- 1.1 Das Konzept
- 2.1 Kuppel fester Teil SPS1
2.2 Kuppel fester Teil SPS2
2.3 Kuppel beweglicher Teil SPS3
2.4 Funkmodem
2.5 Download der Schaltpläne
- 3.1 Türventilatoren
3.2 Bodenlüftung
3.3 Kuppelraumlüftung
3.4 Lüftungsklappen
3.5 Top-Lüftungsklappen
3.6 Temperaturen auf der wep-Seite
- 5.1 SPS-Anzeigen
5.2 SPS-Onlinemodus
5.3 Datenverkehr
- 6.1 Allgemeines
6.2 SPS 1 Programm fester Teil
6.3 SPS 2 Programm
6.4 SPS 3 Programm beweglicher Teil
- 6.5.1 SPS1 - Ethernet
6.5.2 SPS1 - SPS3
1. Allgemeines
Ziel der Lüftung ist es, mit kontrolliertem Luftdurchsatz, das Seeing zu verbessern.
Es stehen 3 aktive Lüftungsysteme, mit einer Gesamtleistung von 50 KW, zur Verfügung sowie zwei passive Lüftungen :
- Türventilatoren (aktiv 30 KW).
- Kuppelbodenlüftung (aktiv 10 KW).
- Kuppelraumlüftung (aktiv 10 KW.)
- Lüftungsklappen als Vergrösserung der Kuppelöffnung (Passiv).
- Lüftungsklappen für die Hinterspühlung der Isolierung (Passiv).
Unterstehende Zeichnung verdeutlicht die Funktion der einzelnen Systeme:
1.1 Das Konzept
Die elektronische Lüftungssteuerung besteht aus drei Stationen:
- Kuppel fester Teil im Beobachterraum SPS 1,
- Kuppel beweglicher Teil SPS 3,
- Anbindung an das Computernetz (Ethernet) im 2. Stock.
Die Kuppeltemperaturen werden von der SPS 1 und SPS 2 gemessen, während
die Aussentemperatur und Feuchte von der zentralen Wetterstation über
das Ethernet geliefert werden.
Die Verbindung vom festen Teil (SPS 1) zum beweglichem Teil (SPS 3)
ist mit einer drahtlosen Übertragung (RS232) (Funkmodem 2.4 GHz)
realisiert.
Die Verbindung zum Computernetz ist mittels Lichtwellenleiter (RS232) bewerkstelligt.
Im festen Teil der Kuppel (Beobachterraum BBC-Schrank) befindet sich die SPS 1, die die Temperaturen misst:
- Kuppeltemperatur am Teleskopfuss
- Kuppeltemperatur über dem Personenfahrstuhl
- Kuppelbodentemperatur
Über die Funkverbindung zum beweglichem Teil erhält diese SPS auch die Temperaturen:
- Kuppeltemperatur links von der Kranbahn
- Kuppeltemperatur rechts von der Kranbahn
Zusätzlich steht die SPS in Verbindung mit dem Reverse MUX am TECS (RS232), der die eben erwähnten Temperaturen empfängt und seinerseits
- die Aussentemperatur und
- die relative Luftfeuchte
für die SPS 1 bereitstellt.
Abhängig davon werden die Ventilatoren für den Kuppelraum und den Kuppelboden gesteuert.
Im beweglichem Teil der Kuppel empfängt die SPS 3 die Daten zum Öffnen und Schliessen der passiven Klappen von der SPS 1 im festen Teil. Wenn im beweglichen Teil ein Regensensor anspricht, wird ein Schliessen aller Klappen, unabhängig vom Betriebszustand, erzwungen.
2. Systemkomponenten
Die Steuerung der Lüftung geschieht mit Speicher-Programmierbaren
Steuerungen (SPS). Insgesamt befinden sich drei SPS im Einsatz:
2.1 Kuppel fester Teil SPS 1
Die SPS 1 ist die zentrale Einheit der Anlage. Sie steuert die Lüftungen:
- Kuppelraumlüftung
- Kuppelbodenlüftung
- Lüftungsklappen an der Kuppel
- Lüftungsklappen auf der Kuppel
Und misst die Temperaturen:
- Kuppelraum "Referenz" (über dem Fahrstuhl)
- Kuppelraum (am Teleskopfuss)
- Kuppelboden "Referenz"
Die Bemerkung "Referenz" bedeutet, das nur diese Temperaturen zur Regelung ausgewertet werden. Zum Anderen stellt sie über drei verschiedene Schnittstellen die Verbindungen zum
- Ethernet,
- beweglichem Kuppelteil (SPS 3)
- Tuchpanel
2.2 Kuppel fester Teil SPS 2
Die SPS 2 steuert lediglich die Türventilatoren und ist eine unabhängige Schaltung. Die SPS 2 übernimmt die Stern- Dreieckschaltung der Drehstrommotoren und Lässt sie zeitversetzt anlaufen, um Stromspitzen zu vermeiden.
2.3 Kuppel beweglicher Teil SPS3
Die SPS 3 im beweglichem Teil der Kuppel misst die Temperaturen:
- Kranbahn rechts
- Kranbahn links
Diese Temperaturen werden über die Funkmodems an die SPS 1 im festen Teil
übertragen. Dort dienen sie nur zur graphischen Darstellung am Tuchpanal
tragen aber zur Regelung nicht bei.
Die SPS 3 empfängt die Befehle zum Schliessen oder Öffnen der Lüftungsklappen
von der SPS 1 im festen Teil der Kuppel. Umgekehrt werden die entsprechenden
Rückmeldungen verarbeitet.
2.4 Funkmodem
Die SPS 1 im festen Teil und die SPS 3 im beweglichem Teil kommunizieren über eine serielle Schnittstelle (S 232) miteinander, die kabellos mit Funkmodems ausgestattet ist.
Funkmodem SML2400 IP
Mit dem Einsatz von Funkmodems konnte auf Schleifleitungen zum beweglichem
Teil der Kuppel verzichtet werden.
Es kommen zwei Funkmodems der Firma "ADCON", Typ SML2400 IP, zum Einsatz,
die im 2.4 GHz Bereich arbeiten und eine Sendeleistung von nur 10 mW haben.
Die Kuppelsteuerung verwendet Funkmodems gleichen Typs, deshalb ist bei der
Inbetriebnahme darauf zu achten, dass unterschiedliche Kanäle eingestellt werden.
Zur Zeit wird der Kanal 1 verwendet.
2.5 Download der Schaltpläne
Schaltungspläne ansehen oder ausdrucken als
-Dokument :
SPS fester Teil Kuppel
fest
SPS beweglicher Teil Kuppel
bew
Türventilatoren fester Teil Kuppel
kuluft
Gewönhlich zeigt das Tuchpanal den Screen 1 an.
Auf dem Screen 1 befindet sich keine Bedienungsmöglichkeit. Er zeigt
die Temperaturen, relative Aussenfeuchte und den Betriebszustand der
Lüftungsventilatoren an.
Screen 1
Mit den Tasten "Vents" (Beschrieben unter 3.4 Lüftungsklappen) und "Datas" (Beschrieben unter 8.3 Datenverkehr) kann auf andere Screens gewechselt werden.
3.1 Türventilatoren
In die Tür im Nord- und Südbereich sind jeweils zwei Ventilatoren montiert. Es sind Ventilatoren der Firma "Novent" mit einer Leistung von jeweils 7,5 KW. Jeder dieser Ventilatoren hat einen Luftdurchsatz von 50 000 m2 pro Stunde. Die Ventilatoren blasen die Luft aus der Kuppel hinaus.
Diese Ventilatoren können nur paarweise manuel ein- und ausgeschaltet werden.
Dafür befindet sich, aus Sicherheitsgründen, ein Schalter direkt neben den Ventilatorpaaren.
Beim Einschalten starten die Drehstrommotoren in der Sternschaltung und werden
verzögert, von der SPS 2, in Dreieck geschaltet. Ausserdem starten
die Motoren zeitversetzt, um Stromspitzen zu vermeiden. Immerhin haben die vier
Ventilatoren eine Gesamtleistung von 30 KW.
Ein temperaturgeregeltes Schalten der Ventilatoren ist nicht vorgesehen.
3.2 Bodenlüftung
Eine von drei Boden-Abzugs-Schächten mit Temperatursensor.
Die Bodenlüftung kann temperaturgeregelt (Automatisch) oder manuell geschaltet werden.
Manuell:
Ist der Schalter am BBC-Schrank auf "Manuell" gestellt, kann mit dem
daneben liegendem Knopf die Bodenlüftung auf
- Stufe 1
- Stufe 2
- Aus
gesstellt werden.
Temperaturgeregelt (Automatisch):
Ist der Schalter am BBC-Schrank auf "Auto" gestellt, sind die Knöpfe für
Stufe 1/2 und Aus wirkungslos.
Die Ventilator der Bodenlüftung wird jetzt in Abhängigkeit von der Bodentemperatur
und der Aussentemperatur geschaltet. Bei zu hoher Aussenfeuchte wird ausgeschaltet.
Aussentempertur und Feuchte wird von der seriellen Schnittstelle (RS 232) vom
Ethernet (Quelle: Zentrale Wetterstation vom Calar Alto) übernommen.
Folgende Liste
erklärt die Regelung mit den Schalt-Parametern:
| Kuppelboden |
|---|
| Automatisches Einschalten |
| - Wenn Bodentemp. über 1ºC der Aussentemp. steigt : Stufe 1 |
| - Wenn Bodentemp. über 2ºC der Aussentemp. steigt : Stufe 2 |
| - Wenn die rel. Aussenfeuchte unter 95% fällt |
| Automatisches Ausschalten |
| - Wenn Bodentemp. gleich der Aussentemp. (fallend). |
| - Wenn die rel. Aussenfeuchte über 98% steigt |
3.3 Raumlüftung
Die Kuppelraumlüftung wird wie die Kuppelbodenlüftung geregelt.Hier die Liste mit den Schaltparametern, die zur Zeit identisch mit denen der Bodenlüftung sind. Die Liste wird trotzdem hier noch einmal aufgeführt, weil die Parameter im SPS-Programm, bei Bedarf, auch anders als die der Bodenlüftung eingestellt werden können.
| Kuppelraum |
|---|
| Automatisches Einschalten |
| - Wenn Raumtemp. über 1ºC der Aussentemp. steigt : Stufe 1 |
| - Wenn Raumtemp. über 2ºC der Aussentemp. steigt : Stufe 2 |
| - Wenn die rel. Aussenfeuchte unter 95% fällt |
| Automatisches Ausschalten |
| - Wenn Raumtemp. gleich der Aussentemp. (fallend). |
| - Wenn die rel. Aussenfeuchte über 98% steigt |
3.4 Lüftungsklappen
Die Lüftungsklappen in der Aussenwand der Kuppel sind zunächst mit einem Schaltschrank der Firma DSD auf dem beweglichem Teil der Kuppel verbunden. An diesem Schrank befindet sich ein Schalter "Auf / Aus / auto"
Die Lüftungsklappen können von einem Tuchpannel am BBC-Schrank bedient werden. Alle Screens haben rechts oben einen Knopf, mit dem zu einem andere Screen gesprungen werden kann.
Auf dem Screen 0 können die Klappen einzeln oder alle zusammen manuell geöffnet und geschlossen werden.
Sreen 0:
Betriebszustände und Fehler der Klappen werden links neben den Einzelknöpfen (hier nicht sichtbar) gemeldet:
- "closed",
- "opened",
- "moving".
Folgende, evenrtuelle auftretende Fehler, werden mit "Error" gemeldet:
- Timeout bei "moving",
- Soll- ungleich Istzustand,
- Rückmeldung ist gleichzeitig "Auf" und "ZU".
Bei Betätigung des Knopfes "Auto" wechselt die Anzeige selbsttätig auf Screen 2.
Sreen 2:
Ein manuelles Bedienen der Klappen in der Kuppelaussenwand, ist nun nicht mehr
möglich. Das Schliessen und Öffnen der Klappen übernimmt eine Automatik,
die die Klappen öffnet/schliesst.
Zur Zeit öffnen/schliessen sich die Klappen, wenn der Kuppelspalt sich öffnet/schliesst.
Links unter "Dome" werden die Zustände bzw. Fehler der Klappen angezeigt
(hier nicht sichtbar), wie bei Screen 0 beschrieben. Die Top-Klappen lassen sich
in jedem Fall manuell bedienen.
Spricht ein Regensensor, am Höchsten Punkt der Kuppel, an, werden alle Klappen zwangsweise geschlossen und es erscheint die Meldung "Its raining" am Tuchpanal.
3.5 Top-Lüftungsklappen
Die zwei Top-Lüftungsklappen befinden sich an dem höchsten Punkt der Kuppel.Diese klappen haben folgenden Sinn:
Die Aussenwand der beweglichen Kuppel ist mit einer Isolierung ausgekleidet, die in einem Abstand von ca. 30cm an der inneren Aussenwand befestigt ist. Unten an der "Kuppelschürtze" kann am ganzen Umfang der Kuppel Luft zwischen Isolierung und Kuppelwand gelangen. Schematisch sieht das so aus:
Sind die beiden Top-Klappen geöffnet, setzt ein Kamineffekt ein. Damit kann der Einfluss der erwärmte Kuppelaussenwand auf die Innentemperatur wesentlich reduziert werden.
Diese Klappen können manuell mit der Taste auf dem Tuchpanel bedient werden und es wird die entsprechende Rückmeldung angezeigt.
Bei Betätigung des Knopfes "Auto" wechselt die Anzeige selbsttätig auf Screen 2.
Sreen 2:
Ein manuelles bedienen dieser Klappen ist weiter möglich.
Spricht ein Regensensor, am Höchsten Punkt der Kuppel, an, werden die Klappen
zwangsweise geschlossen und es erscheint die Meldung "Its raining" am Tuchpanal.
Ausserdem schliessen diese Klappen, aus Sicherheitsgründen, wenn die Aussenfeuchte
über 95% steigt und öffnen erst wieder, wenn die Feuchte unter 90% fällt. Sind die Klappen
aus diesem Grunde geschlossen, erscheint die Meldung : "Hum.hight".
3.6 Temperaturen auf der Web-Seite
Der zeitliche Verlauf, aller Temperaturen, einschliesslich der Lüftungszustände, wird auf der web-Seite angezeigt und statistisch erfasst.
"Life" auf den Webseiten:
Die Temperaturen
"Telescope Structure",
"Telescope Base", und
"Telescope Top End"
werden von der Teleskopelektronik erfasst und werden deshalb nur registriert, wenn das Teleskop eingeschaltet ist.
4. Stromversorgung
Es wurde keinen Wert auf eine spannungsausfallsichere Spannungsversorgung gelegt, weil die Motoren, wegen ihrer hohen Leistung, nicht mit einer USV gespeist werden können.Die Funkmodems haben eine eigene Versorgung (Steckernetzteile).
5.1 SPS-Anzeigen
Den Zustand jedes Einganges (X0....) der SPS kann an den Leuchtdioden der Optokoppler abgelesen werden.Ebenfalls haben die Relaisausgänge Leuchtdioden (Y0....) die leuchten, wenn der entsprechende Ausgang aktiv ist. Mit einer Liste der Ein-Ausgangs- belegung können z.B. Zustände der Endschalter oder Motorschütze direkt an der SPS kontrolliert werden.
Das Öffnen und Schliessen der Klappen wird mit einem Watchdog kontrolliert. Wird eine vorgegebene Zeit überschritten, wird "error" im Display angezeigt.
5.2 SPS-Onlie-Modus
Sämtliche Vorgänge in der SPS kann im Online-Modus mit einem Laptop beobachtet werden.
5.3 Datenverkehr
Der Screen 3 erscheint, wenn die Kommunikation über die Funkmodems zum beweglichen Teil gestört ist. In diesem Fall schliesst die SPS im beweglichem Teil der Kuppel die Klappen selbsständig.Der Screen 3
Eine Überprüfung des gesamten Datenverkehrs zwischen SPS 1, SPS 2 und Revers MUX ist mit dem Screen Nr4 möglich.
Screen 4
Es werden die kompletten Strings angezeigt. Nähere Erklärung hierzu
unter 6.5 Datenkommunikation
6. Softwarebeschreibung
6.1 Allgemeines
Die Softwarebeschreibung soll es erleichtern die Zusammenhänge in der SPS-Programmiersprache MELSEC zu verstehen und Änderungen leichter durchführen zu können. Die SPS-Programme liegen als Ausdruck vor. Weil nicht bei jeder Programmäderung ein Ausdruck angefertigt werden kann, muss beachtet werden, dass die aktuellste Version sich auf zwei Sicherheitskopieen befindet. Eine bis ins Detail gehende Beschreibung würde zu umfangreich werden. Es muss davon ausgegangen werden, dass, bei Manipulationen an Programmen, eine gewisse Erfahrung mit der SPS-Programmierung besteht.
6.2 SPS 1 fester Teil
Am Anfang des Programmes werden die Temperaturparameter für die Lüftungsregelung festgelegt.Dann werden die Temperaturen aus dem Messmodulen gelesen und mit entsprechenden Offset-Werten versehen.
Anschliessend wird die Schnittstelle mit dem Modul FX2N IF (RS232) zum beweglichen Teil der Kuppel definiert.
Senden an SPS 3 beweglicher Teil:
Der Sendeimpuls (M80) wird aus
dem Empfangsimpuls vom beweglichem Teil regeneriert und die
Sollzustände der Lüftungsklappen mit dem Merkern M200 bis
M215 gesendet.
Empfangen von SPS3 beweglicher Teil:
Die beiden Temperaturen vom Beweglichem Teil werden vom
ASCII-Code in Dezimalzahlen verwandelt und mit dem Vorzeichen
versehen. Bleibt der Empfang für eine definierte Zeit aus, werden
die Temperaturen mit 99.9 beaufschlagt (Fehler).
Die Einzelbits der Rückmeldungen werden in M220 bis M235
abgelegt.
Es folgt der Programmteil für die Klappensteuerung in Zusammenhang mit der Anzeige / Bedienung vom Tuchpanal aus.
Die Schnittstelle zum Revers MUX wird mit dem Modul FX2N BD
definiert und die empfangende Aussentemperatur und Luftfeuchte aus den
ASCII-Ziffern zusammengesetzt.
Der Sendeimpuls wird aktiviert, wenn das letzte Byt CR ist. Sämtlich
Temperaturen werden zum senden im ASCII-Kode zerlegt.
Schliesslich folgt der SPS-Programmteil der die Ventilatoren vom Kuppelboden und Raum steuert.
6.3 SPS 2
Das Programm der SPS3 schaltet lediglich die Türventilatoren beim Start von Stern auf Dreieck. Der Betriebszusand dieser Ventilatoren wird der SPS 1 gemeldet. Eine ausführlichere Beschreibung dieses Programmes erübrigt sich.
6.4 SPS 3 beweglicher Teil
Zunächst werden die Temperaturen aus dem Messmodulen gelesen und anschliessend die Schnittstelle (RS232) zur SPS 1 definiert. Gesendet wird im Sekundentakt.liegt eine Temperatur ausserhalb einer definierten Toleranz, wird 99.9 gesendet, das von der SPS 1 als Fehler interpretiert wird.
6.5 Datenkommunikation
6.5.1 SPS 1 - Ethernet
Die Kommunikation findet im ASCII-Kode im Klartext statt.Jede Minute wird ein String zur SPS 1 gesendet der aus 22 Byts besteht:
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | Aussen Temp. | 12 | Feuchte | 16 | frei | 22 | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ? | T | E | M | P | +/- | 0 | 0 | . | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | . | 0 | cr | |||
Wenn das 22. Byt empfangen wird (CR), sendet die SPS 1 Ihre Antwort in einem 57 Byt langen String:
| 1 | 2 | 3 | |||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 |
| T | E | M | P | +/- | 0 | 0 | . | 0 | +/- | 0 | 0 | . | 0 | +/- | 0 | 0 | . | 0 | |||
| 4 | 5 | 6 | |||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 |
| +/- | 0 | 0 | . | 0 | +/- | 0 | 0 | . | 0 | +/- | 9 | 9 | . | 9 | |||
| 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | ||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | 53 | 54 | 55 | 56 | 57 |
| +/- | 9 | 9 | . | 9 | 9 | 9 | 9 | 0 | 0 | 0 | cr | |||||
- Temperatur ºC in der Kuppel fester Teil über dem Fahrstuhl.
- Temperatur ºC in der Kuppel fester Teil am Teleskop-Hufeisen.
- Temperatur ºC in der Kuppel beweglicher Teil Kranbahn rechts vom Spalt.
- Temperatur ºC in der Kuppel beweglicher Teil Kranbahn links vom Spalt.
- Temperatur ºC Kuppelboden vorm Beobachterraum am Abzug.
- Temperatur ºC Aussentemperatur (Echo zu Revers MUX)
- frei (99.9)
- frei (99.9)
- Kuppelraumventilator (0 = AUS, 1 = Stufe1, 2 = Stufe2).
- Kuppelbodenventilator (0 = AUS, 1 = Stufe1, 2 = Stufe2).
- Türventilator (0 = AUS, 1 = EIN).
Hier eine Liste mit den entsprechenden Registern in der SPS 1:
6.5.2 SPS 1 - SPS 3
Die SPS 1 empfängt von der SPS 2 im beweglichem Teil der Kuppel einen 30 Byts langen String im Sekundentakt.Die Liste zeigt die entsprechenden Register und Merker:
Die SPS 1 sendet nach dem Empfangsimpuls zur SPS 2 im beweglichem Teil
eien 5 Byts langen String.
Die Liste zeigt die verwendeten Register und Merker.
7. Mitarbeiter
Neben den zahlreichen Mitwirkenden, geht besonderen Dank an die unten aufgeführten
Kollegen die die Anlage istalliert haben und über spezielle Systemkenntnisse
verfügen.
- Luis Hernandez (SPS-Sofware und Installation),
- Francisco Parejo (Installation)
- Raul Lopez (Installation)
Daneben standen mit Rat zur Seite:
- Ulrich Thiele (Lüftungsparameter),
- Karl Zimmermann (Schnittstelle zum Ethernet),
- Firma Mitsubishi-Electric (SPS-Programmierung) http://www.mitsubishi-automation.de
- DSD (Regensensor) http://www.dsd-steel.com