西班牙拉古纳大学下属机构加那利天体物理研究所（IAC，全称：加那利群岛天体物理研究所）在加那利群岛运营着两座天文台：拉帕尔玛岛穆查丘斯罗克天文台与特内里费岛泰德天文台。倍福基于 PC 的控制系统和运动控制方案为天体物理学家突破太空探索边界提供了重要技术支撑。

　　IAC 与倍福的合作始于十二年前，双方共同为特内里费岛 Q-U-I 联合实验室计划（QUIJOTE I）首台望远镜提供技术支持。该项目的目标是测定宇宙微波背景辐射 (CMB) 的偏振特性，精确分析 10 至 42 GHz 频段内星系及星系际物质的辐射机制，并藉此探寻宇宙大爆炸的痕迹。倍福当时被选为望远镜控制系统的技术合作伙伴，至今仍是倍受信赖的长期合作伙伴。

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　　运动控制与 EtherCAT 技术协同实现高精度控制

　　望远镜控制系统采用 TwinCAT 2 NC PTP 和 C5102 19 英寸抽拉式工业 PC，可精确控制望远镜的方位角和仰角。除望远镜控制所需的数字量和模拟量输入输出外，系统还通过 EL6688 (IEEE 1588/PTP) 通信接口实现了精确时间协议的编程与部署。该 EtherCAT 端子模块作为 IEEE 1588 同步系统中的设备节点，支持 PTPv1（IEEE 1588-2002）和 PTPv2（IEEE 1588-2008）两种协议。“时钟同步对于实现望远镜与观测的恒星和星系运动的精确同步至关重要。”IAC 工程总监 Jose Miguel Herreros 说道。另一大挑战在于实现轴在极低速与高速工况下的纳米级运动控制精度。由于方位轴直驱系统的转动惯量很大，当时不得不对所使用的 AX2000 伺服驱动器的速度控制器做了大量调参工作。倍福销售经理 Roberto Iraola 回忆并补充道：“这是项目成功的关键所在。”

　　继该项目后，团队又研制了用于 TFGI（30-40 GHz 频段观测仪）的 QUIJOTE II 望远镜，该望远镜由 30 台接收机组成，且已采用 AX5000 数字式紧凑型伺服驱动器。倍福与西班牙 IDOM 公司密切合作，共同完成了这两台望远镜的研制工作，而控制软件部分则由 IAC 技术团队自主开发完成。2022 年，两套控制系统全面升级至 TwinCAT 3 软件平台，并同步部署了 C5240 19 英寸抽拉式工业 PC。

　　我们目前正与倍福合作开展多个项目，例如用于极大望远镜 (ELT) 的‘Harmoni’项目、程控望远镜以及安装在这些望远镜上的各类仪器。”

　　——  Jose Miguel Herreros

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　　全面现代化升级

　　特内里费岛泰德天文台的卡洛斯-桑切斯望远镜（TCS）和 IAC80 望远镜目前仍由天文学家使用上世纪 90 年代开发的计算机应用程序进行手动控制。除运动控制外，这些应用程序还负责控制圆顶、天窗、闸门和防护盖等子系统，并实时监测气象站、警报和 GPS 信号。该控制系统最初由一台配备插卡的 PC 构成，用于与各个子系统通信。系统操作通过另一台 PC 实现，它通过 RS232 串口与控制计算机进行通信。尽管已经实施部分现代化升级措施，但该控制系统仍有大部分组件沿用了现已完全淘汰的技术架构。

　　一个于 2019 年年中启动、目前仍在进行中的项目旨在将这些望远镜控制系统升级，配备更为现代化且可靠的软硬件，并在升级过程中部署先进的远程控制功能。这一面向未来的高级控制软件将基于 ROS（机器人操作系统）开源框架开发，而其底层控制架构则将采用倍福的 EtherCAT 和 TwinCAT 3。为将技术风险对项目的影响降至最低，研发团队开发了一个望远镜仿真系统。该系统不仅能够完整复现望远镜驱动系统与数据网络的物理特性，更为新系统的研发和验证构建了一个虚拟测试环境。根据实施规范，新系统必须经过多轮虚拟测试后，才可部署到望远镜实体设备中。同步推进的还有一项专项技术验证，重点评估了 TwinCAT Vision 在天文望远镜自动寻星系统中的技术适配性。一款自动寻星系统已被选定用于测试，且该系统还可应用于其它望远镜跟踪系统。

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　　不同地点，同一技术

　　坐落于塔武连特山国家公园边缘的穆查丘斯罗克天文台（ORM）位于加拉菲亚市（位于拉帕尔马岛）海拔 2396 米处，配备了世界级的、最完备的天文望远镜设备。该天文台拥有得天独厚的大气透明度和远离光波干扰的地理优势，为天文学研究提供了理想的观测条件。正因如此，这片土地不仅见证了多个有史以来规模最为壮观的望远镜项目的诞生，更孕育了新一代切伦科夫望远镜，这些尖端设备能够捕捉超高能伽马射线，为人类探索宇宙奥秘提供新的途径。

　　该天文台运行着目前全球最大的光学与红外望远镜 — 加那利大型望远镜（Gran Telescopio de Canarias，简称 GTC），并配备二十余台其它望远镜和天文设备，主要用于夜间观测、机器人自动观测、太阳观测和涉及高能天体的物理观测。这些望远镜已在宇宙探索领域取得重大突破：例如，探测到了距离最遥远的星系，证实了黑洞的存在以及宇宙在加速膨胀。

　　镜面直径达 10.4 米的 GTC 是该天文台最大的望远镜。GTC 于 1994 年提出设想，历经 15 年，于 2009 年正式投入科学运行。由于当时采用的控制系统技术逐渐过时，现已全面升级为基于 PC 的控制系统。此次技术升级契机更推动了楼宇自动化和智能照明系统等子系统的整合。

　　这些子系统的成功部署得益于倍福基于 PC 的开放式控制技术及其在楼宇自动化领域的技术积淀。”

　　——  Roberto Iraola

　　超级天文望远镜

　　倍福和 GTC 之间的密切合作不仅涉及现代化改造，还延伸至诸如仪器校准模块（ICM）等新技术的开发。使用 ICM 来校准科学仪器是一种常见做法。在 GTC 中，该系统由一系列具有特定波长的灯组以及一个抛物面反射镜定位装置构成，该抛物面反射镜可将光线反射到望远镜的主镜面上。基于 PC 的控制技术用于控制 ICM 的光谱灯和白炽灯，并调节这些灯的亮度。此外，还部署了一个 CANopen 接口（主站），用于与现有的 CANopen 基础设施协同运行。

　　随后，又于 2018 年推出了另一款校准模块：ICM-FC。在此项目中，TwinSAFE 用于防止反射镜移动，并在有人靠近时控制照明强度。此外，该 ICM 还负责控制空心阴极灯的电源。倍福技术在其它项目中亦得到应用，如氦气罐压缩机及其制冷剂的监测和控制。

　　关于德国倍福

　　倍福（Beckhoff）是一家专注于自动化新技术的德资企业，创立于 1980 年，总部位于德国威尔市。作为全球自动化技术的驱动者，倍福定义了自动化领域的许多标准，是国际标准的制定者和推动者。公司所生产的工业 PC、现场总线模块、驱动产品和 TwinCAT 自动化软件构成了一套完整的、相互兼容的控制系统，可为各个工控领域提供开放式自动化系统和完整的解决方案。经过 40 年的发展和努力，倍福已在世界各地设立 30 多家分支机构，加上全球的合作伙伴，业务遍及 70 多个国家和地区。

　　倍福于 1997 年进入中国市场，中国区总部落户于上海市北高新产业园区，现有员工 300 人，办事处遍及国内 30 座大中城市。创新产品和解决方案广泛应用于风力发电、半导体、光伏太阳能、电子制造、金属加工、包装机械、印刷机械、塑料加工、轮胎加工、木材加工、玻璃机械、物流输送以及楼宇自动化等众多领域。

　　公司倾力推广的 EtherCAT 实时工业以太网于 2014 年成为中国国家推荐性标准，并已入编工信部的《国家智能制造标准体系建设指南》。作为一家技术驱动型公司，倍福一直注重在技术上寻求突破创新，在业内享有“创新引擎”的美誉。倍福基于 PC 的控制技术具有良好的开放性，它支持所有主流的工业通信协议，将 IT 技术、互联网和自动化技术完美融合在一起，为实现工业 4.0 和智能制造奠定了坚实的技术基础。

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