【国家标准(GB)】 机械电气设备 开放式数控系统 第2部分：体系结构

ICS 29.020
中华人民共和国国家标准
GB/T18759.2—2006
机械电气设备
开放式数控系统
第2部分：体系结构
Electrical equipment of machines-Open numcrical control system-Part 2:System architecture
2006-10-16发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标化管理委员会
2007-04-01实施
GB/T18759.2—2006
规范性引用文件
术语和定义
基本体系结构
功能组件及其模块
附录A (资料性附录)
）ONC系统卡台参考布局·
基本功能这及其中的基本功能组件图 2ONC系统的基本体系结构
运动控制逻辑状态图
ONC系统平台布局
ONC系统的内部和外部接口·
MP功能组件及其模块
表 2MC组件功能及其模快
表3AC功能组件及其模块
表4LC功能纽件及其模块
表5[ODrv功能组件及其模块·
表6HMI功能组件及其模块
ConFig 功能组件及其模块·
KAONTKAca=
机械电气设备开放式数控系统》拟包括以下几部分：开放式数控系统第1部分：总购；机械电气设备
第2部分：体系结构；
并放式数控系统
机械电气设备
开放式数控系统
第3部分：接口设计（哲定名称；机械电气设备
开放式数控系统
第4部分；通讯（暂定名称）；
机械电气设备
机械电气设备
开放式数控系统第5部分：硬件平台暂哲定名称)；一机械电气设备
开放式数控系统第6部分：软件平台暂定名称)机械电气设备
开放式数控系统第了部分：试验与验(暂定名称)：..
本部分为GB/T18759的第2部分。本部分的附录 A 为资料性附录。本部分山中国机械工业联合会提出。GB/T 18759.2—2006
本部分由全国工业机械电气系统标准化技术委员会（SAC/TC231)利全国金属切削机床标准化技术委员会(SAC/TC 22)归口。
本部分负资起节单位：北京机床研究所和北京工业大学机电学院。本部分参加单位：武汉华中数控股份有限公司、北京首科凯奇电气技术有限公司、中国科学院沈阳计算技术研究所有限公司、西南自动化研究所、北京和利时电机技术有限公司.固商科技（深圳)有限公司、广州数控设备有限公司。
本部分主要起草人：黄祖广、陈卫福、李佳特、郑小年、陈虎、于东.诸洪、王键.龚小云、杨堂勇。I
机械电气设备开放式数控系统
第2部分：体系结构
GB/T 18759.2—2006
GB/T18759的本部分规定了开放式数控系统的基本体系结构，定义了体系结构中务个功能组件及其主要功能模块。
本部分只规定开放式数控系统的控制器规范，不对驱动器的奖型、性能和由最终用户开发的软件作限制。
本部分不对操作系统和通信系统作具体规定，凡是采用符合事实标准.国际流行.技术成熟的操相系统和通信系统(包括PC的通信系统）都被视为符合本部分。本部分对于控制器的外部接口只规定采用国际标准或事实标准，不作具体限制。本部分只定义最基础的模块及其功能,在实际使用中可扩充。GB/T18759的本部分适用于机械电气设备用的开放式数控系统。2规范性引用文件
下列文件中的条款通过GB/T18759的本部分的引用而成为木部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。
GB8870一1988机床数字控制点位、直线运动和轮廓控制系统的数据式(idtJS0 6983/1;1982)
1EC61131-3,2003工业控制编程语言RS274编程标准数据格式
3术语和定义
本部分采用下列术语和定义：
功能区fnnclional area
用来解释数值控制系统的传统观念和开故式数控(ONC)系统概念之间的关系。一个ONC挖制器的功能可以划分成若干功能区。基本功能区有下列三个：—HMC人机交互控制功能区；
-PLC可编程逻辑功能区；
NC数值控制功能区。
功能模块function module
悬功能组件中的基础单元，用来实现功能组件中各功能的模块，它是一个独立的功能块，具有标准的数据接口，
一个功能组件可以选配和连接不同的功能模块实现不同的功能水推。模块可以通过系统配置直接嵌人ONC平台，并被通信系统访问间。用户在对模块进行开发时，对外接口应符合所属模块的数据接口1
KAONTKAca=
GB/T 18759.2—2006
定义，以便实现“即插即用”,其内部实现被封装，并允许如许可证3.3
功能组件functional componentONC控制器的独立组成部分,实现·-类独立的功能。功能组件划分一般如搁1所示：
Config
人机接口：
蒸统配置：
逆辆控制：
输人辖出控制：
输人输出驱动，
运动推备，
运动控制：
AC-.-轴控制
功能区，
功能组件。
Configy
图1基本功能区及其中的基本功能组件4基本体系结构
从体系结构的观点来看，一个ONC系统分成了两个主要部分：应用软件和系统平台。如图2所示：
皮用较件
ONC-API
累统软作
图2ONC系统的基本体系结构
GB/T 18759.2—2006
应用软件包括了控制系统的特定的功能，这些功能是由·些功能模块通过标准接口连接起来实现的，务功能模块均能运行在服从开放式体系结构要求的不同系统平台上。系统平台由系统硬件、系统软件和应用编程接口AP[)组成。系统硬件包括支持第三方的电了组性（如处理器板、L/O模块等）.而系统软件则包括操作系统.通信系统和其他的设备驱动器等软件。系统半台必须支持ONC系统的结构特性：互换性、伸缩性、互操作性和可移植性。系统平台应通过API提供服务，保证功能模块在不同环境下的可移植性。功能模块的接口要通过标准的通信系统和AP来支持，通信系统要支持功能模软的操作性和远程通信。性能的可扩展性可通过提高或降低平台的性能来实现。功能的可扩展性可通过增加、去除或更换功能模块来实现。系统的拓扑结构可在系统启动阶段根据配置系统对给定的解释进行动态建立。5功能组件及其模块
5.1MP功能组件
该组件的任务是读入用VC语言编写的加工程序，通过对它的解释获得加工轨迹。根据数控设备的要求对加工轨迹进行各种预处理获得实际加工轨迹。该组件应具有的基本功能及相应模快见表1。囊 1MP 功能组件及其模块
读人加工文件
加工程序解释(合词法检查,语法检查、语义解释)刀补偿及轨迹修正
列衰点拟台
刀具干涉检变
通信服务
5. 2MC 功能组件
模块名
MT_ReadNCFile
MH_NCDerode
MP_ ToolComp
MP_PointToCurve
MP_ Toollntf
MH_CommSry
该组件的任务是产生对机器运动轴的命令值，即把轨迹插补计算出的离散点位置、连续运动命令及其参数、同步运动命令及其参数、手动命令及其参效转换成何服驱动器的位置、速度、加速度等命令值，借助于轴组配置，可在…台控制器上同时实现各种类型的运动。5.2.1功能及其模块
该组件应具有的基本功能及相应的模狭见表2。表 2MC组件功能及其模块
选择电子闪轮表
轨迹插补
逆向运动分析
正向运动分析
命令轴运动到指定的绝对位置
命令轴相对于尚前实际位置移动一个指定距离模块名
MC_CamTableSelect
MC_Interpalater
MC_TRAFO
MC_TRAFOF
MC_MoveA bsolute
MC_MoveRelative
MC_MoveAddiive
在离散运动状态下命令轴在原有的命令位置上增加一个指定的相对职离
命令抽在现有运动上我加··个指定的相对距离(现有运动不中断)
命令轴以指定的理度连续运动
令轴执行回军诚序
命令运动停止，轴状态转变为\正在停止\命令轴按定义的位置轮运动
命令轴接定义的速度轮康运动
TKAONTKAca-
MC_MloveSuperimposed
MC_Move1'elocity
MIC_Home
MC_Stop
MC_PosirionProlile
MC_VelocityPrafile
CB/T 18759.2—2006
命令轴按定义的加速度轮哪运动进人电子凸轮运动
表2（续）
退出电子凸轮运动(从控轴立印脱离主控轴)进入电子齿轮运动(命令从控轴以某个传动比相对于主控轴运动)退出电子齿轮运动(从控轴立即脱离主控轴)相位同步(主控轴与从控轴间保持恒定距离,它们有相同的速度和加速度
运动轨迹记录
通信服务
5.2.2逻辑状态图
MC_Gemn(Slave)
MC_Camin(Slave)
MC Phasing(Sluve)
MC_ MaveSuperimposed Slave)
樊缺名
MC_AccelerationProfile
MC_Camln
MC_CanOut
MC_Gearln
MC_GearOut
MC_Phasing
MC_TraceRec
Mc ComaSry
MC Gearln(Slave)
MC_ Camln Slave)
MC Gearln(Slave)
MC_Camln(Slave)
MC_MoveAbsolute
MC_MovcRelstive
MC_MaveSuperimpnsed
MC MuvrAdditnve
MC_PositionProftle
粤酷运动
MCMove
-Absolute
-Relative
-Addilive
-Superimposed
MC_PasiconProfile
同步运动
MC_Stop
MC Movevelocity
MC_GearOul
McCamOu
MC_Canin(Stave)MC_VelocityProfleMC Geadn(Slare)
/MC_ MoveAbsolule
MC_MoveRelative
MC.PositionProfile
MC AccelerarionProfile
MC_ MoveSuparlmposed
MC_Move Vclocity
MC_MoveAbsulute:MC_iMoveReativeMC_MoveAdditiv:MC_PositionProtileMC_Move velocin-MC_Veloeip-ProfileMC_AeceterationProfile
MC_Siop
进入停止
MC_Stop
XMC,Resen
MC_Sop
MC_Stop
MC_Hame
JMC_Fawer
图3运动控制逻辑状态图
MC_ VelociryProfile
MC_AcceleraliunProfile
连续运动
MC_ Murevelocity
MC_ velocityProtile
MC_AcceleratinnPrnfile
来自其他创
的eTor
轴的运动有三种状态（见图3)；离散运动(IDiscreteMotion），轴按点位或插补出的离散点运动；一连续运动(ConinuausMotinn)，轴按给定的速度、加速度连续运动；G/T 18759.2--2006
一同步运动(SynchronizedMotion），轴按电子凸轮/电子齿轮/相位同步方式运动。轴总是处于某种规定的运动状态：任何运动命令都是为改变轴运动状态的：·种转移，一根轴的运动命令总是顺序执行的。
轴在各种状态下执行运动有三种结果输出：完成(Done)，完成后执行新的命令#出错(Error);
停止（MC_Stop）。
状态机的逻辑控制根据不同的输出结果处理状态转移。注1：图3中描迷的是单轴状态图,复合的多轴状态可以看作各单轴处于务自特定状态，例如电子凸轮的主控轴间以处于连续运动状态，而它的从动轴则处于同步运动状态。5. 3AC功能组件
该组件的任务是管理伺服驱动器的参数，实施对伺服驱动器的控制，管理运动控制现场总线的数字接口《例如CAN、Prafihus、Sercos等），管理传统轴中的位置控制，准备要显示的轴的各类实际数据及状态。
该组件应具有的基本功能及相应的模块见表3。表3AC功能组件及其模块
功能描速
控制何服垂动器的打开和关闭
总线及问服骤动器参数的初始化返回轴的当前运动状态
读抽的故障信息
读轴的实际位置
发出轴的命令位盘
轴的状态女位
读出供应商规定的参数值
修改供应商规定的参数值
通信服务
5. 4 LC 功能组件
AC_Power
Ac_Init
模块名wwW.bzxz.Net
AC_RcedSratux
AC_ReadAxisErrur
AC_RcadAciualPosition
AC WriteCammand Positian
AC_Reset
AC_ReadParameter
AC_WrircParemcter
AC_ConmSrv
该组件的任务是负责在控制器硬件上运行PL心的各项任务。它不仪对输人输出实现逻辑控制，而且可以对NC功能区的组件实现逻辑控制。它向各功能区提供通信接日服务,应有能力对不同操作系统和用户外部设备进行适配。
该组件应是有的基本功能及其相应模块见表4。表 4LC功能组件及其模块
能描速
代码管理（加载、卸载编译和管理PLC序）顺序控制(包括启动和结束PLC的运行,底动、停止、复位、继续各项控制任务）
PIL.C任务调度（优先权控制、周期时间控制、事件控制、监视器管理）通信服务
5. 5IOC 功能组件
该组件的任务是对外围输人输出设备执行逻辑控制。IKAONTKAca-
LC_RrsCm
LC_RtsCtri
模块名
L_RisTask
LC_RtsSrv
GB/T 18759.22006
5. 6I0Drv 功能组件
该组件的任务是负责外围输入输出设备的驱动。它可以支持各类现场总线（例如CAN.Profibus、Sercos 等)。
该组性应要有的基本功能及其相应模块表5。表 5IODry功能组件及其模块
数字迅输人
数字证输出
模拟盘输人
携拟母输出
10初始化
通偏服务
5. 7 HMI 功能组件
该组件的任务是执行各种人机交互功能。该组件应具有的基本功能及其相应模块见表6。表 6HMI功能组件及其模块
信息可视化
人工操作
加工程序编辑
用户身份验证
文作系统管理
通信服务
5.8Config功能组件
该组件的任务是对整个系统进行配置。描
该组件应有的基本功能及其相应模块见表7。表 7Config功能组件及其模块
模块库性理(对标准模块库、工具库、系统库,NC 模块库、用户模块库等进行管理
裕数管理
[O 件及变迅地址配置
任务配置（优先权周期时间，触发事件）目标平台设置(处理器类型、内存分配、现渐总线类型、网络参数、显示器分辨率等）
通信服务
配置原则：
TODrv_DI
[ODrV_DO
[OD_Al
[ODrv_AO
[ODrv_Iit
模块名
IODrv_CommSrv
模块名
HMLVISU
HMI_MOP
HMI_EDIT
HM_Ding
HML_Authe
HMI_FileManage
HMICotunSry
模块名
CFC_ModManager
CFG_ParaManager
CFG_JConfig
CFG_TaskConfig
CFC_TargetSet
CFC CommSry
各功能组件按控制对象的要求从模块库中选取所需要的模块，对各模块进行逻辑连接；把功能组件归井到若干任务中去，选择各任务的优先权、周期时间、触发事件，完成任务配置：对逻辑变量定文地证，完成10配量。6
（资料性附录）
ONC系统平台参考布局
ONC系统平台参考布局如图A.1所示。配证
ONG-API
通德家赖
艳祥学
图 A, 1
ONC系统平台布局
ONC-API
通拍系统
操作系缺
个控制系统的接日可分为内部接口和外部接口，如图A，2所示，用户接口
Windaws lata
Ie!'Tk ATf-E
PIN:666Rs:274
ISTEP-
极块化的体系结构
内部接口
图A.2ONC系统的内部和外部接口KAoNiKAca-
G3/T18759.2—2006
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