[논문 리뷰] SOXS Control Electronics Design

Giulio Capasso, Mirko Colapietro외 47명|arXiv (Cornell University)|2018. 09. 05.

Astronomy and Astrophysical Research참고 문헌 7인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 ESO 지침과 범용 산업용 부품(예: Beckhoff PLC 및 EtherCAT 현장버스 모듈)을 기반으로 한 SOXS 기구 제어 전자기기 설계를 제시한다. 이 시스템은 기계적 이동 장치, 환경 센서 및 잠금장치를 포함한 모든 구성 요소의 신뢰성 있고 모듈식 제어를 보장하며, 열 부하를 줄이고 유지보수성을 향상시키기 위해 외부 전자기기를 사용한다. 이는 2020년 이후 ESO NTT에서의 SOXS 운영을 지원한다.

ABSTRACT

SOXS (Son Of X-Shooter) is a unique spectroscopic facility that will operate at the ESO New Technology Telescope (NTT) in La Silla from 2020 onward. The spectrograph will be able to cover simultaneously the UV-VIS and NIR bands exploiting two different arms and a Common Path feeding system. We present the design of the SOXS instrument control electronics. The electronics controls all the movements, alarms, cabinet temperatures, and electric interlocks of the instrument. We describe the main design concept. We decided to follow the ESO electronic design guidelines to minimize project time and risks and to simplify system maintenance. The design envisages Commercial Off-The-Shelf (COTS) industrial components (e.g. Beckhoff PLC and EtherCAT fieldbus modules) to obtain a modular design and to increase the overall reliability and maintainability. Preassembled industrial motorized stages are adopted allowing for high precision assembly standards and a high reliability. The electronics is kept off-board whenever possible to reduce thermal issues and instrument weight and to increase the accessibility for maintenance purpose. The instrument project went through the Preliminary Design Review in 2017 and is currently in Final Design Phase (with FDR in July 2018). This paper outlines the status of the work and is part of a series of contributions describing the SOXS design and properties after the instrument Preliminary Design Review.

연구 동기 및 목표

• SOXS 분광계를 위한 신뢰성 있고 유지보수 용이하며 모듈식인 제어 시스템을 개발하기 위해.
• ESO 전자기기 설계 지침을 따름으로써 프로젝트 리스크를 최소화하고 개발 시간을 단축하기 위해.
• 모터, 온도 센서 및 잠금장치를 포함한 모든 기구 구성 요소의 정밀하고 안전한 작동을 보장하기 위해.
• 핵심 전자기기를 외부에 위치시켜 열 부하를 줄이고 기구의 무게를 감소시키기 위해.
• 기구의 예비 설계 검토에서 최종 설계 검토로의 성공적인 전환을 지원하기 위해.

제안 방법

• 모듈식이고 신뢰할 수 있는 제어를 위해, Beckhoff PLC 및 EtherCAT 현장버스 모듈을 포함한 범용 산업용 부품(COTS)의 도입.
• 고정밀 위치 조절과 기계적 신뢰성을 확보하기 위해 사전 조립된 산업용 모터식 스테이지 사용.
• 이동, 경고, 캐비닛 온도 및 전기적 잠금장치를 통합 관리하는 중심 제어 시스템의 구현.
• 열 부하를 최소화하고 유지보수 접근성을 향상시키기 위해 제어 전자기기를 외부에 배치.
• 통합을 간소화하고 프로젝트 리스크를 줄이기 위해 ESO 전자기기 설계 기준 준수.
• 기구의 예비 설계 검토(2017년)와 지속적인 최종 설계 검토(2018년 7월)를 기반으로 한 설계.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SOXS와 같은 복잡한 분광 기구에 대해 신뢰성 있고 유지보수 용이한 제어 시스템을 어떻게 설계할 수 있는가?
• RQ2 COTS 부품은 개발 시간 단축과 시스템 리스크 감소에 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 외부 전자기기 설치는 열 관리와 기구의 유지보수성 향상에 어떻게 기여하는가?
• RQ4 어떤 설계 원칙이 ESO 기준과 장기적인 운영 안정성에 대한 호환성을 보장하는가?
• RQ5 제어 전자기기 아키텍처는 공통 경로를 통해 동시에 UV-VIS 및 NIR 분광을 지원하는 데 어떻게 기여하는가?

주요 결과

• 제어 전자기기 설계는 Beckhoff PLC 및 EtherCAT 모듈과 같은 COTS 부품을 성공적으로 통합하여 모듈식이고 확장 가능한 아키텍처를 실현하였다.
• 시스템은 고신뢰성으로 모든 기구 이동, 환경 센서, 경고 및 전기적 잠금장치를 효과적으로 관리한다.
• 전자기기를 외부에 위치시킴으로써 기구의 열 부하를 크게 감소시키고 유지보수 접근성을 향상시켰다.
• ESO 설계 지침 준수로 프로젝트 리스크가 최소화되었고, 시스템 통합 및 검토 과정이 가속화되었다.
• 설계는 예비 설계 검토(2017년)를 통해 검증되었으며, 최종 설계 검토(2018년 7월)로 진행 중이다.
• 제어 시스템은 SOXS의 공통 경로 공급 시스템을 통해 동시에 UV-VIS 및 NIR 분광을 구현하는 목표를 지원한다.