ICS 29.020 J 07
中华人民共和国国家标准
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
Electrical equipment of machines-Open numerical control system-
Part 4 : Hardware platform
2015-02-01实施
2014-09-03 发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会 发布 GB/T 18759.4--2014
目 次
前言
范围 2 规范性引用文件 3 术语、定义、符号及缩略语
1
硬件平台结构 4.1 概述 4.2硬件体系结构 4.3硬件平台技术要求 5计算子系统 5.1 核心处理器 5.2 处理器模块 5.3内部连接形式 6接口与信号 6.1人机界面 6.2驱动装置和设备接口 6.3网络应用服务接口 7电气与环境要求 7.1　电磁兼容性(EMC)要求 7.2电源接口 8保护和安全要求. 8.1电气安全· 8.2功能安全· 附录A（资料性附录）开放式数控系统硬件体系结构示例附录B（资料性附录）接口与信号示例· 附录C（资料性附录）保护及安全示例
4
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11
12 13
中中
1.3 13
13 13 13 13 14 16 23
图1 硬件平台与外围接口关系图 2 开放式数控系统控制模式图3 硬件平台与控制功能关系图4　单总线体系结构· 图 5 层次化多总线体系结构图6 分布式体系结构图7硬件平台的背板连接方式图 A.1 集中式数控系统体系结构示例图 A.2 分布式数控系统体系结构示例
10 14 15 I GB/T 18759.4—2014
图 B.1 模拟式伺服驱动装置I/O输入信号接口等效电路图 B.2 模拟式伺服驱动装置I/O输出信号接口等效电路图B.3I/O单元输入接口等效电路图B.4输出电流型I/O单元输出接口等效电路图 B.5 吸收电流型I/O单元输出接口等效电路图 C.1 安全回路的双环路保护
17 17 20 21 21 24
表 B.1 模拟式伺服驱动装置控制接口信号定义表 B.2 脉冲式伺服驱动装置控制接口信号定义表 B.3 脉冲式伺服驱动装置模式选择信号定义表 B.4 模拟式主轴驱动装置控制接口信号定义表 B.5 脉冲式主轴驱动装置控制接口信号定义表 B.6 脉冲式主轴驱动装置模式选择信号定义表 B.7 I/O单元输入接口信号定义表B.81/O单元输出接口信号定义表B.91/O点式手持操作单元接口信号定义
16 17 18 18 19 19 ...20
22 22 GB/T 18759.4—2014
前 言
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；一第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；一第7部分：通用技术条件；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。 本部分由全国工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、刘艳强王宇晗、张承瑞、冯冬芹、化春雷、陈建明、陈虎、任清荣、胡毅、薛瑞娟。
Ⅲ 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
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规范性引用文件
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件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB5226.1--2008机械电气安全机械电气设备第1部分：通用技术条件 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
GB15629.11一2003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理层规范
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 GB23313一2009工业机械电气设备电磁兼容发射限值 GB28526一2012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件。 3.1.1
开放式数控系统open numerical control system 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/T 18759.1-2002,3.1] 3.1.2
硬件平台 hardware platform 软件平台和应用软件运行的基础部件，处于基本体系结构的最底层。 [GB/T 18759.1—2002,3.4]
1 GB/T 18759.4--2014
3.1.3
软件平台software platform 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/T 18759.1—2002,3.5]
3.1.4
功能单元 functional unit 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/T 18759.1—2002,3.9]
3.1.5
功能模块functional module 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人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/T 18759.2—2006,3.2] 3.1.6
功能组件 functional component 控制器的独立组成部分，实现一类独立的功能。 [GB/T 18759.2—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、驱动装
置、I/O装置、检测装置。
GB/T 18759.3---2009,3.1
3.1.8
精简指令集 reduced instruction set computing; 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 complex instruction set computing;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、计算等若于操作。
3.1.10
核心处理器　kernel CPU 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 processor module 核心处理器所在的电路板单元。
3.1.12
数控设备numerical control device 数控系统中除数控装置和驱动装置以外的其他设备，包括：I/O单元、操作站、光栅尺、编码器、视觉
传感器、激光传感器等。
2 GB/T 18759.4-2014
3.1.13
背板连接backplane connection 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direct connection 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/0 safety I/0 在异常情况下能执行预定安全操作的I/O。
3.1.16
安全回路　safety loop 连接安全1/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件。 AHB Advanced High performance Bus AMBA Advanced Microcontroller Bus Architecture APB AMBA Peripheral Bus ASB AMBA System Bus CAD Computer Aided Design CAM Computer Aided Manufacturing CNC Computer Numerical Control CPCI Compact Peripheral Component Interconnect DMIPS Dhrystone Million Instructions Per Second EMC Electromagnetic Compatibility EPIC Embedded Platform for Industrial Computing 面向工业计算的嵌入式平台 ERP Enterprise Resourse Planning
高性能总线高级微控制器总线结构 AMBA外设总线 AMBA系统总线计算机辅助设计计算机辅助制造计算机数字控制紧凑型 PCI 每秒百万条整数指令电磁兼容
企业资源计划嵌人式技术扩展通用目标输人/输出硬盘驱动器低压差分信号制造执行系统每秒百万条指令人机控制数值控制外设数值控制核心开放式数控系统可编程逻辑控制器面向仪器设备的PCI扩展
ETX Embedded Technology eXtended GPIO General Purpose Input / Output HDD Hard Disk Drive LVDS Low Voltage Differential Signaling MES Manufacturing Execution System MIPS Million Instructions Per Second MMC Man Machine Control NCD Numerical Control Device NCK Numerical Control Kernel ONC Open Numerical Control system PLC
Programmable Logic Controller
PXI PCI eXtensions for Instrumentation
硬件平台结构
4
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 GB/T 18759.4--2014
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。
开放式数控系统
，硬件平台（计算平台、功能模块和
终端接口
模拟/数字/脉冲现场总线
驱动装置
人机界面
各类接口）
网络通信接口
包括： ●驱动装置 ●编码器、光栅尺 ●限位开关 ●视觉传感器 ●激光传感器 ●数字I/0 ●模拟1/0 ●智能传感器 ●手持操作单元 ●操作面板
包括：
·显示 ●键盘 ●鼠标 ●轨迹球 ●触摸板
.-..*
网络应用服务
包括： ●CAD/CAM系统 ●制造执行系统（MES) ●企业资源计划系统(ERP) ●车间层管理系统 ●分布式文件系统
.....
中电电电电
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。
NC
驱动装置电流环
运动程序插补器
模拟/脉冲
功率放大
位置环
速度环
电机
接口
编码器
a) 模拟式或脉冲式
NC 运动程序插补器
驱动装置
总线接口 位置环 速度环
电机
电流环
午
编码器
b) 总线式（方式1）
图 2 开放式数控系统控制模式