GMTO工程师
José Soto(左)和Hector Swett使用了Beckhoff的TwinCAT 3自动化软件，根据望远镜规格验证了各种组件。巨型麦哲伦望远镜
GMTO公司)
EtherCAT和基于PC的控制已经被指定用于巨型麦哲伦望远镜的自动化，包括3000多个运动轴和站点范围的现场总线基础设施。
一旦安装在智利安第斯山脉的拉斯坎帕纳斯天文台，巨型麦哲伦望远镜(GMT)将为天体物理学和宇宙学研究团体带来许多机会。通过将7面镜子组合成一个总直径为25米的光学系统，该望远镜的角度分辨率将比哈勃太空望远镜高出10倍。
这些进步将使格林尼治标准时间能够通过减少地球大气造成的扭曲，捕捉到比目前更清晰的天体图像。据GMTO公司前副总裁Patrick McCarthy博士说，“GMT的任务是提供工具，使未来几代天文学家能够做出重大发现，并推动我们对宇宙知识的前沿。”
从事类似望远镜项目的科学家和工程师通常使用定制的控制组件构建自己的自动化解决方案。然而，建造GMT的团队对此有不同的看法，GMTO高级电子工程师José Soto解释说:“我们想改变把望远镜视为特殊的、完全不同于其他自动化系统的历史方法。面向未来的工业控制解决方案有能力解决我们今天在天体物理学中面临的许多问题。”
Beckhoff AM8000伺服电机在整个望远镜设计中都是指定的，包括3000多个运动轴。(巨型麦哲伦望远镜- GMTO公司)
由于实时通信和控制需求，为GMT指定自动化和控制组件需要仔细考虑，特别是考虑到系统将拥有3000多个运动轴。除了旋转望远镜22层楼高的外壳外，柔性镜面必须以最大的精度移动，以实现自适应光学，并实现最高的图像分辨率。
一个例子是主动光学系统，它需要在每个主镜上集成170个气动执行器来支持每个镜的质量。工程团队确定了对自动化和控制组件的需求，这些组件现在很强大，但也将支持未来的技术进步，Soto解释说:“由于这些项目需要很长时间，我们必须考虑到各个方面的过时。对抗过时的最有效方法是将成熟的工业技术标准化。”这些因素导致GMTO使用工业标准对控制系统的许多规格进行标准化，如Beckhoff自动化提供的解决方案。
寻找基于pc的自动化解决方案
GMTO工程师开始探索工业自动化和控制。工程师们检查了多个工业以太网网络，但发现EtherCAT提供了灵活的拓扑结构和可扩展性，以及在一个网络中集成多达65535个EtherCAT设备的能力，符合GMT的系统规格。索托说：“以太猫将嵌入几乎每一个格林尼治标准时间望远镜系统中——从主镜到大气色散补偿器、外壳、支架，甚至设施中的楼宇自动化。”。
据GMTO工程师赫克托·斯威特（Hector Swett）介绍，以太猫安全（FSoE）还为望远镜的联锁和安全系统提供了令人印象深刻的功能。FSoE通过标准EtherCAT网络为GMT提供安全等级、TÜV认证的通信，为分布式TwinSAFE I/O模块提供多种选项，并与Beckhoff工程环境和工业PC（IPC）集成。
某些现行GMT规范建议使用多个基于PC的控制器，这些控制器可由Beckhoff solutions实现。联锁和安全系统依赖于许多安全控制器和DIN导轨安装的CX9020嵌入式PC与EL6910 TwinSAFE逻辑I/O模块一起工作。Swett说，这些设备通过EtherCAT自动化配置文件（EAP）通过FSoE相互连接，以实现危险分析所要求的安全功能。带有单核1.4 GHz Intel Celeron处理器的CX2020嵌入式PC用于GMT硬件开发工具包，该工具包是为项目合作伙伴开发望远镜仪器而构建的。
TwinCAT 3自动化软件为测试设备提供了一个关键平台，专门用于控制望远镜周围的结构。“望远镜外壳的基于PC的控制器将直接运行TwinCAT，”Swett说。“它还提供了通过OPC UA与天文台控制系统接口的实时能力。”作为系统开放性的典范，TwinCAT支持多种语言的控制逻辑编程，如IEC 61131-3中包含的语言，包括面向对象的扩展，以及Microsoft Visual Studio中提供的计算机科学语言。该软件可以通过ADS和EtherCAT自动扫描和配置第三方设备，提供从传感到运动控制任务的最佳平台。
在努力将现成的工业组件应用到望远镜设计中时，GMTO工程师已经测试了许多Beckhoff组件，包括CX2020基本CPU模块、AS1020步进电机和EtherCAT I/O模块。(巨型麦哲伦望远镜- GMTO公司)
由于望远镜将有数千个运动轴，可靠的电机和驱动器将在最终配置中至关重要。索托解释说:“当我们的积分器团队开始使用该望远镜时，他们很可能会在大气色散补偿器或GIR(格里高利仪器旋转器)中使用AM8000伺服电机，以移动与卡塞格伦聚焦相连的所有仪器。”
新技术和创意重新定义了我们的宇宙
经过几十年的努力，GMTO的最终目标正在成为焦点，为望远镜指定的可靠的自动化和控制组件增加了清晰度。Soto解释说:“使用EtherCAT作为GMT现场总线可以实现I/ o级的实时通信。我们实现了2khz的循环时间，这允许有足够的带宽来关闭一系列子系统的环路，极大地扩展了我们的控制和网络能力。”紧凑的EtherCAT I/O模块和嵌入式pc节省了控制柜的空间，并且pc控制器与I/O的距离较远，减少了散热。Swett补充说:“减少热量对GMT来说是一件大事。“热量使外壳内的空气更加动荡，当光在空气中传播时，动荡会扭曲图像。这种分布式I/O架构可以帮助我们避免这种情况。”
十年后，这种观测和发现的过程将不再属于设计和建造GMT标准时间的工程师，而是属于使用GMT标准时间探索宇宙的天体物理学家和宇宙学家。研究人员在使用望远镜进行我们甚至无法想象的重大发现时，可以灵活地提出他们自己的创造性想法。
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