Fernsteuerbare und hochgradig automatisierte Kontrollsysteme für die Aufgaben

Technische Universität München

Alexander Neidhardt Forschungseinrichtung Satellitengeodäsie1

Fernsteuerbare und hochgradig automatisierte Kontrollsysteme für die Aufgaben

zukünftiger GGOS-Stationen

Alexander Neidhardt (FESG)[email protected]

Martin Ettl (FESG), Matthias Mühlbauer (BKG), Martin Riederer (HS Deggendorf), Christian Plötz (BKG),Pierre Lauber (FESG), Andreas Leidig (FESG), Helge Rottmann (MPIfR), Hayo Hase (BKG),

Walter Alef (MPIfR), Sergio Sobarzo (Udec), Cristian Herrera (Udec), Ed Himwich (NASA/GSFC/NVI), Reiner Dassing (BKG), Gerhard Kronschnabl (BKG), Erhard Bauernfeind (FESG),

Ewald Bielmeier (FESG), Raimund Schatz (FESG), Reinhard Zeitlhöfler (FESG), Walter Schwarz (BKG)



Global Geodetic Observing System (GGOS)

See: http://maps.google.com/, Download 2010/0217

- Interdisziplinarität (S. 23, 262, ...) => Klare Strukturen, Eingreifmöglichkeiten, Adaptionen

- Mehrere Techniken sind für ein GGOS-Produkt nötig (S. 25) => Vermischung, Optimierung, Vereinheitlichung

- Spezifikation: globales Netzwerk von Referenzstationen und Substationen mit guter, globaler Verteilung (S. 224) => remote, technische Beobachtungsstrategien

- „Monitor station health“ und schnelle Problembehebung (S.263) => Monitoring, Kontrollstellen, Fernzugriff, Fernassistenz

- von wissenschaftlichem Betrieb hin zu operationellem (S. 283) => Qualitativ hochwertige Steuerungen, Automatisierung, Verlässlichkeit

- temporäre Nutzeranforderungen (S. 285) => Flexibilität, flexible Beeinflussung durch Endnutzer

- Standards (S. 284, ...) => Standardisierung auch von der Messtechnik an...



Eigentlich schon eine typische GGOS-Station ...

See: http://maps.google.com/, Download 2010/0217

Radio TelescopeWettzell

Ringlaser(Large gyroscope)

Gravimetry

LaserRangingTelescope

Area of the newTwin Radio Telescope Wettzell

GPS

Meteo

Time&Frequency

New gravimetryhouse



Ideen zu neuen Betriebsstrategien



TIGO Concepción/Chile

GARS O’Higgins/Antarctica

RT Wettzell/Germany

TT Wettzell/Germany

Verteilung je

Station

Komm

unikat

ionsn

etze

Telearbeit

Weltweit verteilte Messsysteme un Kommunikationsmöglichkeiten



Neue Betriebsstrategien

Verteilte Beob.(shared)

Ferngesteuerte Beob.(remote)

Unbeaufsichtigte Beob.(unattended)

- Sicherer, passiver Datenzugriff (live monitoring)- Kontrollzugriff durch externe Verantwortliche- Verteilter Zugriff zwischen Observatorien- Beobachtung von verteilten Nachtschichten

- Prüfen von Systemzuständen überall vom Observatorium- Telearbeit für begleitende Wochenendbeobachtungen- Fernassistenz-/diagnose- Steuerung von entfernten, unzugänglichen Teleskopen

- Beobachtungen laufen autonom und automatisch (bzw. semi-automatisch)







eControl*

* je System mit gewissen Abwandlungenund nur mit verlässlicher Hardware und geschultem Service-Personal vor Ort










eControl*

* je System mit gewissen Abwandlungenund nur mit verlässlicher Hardware und geschultem Service-Personal vor Ort




SysMon



Wettzeller Basis für die neuen Beobachtungsstrategien:Verteilte Systeme



Verteilte Systeme

TeleskopKuppel

Eventtimer

Empfänger

Kameras

Datenbank Kontrollsystem

Überwachung

Laser

Operator

Daten-zentren

Auf der Basis autonomer Produktions-/Prozesszellen



Verteilte Systeme

Auf der Basis autonomer Produktions-/Prozesszellen

Zum Vergleich: VLBI(40m Antenne Yebes)

Vicente, P. de; Bolaño, R.; Barbas, L.: The 40m OAN radiotelescope control system. Results. 8th RadioNet Engineering Workshop. Yebes/Spain 2008

Zu beachten:Generelle Strukturierung

=> Verteilte Systeme



Verteilte Systeme

Watchdog- (Father-)Process

AutomaticSafetyDevice

RequestRequest

Activation

Must be written by user

Own code

Own code

Memory

SNAP Inject

Simple LogAccess or

e-shell output

Fieldsystem

Device …

Device …

Device …

FS SharedMemory

e-shell*

Was sind autonome Produktions-/Prozesszellen?(Selbstverwaltung)



Verteilte Systeme

Autonome Produktions-/Prozesszellen agieren hierarchisch miteinander

Teleskop

tcu

laserctrl

eventtimer

tru

sensicamsysmon

slrdbsap

Überwachung Kameras

Kuppel

PCILWL

Serial

Laser

Empfänger

Serial

Eventtimer

Eth.

Serial

domectrl

Datenbank

sched

Operator

Remote-GUI

Dat

enze

ntr

en



Generative Kommunikation

Autonome Produktions-/Prozesszellen agieren hierarchisch miteinander



Wettzeller Basis für die neuen Beobachtungsstrategien:Generative Kommunikation



Strikte Trennung der Aufgabenblöcke

Gerätsteuerungscode

Kommunikationscode

Präsentations- undNutzercode

Generative Programmierung


Generative Programmierung der Kommunikation



fsmc.idl

idl2rpc.pl fsmc.idl

FS GUI(wxWidgets) Automatically

generated communication

code

FS-connectioncode

g++ g++

fsmcClient

fsmcServer

Schritt 1: Definition der Schnittstelle in einer IDL-Datei

Schritt 2: Aufruf des Generators idl2rpc.pl

Schritt 3: Füllen des Codeskeletts für den Gerätecode

Schritt 4: Schreiben des Präsentations-codes

Schritt 5: Übersetzen

Inte

rnet

Command line shellWeb Interface

Graphical User Interface (GUI)


Generative Programmierung der Kommunikation mit

idl2rpc.pl



fsmc.idl

idl2rpc.pl fsmc.idl

FS GUI(wxWidgets) Automatically

generated communication

code

FS-connectioncode

g++ g++

fsmcClient

fsmcServer

Schritt 1: Definition der Schnittstelle in einer IDL-Datei

Schritt 2: Aufruf des Generators idl2rpc.pl

Schritt 3: Füllen des Codeskeletts für den Gerätecode

Schritt 4: Schreiben des Präsentations-codes

Schritt 5: Übersetzen

Inte

rnet

Command line shellWeb Interface

Graphical User Interface (GUI)


Generative Programmierung der Kommunikation mit

idl2rpc.pl

autom. SSH



Wettzeller Basis für die neuen Beobachtungsstrategien:System Monitoring



System Monitoring von Zusatzparametern

Lokale Sicherheit (Arbeitsschutz) und Stabilität durch Monitoring

Schnelle Not-Aus-Aktoren

• Aufbau auf gängigen Rechnerarchitekturen mit robusten Bauweisen• Aufbau als modulares, mehrstufiges System• Offenheit bzgl. verschiedener Datenzugangsgeräte und Sensoren• Aufbau als rein passives System zum Monitoren ohne Aktoren• Aufbau auf Linux-Betriebsystemen (evtl. Minimal-Linuxsystem)• Nutzen von Open Source Umsetzungen• Programmierung mit C/C++• Interne Umsetzung auf der Basis von idl2rpc• Herstellerunabhängiges Design



System Monitoring von Zusatzparametern

Lokale Sicherheit (Arbeitsschutz) und Stabilität durch Monitoring

Wissenschaft & AnalyseDaten

System Operations-Daten

Diagnose

Meteo, WVR, Clock Offsets, …

Stromversorgung, Windlasten, Not-Aus, Rack-Temp., …

Servo Spannungen, Schleppfehler, … mit hohen Abtastraten



Wettzeller Basis für die neuen Beobachtungsstrategien:Graphische Nutzerinteraktion



- Separation zwischen Darstellung und Logik/Prozessierung

- Austauschbarkeit der Darstellungsschicht (Kommando-Shell (ncurses), Graphical User Interface (wxWidgets), Web-basiert via Browser, Web Service, …)

- Fernsteuerbar durch Client-Server-Architektur mit idl2rpc-Middleware

- Modularität in Fenster- bereiche mit zusätzlicher Möglichkeit der Nutzung von Administratorzu- gängen für jedes Endgerät

- Basis für graphische Schnittstelle: wxWidgets (C++ basiertes Open- Source-Framework für die Entwicklung von Graphical User Interfaces auf verschiednenen Plattformen wie z.B. Linux, Windows, OS/X )

Webcam

Graphische Nutzerinteraktion



Satellite overview

with sky plot

Database interface

StatusOverview

Pico-Eventtimer

Auto-Tracker

Dome-controlACU

Meteo

ModeBar




RTW O‘HigginsOverview

Overview

TTW1 TTW2 TIGO

RTW

TTW1

TTW2

TIGO

O‘Hig

Site Cam State Schedule Time Last error Source Next

Schnellansicht bei verteilten Beobachtungen (in Bearbeitung)




Und alles zusammen ergibt sich die Basis füreControl



eControl – Live Demo

FS Monitor Client GUI

Network

FS Monitor Client Communication

FS Monitor Server CommunicationFS Monitor Server Functionality

FS MonitorD

evice …

Device …

Device …

Server Funktionalität

Kommunikation

Graphical User Interface (GUI)Client

FS

e-co

ntr

ol



Und was die Zukunft bringt ...

Concepciòn

O’Higgins

Wettzell

Tasmania

??

?

?

?

?

Japan



Und die Zukunft bringt ...

1) Teilnahme am NEXPRES-Projekt (EVN) zur Entwicklung eines Authentifizierungs- und Autorisierungsmechanismus für e-control zusammen mit dem MPIfR Bonn (eine Mitarbeiter für 3 Jahre)

2) Abschluss der Entwicklungsarbeiten des Kontrollsystems für SLR

3) Produktionsreife des Monitoring Systems

4) Ausbau der unterstützen Hardware

5) Weiterentwicklung der Technologie und erste verteilte Beobachtungen

6) Weitere Anfragen verschiedener Stationen (z.B. SKA): Open source Projektserver

=> Technische Realisierung von GGOS stationen



Danke für die Aufmerksamkeit!

RTW TTW1 TTW2 OHIGGINS

TIGO SOSW WLRS Datenzentren

Similar to: Hase, Hayo; et. al.: Twin Telescope Wettzell (TTW) – a VLBI2010 Radio Telescope Project. IVS General Meeting 2008

Ein glücklicher Beobachter in seinem kleinen, privaten Kontrollraum!

Documents

Fernsteuerbare und hochgradig automatisierte Kontrollsysteme für die Aufgaben