GB/T 18759.4-2014 机械电气设备 开放式数控系统 第4部分：硬件平台

ICS29.020

J07百目

中华人民共和国国彖标准

GB/T18759.4—2014

机械电气设备开放式数控系统

第4部分:硬件平台

Electricalequipmentofmachines—Opennumericalcontrolsystem—

Part4:Hardwareplatform

2014-09-03发布2015-02-01实施

GB/T18759.4—2014

目次

前言m

i范围1

2规范性引用文1

3术语、定义、符号及缩略语1

4硬件平台结构3

4.1概述3

4.2硬件体系结构5

4.3硬件平台技术要求8

5计算子系统8

5.1核心处理器8

5.2处理器模块9

5.3内部连接形式9

6接口与信号11

6.1人机界面11

6.2驱动装置和设备接口12

6.3网络应用服务接口13

7电气与环境要求13

7.1电磁兼容性（EMC）要求13

7.2电源接口13

8保护和安全要求13

8.1电气安全13

8.2功能安全13

附录A（资料性附录）开放式数控系统硬件体系结构示例14

附录B（资料性附录）接口与信号示例16

附录C（资料性附录）保护及安全示例23

图1硬件平台与外围接口关系4

图2开放式数控系统控制模式4

图3硬件平台与控制功能关系5

图4单总线体系结构6

图5层次化多总线体系结构6

图6分布式体系结构7

图7硬件平台的背板连接方式10

图A.1集中式数控系统体系结构示例14

图A.2分布式数控系统体系结构示例15

T

GB/T18759.4—2014

图Bl模拟式伺服驱动装置1/()输入信号接口等效电路17

图B.2模拟式伺服驱动装置1/()输出信号接口等效电路17

图B.31/()单元输入接口等效电路20

图B.4输出电流型1/()单元输出接口等效电路21

图B.5吸收电流型1/()单元输出接口等效电路21

图C.1安全回路的双环路保护24

表B.1模拟式伺服驱动装置控制接口信号定义16

表B.2脉冲式伺服驱动装置控制接口信号定义17

表B.3脉冲式伺服驱动装置模式选择信号定义18

表B.4模拟式主轴驱动装置控制接口信号定义18

表B.5脉冲式主轴驱动装置控制接口信号定义19

表B.6脉冲式主轴驱动装置模式选择信号定义19

表B.71/()单元输入接口信号定义20

表B.81/()单元输出接口信号定义22

表B.91/()点式手持操作单元接口信号定义22

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GB/T18759.4—2014

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GB/T18759«机械电气设备开放式数控系统》分为如下几部分：

——第1部分:总则；

——第2部分:体系结构；

——第3部分:总线接口与通信协议；

——第4部分:硬件平台；

——第5部分:软件平台；

——第6部分：网络接口与通信协议；

第7部分:通用技术条；

——第8部分:试验与验收。

本部分为GB/T18759的第4部分。

本部分按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。

本部分由中国机械工业联合会提出。

本部分由全国丁业机械电气系统标准化技术委员会(SAC/TC231)归口。

本部分负责起草单位：中国科学院沈阳计算技术研究所有限公司、国家机床质量监督检验中心。

本部分参加起草单位:广州数控设备有限公司、北京凯恩帝数控技术有限责任公司、沈阳高精数控

技术有限公司、武汉华中数控股份有限公司、北京航天数控系统有限公司、大连光洋数控技术有限公司、

上海交通大学、北京航空航天大学、山东大学、浙江大学、沈阳机床(集团)有限责任公司、杭州机床集团

有限公司、北京易能立方科技有限公司。

本部分主要起草人：于东、黄祖广、陶耀东、尹震宇、赵钦志、杨堂勇、杨洪丽、杜瑞芳、王健、刘艳强、

王宇啥、张承瑞、冯冬芹、化春雷、陈建明、陈虎、任清荣、胡毅、薛瑞娟。

m

GB/T18759.4—2014

机械电气设备开放式数控系统

第4部分：硬件平台

1范围

GB/T18759的本部分规定了机械电气设备开放式数控系统硬件平台的构造方式以及各硬件模块

之间的连接规范，目的在于为开放式数控系统硬件平台的分析、设计和实现提供参考框架，确保硬件平

台满足机械电气设备数控系统开放要求。

本部分适用于金属加工机械、纺织机械、印刷机械、缝制机械、塑料和橡胶机械、木工机械等电气设

备用的开放式数控系统。其他工业机械设备用的开放式数控系统亦可参照执行。

2规范性引用文

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文

。凡是不注日期的引用文，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文。

GB5226.1—2008机械电气安全机械电气设备第1部分:通用技术条

GB/T15629.3-1995信息处理系统局域网第3部分:带碰撞检测的载波侦听多址访问(CS-

MA/CD)的访问方法和物理层规范

GB15629.11-2003信息技术系统间远程通信和信息交换局域网和城域网特定要求第

11部分:无线局域网媒体访问控制和物埋层规范

GB/T18759.3—2009机械电气设备开放式数控系统第3部分：总线接口与通信协议

GB/T21067—2007工业机械电气设备电磁兼容通用抗扰度要求

GB23313—2009丁业机械电气设备电磁兼容发射限值

GB28526—2012机械电气安全安全相关电气、电子和可编程电子控制系统的功能安全

3术语、定义、符号及缩略语

3.1术语和定义

下列术语和定义适用于本文。

3.1.1

开放式数控系统opennumericalcontrolsystem

应用软件构筑于遵循公开性、可扩展性、兼容性原则的系统平台之上的数控系统，使应用软件具可

移植性、互操作性和人机界面的一致性。

[GB/T18759.1—2002,3.1]

3.1.2

硬件平台hardwareplatform

软件平台和应用软件运行的基础部，处于基本体系结构的最底层。

[GB/T18759.1—2002,3.4]

1

GB/T18759.4—2014

3.1.3

软件平台softwareplatform

应用软件运行的基础部件,处于基本体系结构的硬件平台和应用软件之间。

[GB/T18759.1—2002,3.5]

3.1.4

功能单元functionalunit

能够完成特定任务的硬件实体，或软件实体，或硬件实体和软件实体。

[GB/T18759.1—2002,3.9]

3.1.5

功能模块functionalmodule

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，具有标志的

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准。模块可以通过系统配置直接

嵌入ONC平台，并被通信系统访问。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

定义，以便实现“即插即用”，其内部实现被封装，并允许加许可证。

[GB/T18759.2—2006,3.2]

3.1.6

功能组functionalcomponent

控制器的独立组成部分，实现一类独立的功能。

:GB/T18759.2—2006,3.3]

3.1.7

装置/设备device

开放式数控系统中具有控制或检测功能（特定功能行为）的单元或单元集合，如数控装置、骡动装

置、1/（）装置、检测装置。

:GB/T18759.3—2009,3.1]

3.1.8

精简指令集reducedinstructionsetcomputing；RISC

一种中央处理器的指令集架构，每条指令均采用标准字长，执行时间短，中央处理器的实现细节对

机器级程序可见。

3.1.9

复杂指令集complexinstructionsetcomputing；CISC

一种中央处理器指令集架构，单一指令中可执行诸如内存读取、储存、计算等若干操作。

3.1.10

核心处理器kernelCPU

开放式数控系统硬件平台中，完成运动控制、PLC、解释器等主要数控控制功能的处理器。

3.1.11

处理器模块processormodule

核心处理器所在的电路板单元。

3.1.12

数控设备numericalcontroldevice

数控系统中除数控装置和驱动装置以外的其他设备，包括：1/（）单元、操作站、光栅尺、编码器、视觉

传感器、激光传感器等。

2

GB/T18759.4—2014

3.1.13

背板连接backplaneconnection

处理器模块与功能单元采用印刷电路板的连接方式。

3.1.14

直接连接directconnection

处理器模块与功能单元间采用板间连接器的连接方式。

3.1.15

安全I/OsafetI/O

在异常情况下能执行预定安全操作的I/Oo

3.1.16

安全回路safetloop

连接安全I/O等设备的电气回路。

3.2符号及缩略语

下列符号及缩略语适用于本文。

AHBAdvancedHighperformanceBus高性能总线

AMBAAdvancedMicrocontrollerBusArchitecture高级微控制器总线结构

APBAMBAPeripheralBusAMBA外设总线

ASBAMBASystemBusAMBA系统总线

CAComputerAidedDesign计算机辅助设计

CAMComputerAidedManufacturing计算机辅助制造

CNCComputerNumericalControl计算机数字控制

CPCICompactPeripheralComponentInterconnect紧凑型PCI

DMIPSDhrystoneMillionInstructionsPerSecond每秒百万条整数指令

EMCElectromagneticCompatibility电磁兼容

EPICEmbeddedPlatformforIndustrialComputing面向T业计算的嵌入式平台

ERPEnterpriseResoursePlanning企业资源计划

ETXEmbeddedTechnologyeXtended嵌入式技术扩展

GPIOGeneralPurposeInput/Output通用目标输入/输出

HHardDiskDrive硬盘驱动器

LVDSLowVoltageDifferentialSignaling低压差分信号

MESManufacturingExecutionSystem制造执行系统

MIPSMillionInstructionsPerSecond每秒百万条指令

MMCManMachineControl人机控制

NCNumericalControlDevice数值控制外设

NCKNumericalControlKernel数值控制核心

ONCOpenNumericalControlsystem开放式数控系统

PLCProgrammableLogicController可编程逻辑控制器

PXIPCIextensionsforInstrumentation面向仪器设备的PCI扩展

4硬件平台结构

4.1概述

本章描述了开放式数控系统硬件体系结构及构造方式，规定了各功能单元（硬件模块）间的连接和

3

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约束关系，包括：系统拓扑关系、层次关系、通信行为关系、层次间协议与服务关系等，以便为系统分析、

设计和实现提供参考框架。硬件平台与外围接口关系如图1所示。开放式数控系统硬件体系结构示例

参见附录A。

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图1硬件平台与外围接口关系

根据开放式数控系统控制模式要求（如图2所示），数控系统硬件平台与控制功能关系如图3所示。

a）模拟式或脉冲式

b）总线式（方式1）

图2开放式数控系统控制模式

4

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51V

c）总线式（方式2）

d）总线式（方式3）

e）总线式（方式4）

图2（续）

图3硬件平台与控制功能关系

4.2硬件体系结构

4.2.1集中式体系结构

4.2.1.1单总线

单总线硬件体系结构如图4所示。该体系结构中包含一个或多个处理器，其中一个或多个处理器

5

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为主设备，其余为从设备。主设备可获得总线控制权，总线通过仲裁方式响应主设备请求。从设备不能

获得总线控制权,无法访问主存储器。

图4单总线体系