ASCOM Dome 驱动设计（PLC + 编码器 + 霍尔零位）

1. 系统组成

圆顶控制器：PLC，负责电机启停、方向、按时间运行、编码器计数
编码器：计数圆顶转动步数
霍尔传感器：0° 零位校准
PC 端：ASCOM Dome 驱动，负责角度换算、定位决策、修正

2. PC 端保存的参数

参数	说明
Rev_Time	圆顶转一圈的时间 (s)
Total	圆顶转一圈的编码器步数
Speed	圆顶速度 = 360 / Rev_Time (°/s)
Steps_Per_Deg	Total / 360
C0	启停补偿角度 (°)，实测拟合得到
DeadBand	死区，建议 1°
MinRunTime	电机最短可响应运行时间 (s)
Home_Offset	霍尔零位对应的步数（SyncToAzimuth 修改）

角度换算（在 PC 端完成，PLC 不需要知道 Total）：

Az = (Cur_Step MOD Total) * 360 / Total

3. 方案 1：按时间转动 + 一次编码器修正

PLC 只按时间转电机，所有判断放在 PC 端。PLC 不比较步数，因此不存在 360° 附近"找不到目标步数"的问题。

两种方案共用同一套硬件（PLC + 编码器 + 霍尔硬件清零）：方案 1 见第 3~7 节；方案 2（双 HSC 增量步数停机，精度更高）见第 8 节。

流程

PC 读取当前角度 Cur，计算 offset = 目标 − 当前，并选方向（offset > 180° 时换向，offset = 360 − offset）
发送命令：方向 + 运行时间 t = (offset − C0) / Speed
PLC 按时间转动后停机，PC 等待 Slewing = False（超时 t × 1.2 + 10 s 则 Abort 并报警）
PC 再读一次角度，计算残差 err；若 |err| > DeadBand，按同样方法再转一次
修正后仍超出死区，则报警，不再继续转

注意事项

计时放在 PLC：PC 只发"方向 + 毫秒数"，由 PLC 定时器停机。Windows + 串口/网络抖动可达几十~上百 ms。
启停补偿：实测两组（如转 2 s 和 10 s）读出实际转角，线性拟合 角度 = Speed × t + C0，反算 t = (offset − C0) / Speed，对小角度修正尤其重要。
最小转动：残差 < 死区，或算出时间 < MinRunTime，不动作，避免频繁点动。
霍尔清零保留：霍尔上升沿时 Cur_Step := Home_Offset，避免编码器漂移逐圈累积。建议固定使用同一边沿。

4. PLC 端逻辑（ST）

// 霍尔上升沿清零
IF R_TRIG_Home.Q THEN Cur_Step := Home_Offset; END_IF;

// 收到命令：Dir, Run_ms
IF Cmd_Start THEN
    Motor_Dir := Dir;  Motor := TRUE;  T_Run(IN := TRUE, PT := Run_ms);
END_IF;

IF T_Run.Q OR Cmd_Abort THEN
    Motor := FALSE;  T_Run(IN := FALSE);
END_IF;

Slewing := Motor;

5. PC 端 SlewToAzimuth 核心逻辑（C#）

void SlewToAzimuth(double target)
{
    for (int i = 0; i < 2; i++)                // 粗定位 + 一次修正（最多两次）
    {
        double err = target - ReadAzimuth();   // 读 PLC 步数换算成角度
        err = ((err % 360) + 540) % 360 - 180; // 归一化到 [-180, 180)，自动选最短方向
        if (Math.Abs(err) < DeadBand) return;

        int dir = err > 0 ? 1 : -1;
        double t = (Math.Abs(err) - C0) / Speed;   // 扣除启停补偿
        if (t < MinRunTime) return;

        plc.Move(dir, (int)(t * 1000));
        WaitUntilStopped(timeout: t * 1.2 + 10);   // 超时则 AbortSlew 并报警
    }
}

ASCOM 要求 SlewToAzimuth 异步返回，上述循环需放在后台线程执行，Slewing 属性在整个过程（含修正）中保持 True。

6. 精度估算

以圆顶转速 3°/s 为例：

第一次转 90°，速度波动 ±5% → 误差约 ±4.5°
修正转 4.5°，±5% 波动 → 约 0.2°，加计时抖动约 0.15°
最终误差在 ±0.5° 以内，天窗宽度足够覆盖

7. ASCOM 接口实现要点

接口	实现
Azimuth	读 PLC 步数，按第 2 节公式换算
SlewToAzimuth	第 5 节逻辑，后台线程
Slewing	PLC Slewing 位或修正流程未结束
AbortSlew	发送 Cmd_Abort，终止后台线程
FindHome	单向转动直到霍尔触发
AtHome	霍尔信号状态
SyncToAzimuth	重新计算 Home_Offset
Park	SlewToAzimuth(Park 角度)
SetupDialog	Rev_Time、Total、C0、DeadBand、MinRunTime

8. 方案 2：双 HSC 增量步数停机

8.1 原理

HSC0：A/B 正交 4 倍频，模式 10，霍尔接硬件复位，只用于读取方位角（同方案 1）。
HSC1：A/B 正交 4 倍频，模式 9，不接复位，专做"剩余步数"计数。启动时 CV 清零、PV 设为 PC 下发的带符号步数，到达 CV=PV 时硬件中断停机。

HSC1 不受霍尔清零影响，PC 无需判断是否过零点；PLC 不做任何计算。整个转动只进一次中断，与脉冲频率无关。正交计数下，停机时的来回抖动正反抵消。

8.2 接线（S7-200 CPU 224/226）

信号	HSC0（模式 10，读角度）	HSC1（模式 9，剩余步数）
编码器 A	I0.0	I0.6（并联）
编码器 B	I0.1	I0.7（并联）
霍尔复位	I0.2	不接

其他信号	地址
电机运行 / 方向	Q0.0 / Q0.1
带符号步数 PV = dir × (N − Lead)（PC 写）	VD100
方向（PC 写，1=正转）	V104.0
冗余时间（PC 写，单位 0.1 s）	VW110
启动 / 中止（PC 写）	M0.0 / M0.2
到位 / 超时标志（PC 读）	M1.0 / M1.1
当前角度计数 / 剩余步数进度（PC 读）	HC0 / HC1

每个输入点只能分配给一个 HSC，"共用编码器"指 A、B 线在端子上并联接两组输入。并联注意：

推挽 / HTL 24V 输出驱动两路 PLC 输入一般没问题（每路约 4 mA）
集电极开路输出需确认上拉及源型/漏型公共端匹配
5V 差分（RS422）输出不能直接接 24V 输入，需加转换模块
S7-200 正交模式最高约 20 kHz，圆顶转速通常远低于此

8.3 PLC 程序（STL）

Network 1   // 首次扫描：HSC0 读角度（模式10，霍尔复位），HSC1 剩余步数（模式9）
LD     SM0.1
MOVB   16#F8, SMB37     // HSC0: 允许, 更新CV/PV/方向, 4倍频
MOVD   0, SMD38
MOVD   16#7FFFFFFF, SMD42
HDEF   0, 10
HSC    0
HDEF   1, 9             // HSC1 模式9：A/B 正交，无复位
ENI

Network 2   // 启动沿
LD     M0.0
EU
=      M0.1

Network 3   // CV 清零，PV = PC 下发的带符号步数，启动
LD     M0.1
MOVB   16#E0, SMB47     // HSC1: 允许, 更新CV/PV, 4倍频
MOVD   0, SMD48         // CV = 0
MOVD   VD100, SMD52     // PV = dir × (N − Lead)
HSC    1
ATCH   INT_0, 13        // 事件13: HSC1 CV=PV
R      M1.0, 2          // 清到位 / 超时标志
S      Q0.0, 1
R      M0.0, 1

Network 4   // 方向
LD     V104.0
=      Q0.1

Network 5   // 冗余时间保护
LD     Q0.0
TON    T37, VW110

Network 6   // 超时或 PC 中止：停机
LD     T37
O      M0.2
R      Q0.0, 1
DTCH   13
R      M0.2, 1

Network 7   // 超时标志
LD     T37
S      M1.1, 1

INT_0   // 到位
LD     SM0.0
R      Q0.0, 1
DTCH   13
S      M1.0, 1

8.4 PC 端 SlewToAzimuth 核心逻辑（C#）

void SlewToAzimuth(double target)
{
    for (int i = 0; i < 2; i++)                    // 增量定位 + 可选一次修正
    {
        double err = ((target - ReadAzimuth()) % 360 + 540) % 360 - 180;  // 最短路径
        if (Math.Abs(err) < DeadBand) return;

        int dir = err > 0 ? 1 : -1;
        long n = (long)Math.Round(Math.Abs(err) * Total / 360.0);       // 4 倍频单位，与 HSC0 一致
        if (n <= Lead) return;                     // 小于滑行量，不动作

        double time = Math.Abs(err) / Speed * 1.2 + 10;                  // 冗余时间
        plc.Move(dir, dir * (n - Lead), time);     // 写 V104.0 / VD100 / VW110(×10)，置 M0.0
        WaitUntilStopped(time + 5);                // M1.0 到位；M1.1 超时则报警
    }
}

ReadAzimuth() 与方案 1 相同：Az = (HC0 MOD Total) × 360 / Total + Home_Az（HC0 可能为负，取模用 ((a % m) + m) % m）。

8.5 精度与注意事项

精度：停机由编码器硬件比较触发，误差只剩 Total 换算误差（不累积）和 Lead 离散性，一般 0.1°~0.3°，通常无需修正。
方向符号：PV 的正负须与实际计数方向一致，实测一次正转时 HC1 是增大还是减小，必要时 dir 取反。
Lead 标定：多次实测停机后的滑行步数取平均。
单位统一：Total、N、Lead 均为 4 倍频计数。
超时保护保留：编码器打滑或断线时 HC1 不变化，靠冗余时间停机。
开机先 FindHome：霍尔清零前 HC0 与实际方位无对应关系。
ASCOM 接口：同第 7 节；AbortSlew 置 M0.2；SetupDialog 增加 Lead。

8.6 型号差异

S7-200 CPU 221/222：无 HSC1，改用 HSC4 正交（I0.3/I0.4），中断事件改为 HSC4 的 CV=PV。
S7-200 SMART：HSC1 仅单相，正交改用 HSC2（I0.2/I0.3）；HSC0 模式 10 复位输入为 I0.4，霍尔接线相应调整。

以上 STL 按 S7-200 系统手册 HSC 用法编写，未经实机验证。输入点分配、SMB37/SMB47 各位含义、中断事件号请对照所用 CPU 手册确认。

9. ASCOM 软件架构（采用方案 1）

结论：通讯采用单独线程，且只有这一个线程接触串口/TCP；多程序共享采用 ASCOM LocalServer（exe），所有客户端连到同一进程，由它独占 PLC 连接。

9.1 Modbus 通讯层

为什么要独立线程

串口只能被一个对象打开，Modbus RTU 严格一问一答，并发请求会导致帧错乱。
NINA、SGP 等客户端会高频轮询 Azimuth、Slewing，每次现场读 PLC 响应慢（每个往返几十 ms），多客户端还会并发冲突。

结构：轮询线程 + 状态缓存 + 命令队列

通讯线程：唯一持有 Modbus 连接，每 200–500 ms 读一次状态寄存器（HC0、电机运行位、霍尔状态、到位/超时标志），写入线程安全的状态缓存并记录时间戳。
属性读取：Azimuth、Slewing、AtHome 等 getter 直接返回缓存值，立即返回。
写命令：方向 + 时间 + 启动、中止等进入命令队列，由通讯线程在两次轮询之间插队执行；中止命令优先级最高。
定位流程：放在另一个后台任务中（读角度 → 下发转动 → 等待停止 → 读角度 → 修正一次），读靠缓存、写靠队列，通讯线程不会被长时间等待阻塞。

异常处理

超时重试 2–3 次；连续失败标记"通讯中断"，ASCOM 端抛 DriverException，后台自动重连。
PLC 侧自保护：转动时间由 PLC 定时器控制，PC 掉线电机也会停。建议增加心跳：PC 定时写计数寄存器，PLC 发现数秒未变化则强制停机。

S7-200 选型

S7-200：Micro/WIN Modbus Slave 库，Port0，RTU（RS485）。V 区映射到 40001 起的保持寄存器；32 位 HC0 拆成两个 16 位寄存器，字序需实测确认。
防止高低字撕裂：PLC 每个扫描周期把 HC0 复制到 VD 区，PC 一次读出连续两个寄存器。
S7-200 SMART 原生支持 Modbus TCP，网口更稳定、便于远程。

9.2 多程序共享

InProc DLL 会被每个客户端加载进各自进程，各自打开同一串口，第二个程序必然失败。

方式	说明	评价
InProc DLL	每个客户端各自加载	不能共享，排除
LocalServer（exe）	ASCOM 官方模板，COM 进程外服务，所有客户端共用一个 exe，exe 独占串口	推荐，兼容所有 Windows ASCOM 客户端
Alpaca（HTTP REST）	驱动内置 HTTP 服务，客户端走网络访问	适合跨机器/跨平台，可作为第二阶段

LocalServer 设计要点

连接引用计数：A 程序 Connected = false 不能关闭 B 程序仍在用的串口；计数归零才真正断开 Modbus。
单一状态源：所有客户端读取同一缓存，数据一致。
命令冲突策略：后到命令生效。新的 SlewToAzimuth 先取消正在进行的定位任务（含修正），再执行新目标；AbortSlew 来自任何客户端都立即生效。
进程生命周期：最后一个客户端释放后 exe 自动退出（模板自带）；可提供状态窗口显示角度、通讯状态、日志。

Slaving（圆顶跟随望远镜）：不在驱动内实现，交给 NINA / SGP / ACP 或 ASCOM Dome Control 周期性调用 SlewToAzimuth。驱动只需保证新命令可打断旧命令，并设死区。

9.3 ASCOM 接口相关

接口版本：IDomeV2，或 Platform 7 的 IDomeV3（Connect() / Connecting 异步，适配后台通讯线程）。
异步语义：SlewToAzimuth、FindHome 立即返回，Slewing 在整个流程（含修正）中保持 True。
配置保存：Total、Rev_Time、C0、DeadBand、串口参数存 ASCOM Profile，在 SetupDialog 中修改。
日志：ASCOM TraceLogger 记录 Modbus 收发、定位残差、修正次数，便于标定 C0。

9.4 分层

Modbus 通讯层：独立线程，连接、轮询、命令队列、重连
设备模型层：状态缓存、角度换算、定位流程（后台任务）
ASCOM 接口层：参数校验和转发，不含通讯逻辑
LocalServer 外壳：COM 注册、多客户端共享、连接引用计数
（可选）Alpaca 层：复用第 2 层，对外提供 HTTP 接口

第 1、2 层可先做成独立测试程序，对着 PLC 调通并标定 C0，再套 ASCOM 外壳。