Sollwert die Nachführung ausgeschaltet wird. Er ist normalerweise auf 0 gestellt.
5. Wenn innerhalb dieser Zeitspanne das Tel.-Azimut konstant bleibt, wird die Nachführung gestartet (D236 in sec.). Damit wird weitgehend verhindert, dass die Kuppel sich bei schnellen Verstellgeschwindigkeiten in Bewegung setzt.

Zunächst wird geprüft, ob das Tel.-Azimut, konstant war. War das der Fall, wird die Kuppelnachführung gestartet nachdem:

Es wird die Absolutabweichung, Ku.- Tel.Azimut, bestimmt. Jetzt wird überprüft, in welche Richtung (Kürzester Weg) die Kuppel drehen soll. Dafür wird der Drehbereich der Kuppel, ausgehend vom Te.-Azimut in zwei Hälften geteilt und ermittelt in welchem Halbkreissegment sich die Kuppelposition befindet. Bei Tel.-Azimut kleiner als 180º ist das graphisch veranschaulicht:

Bei Tel.-Azimut grösser als 180º:

Im Nordbereich (135º bis 225º) und im Südbereich (45º bis 315º, über 0º) wird bei Nachführgeschwindigkeiten mit einem Vorhalt gearbeitet, der hier selbsterklärend veranschaulicht ist:

Kuppelrotation

Die Ausgänge der SPS1 für schnelles und langsamen Drehen sind, über Hilfsschütze, direkt mit den entsprechenden Leistungsschützen verbunden.

Zentrale Einheit des Programmes ist ein Zähler, der beim Beschleunigen auf- und beim Bremsen abzählt. Entsprechen dem Zählerinnhalt werden die Motoren geschaltet.

Anfahren:

1. Danach werden kurzzeitig nur zwei Phasen eingeschaltet bis die 3-Phasen TSR (TRS) zuschalten. Das kurze Anfahren mit zwei Phasen bewirkt lediglich ein sanfteres Lösen der Rotorbremse.
2. Der Rotorwiderstand 1 wird überbrückt.
3. Der Rotorwiderstand 2 wird überbrückt.
4. Der Rotorwiderstand 3 wird überbrückt.

Die Rotorwiderstände werden in drei Stufen überbrückt, bis das grösste Drehmoment anliegt und die Kuppel mit maximaler Geschwindigkeit dreht..

Bremsen:

1. Im ersten Bremszyklus werden die Motoren mit nur zwei Phasen TRR beaufschlagt, was weder Links- noch Rechtslsauf bewirkt und nur das Einfallen der Rotorbremse verhindert.
2. Im zweiten Zyklus drehen die Motoren mit ebenfalls zwei Phasen TR (T0R) aber im Gegenstrom.
3. Der dritte Zyklus kehrt die Drehrichtung mit drei Phasen TRS (TSR) um (volles Gegenstrombremsen).

Als Indikator für den Kuppelstillstand wird die Geschwindigkeitsermittlung des Azimutenkoders benutzt. Steht die Kuppel beim letzten Bremszyklus (volles Gegenstrombremsen) still, werden die Motoren abgeschaltet.
Es ist zu beachten, dass die Rotaion nur mit dem Enkoder funktioniert. Sollte der Enkoder ausser Funktion sein, wird beim Starten die Rotation abgeschaltet und eine Fehlermeldung ausgegeben, die quittiert werden muss.

Ein Überblick der Funktion geben folgende Diagramme:

Ein- und Ausschalten der Kuppel.
Die SPS3 mit den Hauptfunktionen im Keller wird mit USV (Unterbrechungsfreie Strom-Versorgung)-Spannung 220V versorgt.
Ein Spannungswächter meldet der SPS einen Spannungsausfall vom öffentlichem Netz, die dann zwei Fälle unterscheidet: Kurzzeitiger Netzausfall
Weil bei einem kurzem Netzausfall zwangsweise das Kuppel- hauptschütz abfällt, wird es bei Spannungswiederkehr automatisch sofort wieder eingeschaltet, wenn es vor dem Netzausfall eingeschaltet war. Dabei ist es gleich ob das Hauptschütz vom Pult oder über die serielle Schnittstelle eingeschaltet wurde. Länger anhaltender Netzausfall
Dauert der Netzausfall länger als 10 Minuten, wird bei Spannungswiederkehr das Kuppelhauptschütz nicht wieder- eingeschaltet und die Pufferung aufgehoben. Dann werden laufende Programme, wie die automatische Kuppelnachführung, abgebrochen (Entsprechend Not-Stop) und die Kuppel muss, bei Spannungswiederkehr, manuell eingeschaltet werden.

2.7 Kuppel beweglicher Teil SPS 5

Eine weitere SPS5 befindet sich im beweglichem Teil der Kuppel, die die Hydraulik vom Spaltverschluss steuert und Fehlermeldungen anzeigt.

Öffnen und Schliessen der Kuppel

Die Elektrik für die Spalt-Hydraulik wurde im beweglichem Teil der DSD-Steuerung komplett mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) ersetzt. Ist der Spalt geöffnet, zeigt die Anzeige im Schaltschrank „A“. Ist er geschlossen „-“.

Die Hydraulik wird von der SPS folgendermaßen gesteuert:

Tor öffnen:

1. Die Hydraulikpumpe startet für ca. 5 sec ohne dass ein Ventil betätigt wird, um die Ölzuführungsleitungen mit Öl zu füllen. Die Tore bewegen sich noch nicht.
   

2. Das Ventile von rechten Tor V4 und das Ventil V2 vom linken Tor werden angesteuert, so dass die Kolben der Druckzylinder in Reihe geschaltet sind. Die Tore öffnen sich.
   

3. Bevor die Tore den mechanischen Anschlag „AUF“ erreichen, schalten jeweils Endschalter (b4, b5) den Hydraulikkreislauf von Serienbetrieb auf Parallelbetrieb. Das heißt die Tore bewegen sich dann mit halber Geschwindigkeit und aufgetretene Gangunterschiede zwischen den Kolbenpaaren werden am Anschlag ausgeglichen, weil jeder Druckzylinder einzeln gefüllt wird.
   

4. Pumpe und Ventile schalten aus.

Tore schließen: Entsprechend dem Ablauf für Öffnen:

1. Nur Pumpen.
   

2. Serienbetrieb bis kurz vor den mechanischen Anschlag.
   

3. Parallelbetrieb bis zum Anschlag.
   

4. Pumpen und Ventile schalten aus.

FUNKTIONSPRINZIP DES SPS-PROGRAMMES
Herzstück des Programmes ist der Auf-Zähler Co. Er startet, wenn zu- oder aufgefahren wird.

1. Am Anfang des Programmes (erste Phase) ist in dem Register Do festgelegt, wann die Hydraulikpumpe startet. Die Ventile sind noch geschlossen.
2. In der zweiten Phase definiert der Wert in D1 wann mit dem Serienbetrieb begonnen wird.
3. Der erste erreichte Endschalter stellt das entsprechende Tor auf Parallelbetrieb. Der zweite Endschalter stellt das andere Tor ebenfalls auf Parallelbetrieb. Ab diesem Moment bestimmt D2 wie lange der Parallelbetrieb aufrechterhalten wird (ADD Co D2 D3).
4. Ist diese Zeit von Co erreicht, wird die Hydraulik abgeschaltet. Der Spalt ist nun geschlossen bzw. geöffnet.
5. Nur für den Fall, dass keiner oder nur ein Endschalter anspricht, schaltet die Steuerung vor dem Erreichen der Maximalzeit beide Tore in den Parallelbetrieb (D4). Diese Funktion ist in das Programm mit aufgenommen worden, weil das mechanische Spiel der Tore sehr gross ist und deshalb nicht immer gewährleistet ist, dass die Endschalter ordnungsgemäß ansprechen. In diesem Fall kann der Parallelbetrieb die Tore parallel an den Endanschlag drücken, so dass die Endschalter ansprechen.
6. Das Limit von Co wird erreicht, wenn kein Endschalter angesprochen hat. In diesem Fall wird der Hydraulikmotor abgeschaltet und die Störungsanzeige „TIMEOUT“ ausgegeben.