GB/T18759.5-2016
机械电气设备开放式数控系统第5部分：软件平台
Electricalequipmentofmachines—Opennumericalcontrolsystem—Part5:Softwareplatform
- 中国标准分类号（CCS）J07
- 国际标准分类号（ICS）29.020
- 实施日期2016-11-01
- 文件格式PDF
- 文本页数45页
- 文件大小830.44KB
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机械电气设备开放式数控系统第5部分：软件平台
国家标准 GB/T18759.5一2016 机械电气设备开放式数控系统 第5部分软件平台 Eleetriealequipmentofmaehines一Opennumeriealeontrol systemm一Par5:Softwareplatform 2016-04-25发布 2016-11-01实施 国家质量监督检验检疫总局 发布 国家标准化管理委员会国家标准
GB/T18759.5一2016 7.9应用编程接口示例 lC 10 系统、装置、功能组件的配置 10 8.1概述 - 1
+ 8.2系统模型 8.3装置模型 8.4功能组件模型 2 8.5功能块模型 8.6应用模型
8.7系统、装置、功能组件的配置 附录A资料性附录操作系统函数接口示例 附录B(资料性附录 中间件 附录C资料性附录应用编程接口(API 25 附录D(资料性附录)数据类型和数据结构 2: 附录E(资料性附录)oNC软件结构示例 38 参考文献 4 -- 图！ONc系统基本体系结构 图2软件平台体系结构 图3数据类型层次结构的示例 图4实时操作系统基本结构 图5中间件与应用软件互操作关系 图6系统模型 1G 图7装置模型 图 8 功能组件模型 12 图 功能块模型 图10应用模型 l 图B.1管理功能块状态和转换条件图 22 图B.2管理功能块类型通用形式 23 到 D.1l共用体变量内存模型示例 35 图E.1插补模块(示例 38 图E.2插补模块内部结构(示例 38 39 图E.3PLC模块结构(示例 图E.4！现场总线驱动模块结构(示例 39 表A.1任务进程)间通信调用函数接口(示例 表A.2实时任务进程)间管理函数接口(示例 20 表B.1服务接口功能块的标准输人和输出 22 表B.2管理功能块状态表
GB/T18759.5一2016 2: 表B.3管理功能块转换条件表 23 表B.4CM输人值和语义 2: 表B.5STATUS输出值和语义 表B.6命令语法 2: 表D.1各基本数据类型的属性 36 表D.2BOOL类型数据取值为True时的编码 表D.3BOOL类型数据取值为False时的编码 36 表D.4SINT类型数据的存储示例 表D.5INT类型数据的存储示例 表D.6IINT类型数据的存储示例 32 表D.7USINT类型数据的存储示例 表D.8UINT类型数据的存储示例 32 表D.9ULINT类型数据的存储示例 32 表D.10REAL及LREAL类型数据的存储格式 33 表D.11REAL类型数据的存储示例 3. 表D.12CHAR类型数据的存储示例 34 表D.13各派生数据类型举例 34 m
GB/T18759.5一2016 前 言 GB/T18759《机械电气设备开放式数控系统》分为如下几个部分 -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.通用技术条件; 第8部分;试验与验收
本部分为GB/T18759的第5部分
本部分按照GB/T1.1一2009给出的规则起草
本部分由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;沈阳高精数控技术有限公司、国家机床质量监督检验中心
本部分参加起草单位;科学院沈阳计算技术研究所有限公司、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、北京航天数控系统有限公司、大连光洋科技工程有限公司、武汉华中数控 股份有限公司、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、 浙江凯达机床股份有限公司、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,尹震宇,胡毅、胡天亮、杨洪丽、王健、杨堂勇、冯冬芹、薛瑞娟、 宋宝、王芹
GB/T18759.5一2016 机械电气设备开放式数控系统 第5部分软件平台 范围 本部分规定了机械电气设备开放式数控系统软件平台的构造方式及基本结构,为开放式数控系统 软件平台的分析,.设计及实现提供参考框架,满足机械电气设备数控系统开放及互操作要求
本部分适用于金属加工机械、纷织机械,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
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 GB/T9387.1一1998信息技术开放式系统互连基本参考模型第1部分:基本模型(IsO/ IEC7498-1:1994,IDT (GB/T15969.32005可编程序控制器第3部分;编程语言(IEC61131-3;2002,IDT) GB/T18759.1一2002机械电气设备开放式数控系统第1部分:总则 GB/T18759.2一2006机械电气设备开放式数控系统第2部分;体系结构 GB/T19769.1一2005工业过程测量和控制系统用功能块第1部分;结构(IEC61499-1:2003 MOD 术语和定义、符号及缩略语 3.1术语和定义 下列术语和定义适用于本部分
3.1.1 开放式数控系统 opennumeriealcontrol(ONC)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.使应用软件具备 可移植性,可操作性和人机界面的一致性
[GB/T18759.12002,3.1 3.1.2 系统平台 systemplatform 由硬件平台和软件平台组成的用于运行数控应用软件对运动部件实施控制的基础部件,与数控系 统其他部件一起,实现对机械的操作控制
[GB/T18759.12002,3.3 3.1.3 硬件平台 hardwareplatform 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/T18759.5一2016 [GB/T18759.1一2002,3.4打 3.1.4 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/T18759.12002,3.57 3.1.5 plieation 应用 appl 用来具体解决一种数控加工过程中问题的软件功能单元 注;一个应用可以驻留在一个或多个装置之间,而且可以与其他应用进行通信 [GB/19769.1一2005.1.3.6] 3.1.6 应用软件applicationsoftware 为解决专门领域内的,非计算机本身问题的软件
[[GB/T18759.1一2002,3.6 3.1.7 装置 deviee 在一个特定活动环境和由其接口界定的范围内,具有执行一个或多个指定功能能力的独立物理实 体
一个开放式数控系统(ONC)是一组装置的集合,装置中包含功能组件
3.1.8 功能组件 funetioncomponent 对其运行具有独立控制性的功能单元,作为包含在一个装置的功能单元来考虑,而且对于应用提供 各种服务包括算法调度与执行
3.1.9 功能块(功能块实例 funetionbloek(functionblockinstance 软件组成的不可分剐的功能单元,其名字是由相应功能块类型指定的数据结构和相关操作名字的 拷贝
3.1.10 基本功能块类型basiefunetionboekype 功能块类型中不可再分解成其他功能块,并且可利用执行控制图(ECC)来控制其算法执行的功能 块类型
3.1.11 组合功能块 cmpositefunetionboek 用在组合功能块类型算法技术规范中的功能块实例
3.1.12 组合功能块类型 eompositefunetionblocktype 功能块类型的一种,其算法和算法执行的控制是以组件功能块、事件和变量的互连来表达的功能块 类型
3.1.13 serviceinterfacefunetionlock 服务接口功能块 功能块中的一种,为应用(applieation)提供一种或多种基于原语映射的服务,包括;映射到事件输 人,事件输出、数据输人、数据输出等
GB/T18759.5一2016 3.1.14 exeeutioncontrolchart;cC 执行控制图 用来对功能块的多个事件的输人、输出之间的因果关系的图形或文字的表达方式,这些表达方式包 括;功能块算法的执行控制状态,执行控制转换、执行控制动作等
3.1.15 通信功能块 eomuniationfunctioblock 服务接口功能块的一种,它代表在应用和功能组件的“通信映射功能”之间的接口
3.1.16 管理功能块 mmanagementfunetionlock 功能块的一种,其首要功能是对在一个功能组件范围内的应用进行管理
3.1.17 middle 中间件 leware -种独立的系统软件或服务程序,实现数控系统基本功能并提供一组应用编程接口给上层应用软 件调用
3.1.18 实时操作系统realtimeoperatingy ystem 保证在一定时间限制内完成特定功能的操作系统
3.1.19 应用编程接口applieatimprgraminterface 预先定义的一些丽数接口,应用软件可以通过调用该接口实现对系统平台功能与资源的利用
3.2符号及缩略语 下列符号和缩略语适用于本文件
抽象数据类型 AA bhstractDhtaType ADT 应用编程接口 lnterface ApplieationProgram ExecutionControlChart 执行控制图 HumanMachineInterface 人机接口 e NumericalControlsystem 数控系统 e OpenNumericalControlsystem 开放式数控系统 可编程逻辑控制器 PLc ProgrammableLogicController POsIXPortableOperatingsystemInterface 表示可移植操作系统接口 实时操作系统 RTOS Real-timeOperatingSystem 基本要求 4.1概述 开放式数控系统(ONC)的软件平台,处于开放式数控系统应用软件和开放式数控系统硬件平台之 间,主要由应用编程接口、中间件,实时操作系统等部分构成,为开放式数控系统应用软件提供实时性、 可靠性,安全性的系统服务及编程接口,满足开放式数控系统应用软件的互操作及开放性要求 本部分在开放式数控系统基本结构的基础上(见GB/T18759.1一2002及GB/T18759.2一2006). 对软件平台基本体系结构,以及所包含的应用编程接口、中间件,实时操作系统功能特征、配置管理及通 信要求加以规范,并在附录中给出应用相关设计示例,但并不对最终用户软件开发加以具体限制,以满
GB/T18759.5一2016 足现有国际,国内标准及数控系统的开放性设计要求
本部分只规定开放式数控系统的控制器(数控装置)软件平台规范;对控制器外部的驱动器、I/0设 备和最终用户开发的软件不做限制;此外,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 国际标准,国家标准和事实标准的操作系统和通信系统都被视为符合本部分的要求
4.2基本结构 开放式数控系统软件平台由应用编程接口、中间件和实时操作系统组成(如图1所示)
应用编程 接口(API)为开放式数控系统应用软件提供独立于硬件平台的系统调用接口及运行环境支撑,实现数 控系统应用软件对系统平台功能调用及资源访问;中间件通过功能组件及功能模块的方式实现运动控 制、总线驱动、数学库等功能模块及组件,为软件平台提供数控控制功能应用编程接口的功能的具体实 现;实时操作系统通过为上层提供POSIX等调用,实现对操作系统资源及硬件平台资源的管理及访问， 满足开放式数控系统应用软件的互操作及开放性要求
CNC NC-HMI NC运动控制器 NC任务控制器 NC/0、PLC控制器 软件平台 应用编 非吹粉 通os 总线驰动实时数学 实时os插补算迈幼学楼 迎信AP 图倒形AP 护掉制AP AP 学斥A AP 块APr AP 序A 程接口 APl 非灾时数变A 运动学模辅掉制模总线K呦唬戴学 中间件 图彩库 通他模块 插补模块 横块 学午 模决 操作系统通用内核 操作系统实时内核 总线 主轴动 何服驱动 传感器驱动 V/O驱动 图1oNc系统基本体系结构 4.3平台模型 针对开放式数控系统应用软件对软件平台的开放性及互操作要求,本部分规定的软件平台模型参 考GB/T19769.1一2005给出的用于分布式工业过程测量与控制系统功能块模型以及GB/T9387.1 1998给出的信息技术可移植操作系统接口模型为基础,采用三层结构,包括;应用编程接口、中间件、实 时操作系统三部分(如图2所示
GB/T18759.5一2016 时教 时税学 通用os 实Wos怀补计算x动学枞 总线动 通信AP 触挖AP 5 形AP1 学库AP 块AP? 库AP API API AP AP 不 非实时数实时AP 运动学轴挖模 实时数学 总线动 通信惯块 图形所 牺补愤块 中" 学序 类坎 块 块 校块 作 个 RTos 操作系统通用内核 操作系统实时内核 图2软件平台体系结构 开放式数控系统软件平台应用编程接口应包括;用于运动控制功能调用的插补计算,运动学变换、 轴控制算法、,数控总线驱动等应用编程接口;用于人机界面开发,坐标系转换、路径及速度规划等所需的 图形库、数学库调用接口;用于对实时操作系统中实时内核资源的调用接口;用于对实时操作系统中通 用内核的通信、标准库函数、存储管理、进程控制等系统资源的调用接口 应用软件应能通过调用应用编程接口实现对软件平台功能的使用及资源的访问,而无需访问源码 或理解内部工作机制细节
中间件应为应用软件资源的共享提供支撑,并为其运行与开发提供环境,包括;为应用软件进程提 供运动控制功能调用的插补计算、运动学变换、轴控制算法、数控总线驱动等服务;为人机界面开发、坐 标系转换、路径及速度规划等所需的图形库、数学库服务;实时及非实时操作系统的通信、计算,实时资 源调度、设备驱动等服务
实时操作系统由通用内核和实时内核组成
通用内核完成通用核心功能,如进程调度、进程间通 信、内存管理,设备管理,文件管理、网络管理等;实时内核完成实时任务调度,支持抢占式优先级调度 策略
4.4数据类型和数据结构 开放式数控系统软件平台应支持图3所示的基本数据类型与派生数据类型
数据类型示例参见附 录D. 「数值类型 字符类型 基本类型， I位串类型 [逻辑类型 [数组 数据类型 字符串 结构体 派生类型共用体 枚举类型 自定义类型 指针类型 图3数据类型层次结构的示例
GB/T18759.5一2016 操作系统 5.1 概述 操作系统位于软件平台底层,由通用内核和实时内核组成(如图4所示),应至少提供以下通用内核 编程接口及实时内核编程接口 -非实时任务(进程)调度; 非实时任务(进程)间通信; 非实时任务(进程)内存管理; 实时任务(进程)调度; 实时任务(进程)间通信 实时任务(进程)内存管理， 高精度实时时钟; 实时操作系统中断管理; 设备管理 文件管理; 网络管理; 其他接口
满足开放式数控系统应用软件对系统实时时钟、存储器、,网络接口,总线接口等硬件平台资源的调 用及管理
进程A 进程N 用户空间 内核空间 通丙 实时内核 通用OSAP 实时oSAm 进程调度 内存管理 实时任务1 设备管理
线 线 文件管理 网络管理 租 进程间通信 实时调府 实时定时 中断处理 中海控制器 图4实时操作系统基本结构 5.2任务调度管理 任务(进程)调度管理应满足以下要求
GB/T18759.5一2016 保证优先调度实时任务; -高优先级任务可以中断低优先级任务的执行; 实时任务(进程)宜采用先到先服务的实时调度策略; -非实时任务(进程)宜采用的是时间片轮转的调度策略
5.3 高精度实时时钟 实时操作系统应提供具有高精度计时功能的实时时钟,满足对特定设备或处理任务的精确、实时控 制或执行
5.4实时操作系统中断管理 实时操作系统应支持多级中断嵌套处理机制,以满足对实时事件的及时响应和处理
5.5实时任务(进程/线程间通信 实时操作系统应支持以下一种或多种实时任务(进程)间通信机制 -FIFo队列; -共享内存; 消息盒， 信号量; 互斥器
共享资源应允许不同实时任务(进程)/线程之间可以共享访问而不应引起访问冲突
实时系统任务(进程)间通信调用函数接口示例参见附录A
5.6实时任务(进程)管理 实时操作系统应提供管理函数,以支持对实时任务(进程)的创建、执行,清除等管理操作
实时任务(进程)管理丽数接口示例参见附录A
5.7设备管理 实时操作系统应提供对1/O,存储等设备访问的同步,互斥等管理机制,确保数据的完整性和有 效性
5.8网络管理 实时操作系统应提供对1sO/IEC8802.3以及实时以太网标准的支持,满足数控系统对实时以太网 功能的需求
中间件 6.1概述 开放式数控系统软件平台中间件为上层应用软件提供数控功能相关的资源及服务(如图5所示). 中间件可分为功能块与功能组件两种
中间件提供的应用编程接口定义了一个相对稳定的高层应用环 境,不管底层的计算机硬件和系统软件怎样更新换代,只要将中间件升级更新,并保持中间件对外的接 口定义不变,可以实现应用软件在不同系统平台间的移植
GB/T18759.5一2016 应用软件 事件与数据 事件与数据 按口 参数输入 处理结果输出 中间件 功能革元 与操作系统交互 图5中间件与应用软件互操作关系 开放式数控系统软件平台中间件应提供包括 通信模块 图形库; 数学库; 实时操作系统模块 -运动学模块 总线驱动模块; 其他模块
6.2通信模块 通信模块应提供通信中间件编程接口(API),为上层应用软件提供通信服务
通信模块应提供数 控系统间网络互联以及数控系统内部非实时空间内各进程间通信
网络互联通信应支持面向局域(广 域)等网络协议的通信服务;非实时空间内进程间通信应支持包括;信号、管道,共享内存、消息队列等通 信方式 6.3 图形库 图形库中间件通过提供图形库编程接口为人机界面开发提供服务,人机界面开发时,通过调用图形 库接口使用系统资源
6.4数学库 数学库中间件应提供数学库编程接口,为运动控制组件、任务控制器组件等提供服务
数学库包含 实时数学库与非实时数学库两部分
通过调用数学库接口,满足系统所要求的矢量求解、样条曲线拟 合、插补计算,速度控制等功能
6.5实时操作系统模块 实时操作系统模块应能够提供实时操作系统接口,为上层应用软件提供实时时钟,实时线程扩展、 实时通信、中断调度等服务 实时操作系统模块应提供基于以下方式的实时线程调度与管理机制:
GB/T18759.5一2016 实时时钟 -实时线程扩展; 中断调度
实时应用编程接口模块应对5.5所描述的通信方式提供接口
6.6运动学模块 运动学模块应提供运动学接口实现对运动控制组件提供服务
运动学中间件应能够实现不同运动 坐标系之间的转换 6.7 总线驱动模块 总线驱动模块应抛供总线驱动接日,实现为相关功能提供的服务,通过调用总线驱动接口控制硬件 设备的运行以及获取硬件设备的运行状态
应用编程接口 7.1 概述 应用编程接口包括;通用操作系统接口、,通信接口,图形接口、数学库调用接口,实时操作系统接口、 运动学变换接口、总线驱动接口等
7.2通用操作系统接口 通用操作系统接口应提供有关通用操作系统的系统资源的访问接口
通用操作系统接口应包含用 于实现进程管理,内存管理,设备管理,文件系统管理局域(广域)网络功能等系统调用,及实现对图形 用户界面等标准函数库的访问
7.3通信接口 通信接口包括数控系统间网络互联的通信接口与数控系统内部非实时空间内各进程间的通信接口 两种,其中对于网络互联的通信接口包括面向局域/广域等网络协议的通信接口;对于非实时空间内进 程间的通信接口,包括信号、管道,共享内存、消息队列等通信接口
7.4图形接口 通过调用图形接口,使用图形库中的系统资源,满足数控系统人机界面的开发
7.5数学库接口 由实时数学库接口与非实时数学库接口两部分组成
应用软件通过调用数学库接口,使用数学库 中的算法资源,满足数控系统开发所要求的矢量计算、样条曲线拟合、插补计算、速度控制等功能
7.6实时操作系统接口 实时操作系统接口包括实时时钟,实时线程扩展、实时通信,中断调度等调用接口
其中实时时钟、 实时线程扩展、中断调度等调用接口实现数控系统的实时线程调度与管理功能;实时通信调用接口用于 非实时空间内进程与实时线程间通信以及实时空间内各线程间的通信,其通信方式包括共享内存、信号 量,FIFo队列消息盒,互斥器等
GB/T18759.5一2016 7.7 运动学接口 应用软件通过调用运动学接口,实现不同运动学坐标系之间的变换
7.8总线驱动接口 应用软件通过调用总线驱动接口实现控制硬件设备的运行以及获取硬件设备的运行状态
7.9应用编程接口示例 应用编程接口示例参见附录C， 系统、装置功能组件的配置 8.1 概述 本部分规定了机械电气设备开放式数控系统软件平台系统、装置、功能组件,功能块的配置与管理 要求
附录E给出了功能块及组件的示例
8.2系统模型 系统模型中的装置通过一种或多种通信网络实现互连(如图6所示),连接模型中各装置的通信网 络可以采用层次方式结构
不同的应用可根据实际控制需要分布在一个或若干装置上 通信网络 通信网络 通信网络 装置3 装置！ 装置2 装置4 应用A 应用B 应用c 被控过程 图6系统模型 8.3装置模型 开放式数控系统装置模型如图7所示
10o
GB/T18759.5一2016 通信链路 =数据和事件流 装置边界 通信接口 功能组件x 功能组件2 功能组件y 应用A 应用c 应用B 过程接口 控制过程 图7装置模型 过程接口;为开放式数控系统硬件平台设备与软件平台功能组件之间控制管理及数据交互提供接 口及映射
通信接口;为开放式数控系统软件平台功能组件与应用软件之间控制管理及数据交互提供接口及 映射
通信接口提供服务可包括: -功能组件的数据交互信息,如数据、事件等; -附加的服务支持功能,如编辑、配置和诊断等
8.4功能组件模型 功能组件如图8所示,可包含以下数据及服务 -局部应用服务
在这一部分处理的变量和事件,是功能组件的输人和输出变量和其上的事件 由功能块执行该应用所需的操作
-过程映射服务
实现应用和过程接口之间的数据和事件的映射,该映射由服务接口功能块 实现
通信映射服务
实现应用和通信接口之间的数据和事件的映射,该映射由服务接口功能块 实现
调度功能服务
实现应用中各功能块的执行控制以及功能块之间的数据传输处理,调度功能 服务可根据以下条件确定执行顺序 事件的出现时刻 功能块互连; 调度信息,如周期和优先级 11
GB/T18759.5一2016 通信接口 局部应用或分布式应用的局部部分 事件 执行控制x 执行控制y 执行控制2 数据 服务接口功能块 算法1 服务接口功能块2 过程映射 过程接口 调度功能 图8功能组件模型 8.5功能块模型 8.5.1一般要求 功能块是一个软件组成的不可分割的功能单元,由完成相应执行功能的数据结构和相关执行服务 功能块的典型操作包括对其相关数据结构的数据进行更改 组成
功能块类型包括 基本功能块; 组合功能块; 服务接口功能块; -其他类型的功能块
功能块实例具有如下特征,如图9所示 -其类型名和实例名; -组事件输人,其中每一个从一个事件连接中接收可以影响执行一个或更多算法的事件 -组事件输出,其中每 一个向一个事件连接发出一个事件,该事件连接依赖于算法的执行或该 功能块所在功能组件的一些其他功能; -组数据输人,其可以映射到相应的输人变量 -组数据输出,其可以映射到相应的输出变量; 内部数据,可以被映射到一组内部变量 功能特征,其由下列因素组合确定 内部数据和(或)状态信息,连同相关功能组件的一组算法和或)功能; 这些功能特征是在功能块类型说明中作了定义
功能块允许对内部算法进行封装,并以黑盒的方式提供给使用者 12
GB/T18759.5一2016 功能块应提供对其内部变量或状态信息的保存及保护机制,保证从功能块算法的一次执行到下一 次执行期间内部变量及状态信息可以继续使用
功能块的内部变量或状态信息应不允许由该功能块外 边的数据流连接进行访问
个功能块类型是一种软件成分,它规定本类型所有实例的特征,包括 它的类型名; -其号码、名字、类型名以及事件输人和事件输出的次序; 其号码,名字、数据类型以及数据输人、数据输出和内部变量的次序
事件输入 事件输出 实例名 事件流 事件流 执行控制 隐藏 类型名 数据流 数据流 算法 隐藏 内部数据隐藏 数据输入 数据输出 功能组件能力 图9功能块模型 8.5.2服务功能块 服务功能块给应用提供一个或多个服务,其服务是基于服务原语到该功能块的事件输人、事件输 出、数据输人和数据输出的映射,服务功能块可包括;通信功能块、管理功能块等 服务功能块可实现 -服务功能块给应用提供了一个或多个服务,其服务是基于服务原语到该功能块的事件输人、事 件输出、数据输人和数据输出的映射 -服务功能块类型的外部接口有与基本功能块类型同样的通用定义形式,然而服务接口功能块 类型的输人和输出有其特定的语义,这些类型的实例的行为可通过对服务原语的顺序特定的 图形说明表定义
服务功能块标准事件输人、事件输出、数据输人和数据输出可参见表B.1
通信功能块是服务接口功能块的一种,实现应用和功能组件的“通信映射”功能一个通信功能块可 以是基本类型或者组合类型,其操作能表示成为由服务原语到该功能块的事件输人、事件输出、数据输 人和数据输出的映射
管理功能块是服务接口功能块的一种,实现在一个功能组件范围内管理各个应用
本部分附录B 给出了应用管理要求和功能块类型示例,并定义了管理功能块控制的功能块的行为
13
GB/T18759.5一2016 8.6应用模型 8.6.1概述 个应用由功能块网络组成,其网络节点为功能块或子应用及相关参数(如图10所示),网络分支 为数据连接和事件连接
一个应用可以分布在同一个或不同装置的着干个功能组件之间
功能组件可 以响应通信和过程接口接收到的事件,或响应本功能组件内部事件 事件响应可包括 -算法的调度和执行 变量的修改; 附加事件的生成 与通信接口和过程接口互操作
事件流 执行控制图 执行控制图 执行控制图 功能块 功能块 功能块 或子应用 或子应用 或子应用 实例1 实例3 实例2 数掘流 图10应用模型 8.6.2应用管理要求 应用管理的功能主要包含开放式数控系统的功能组件管理和应用管理服务
针对功能组件属性进行创建、初始化、启动、停止、删除和询问,并对其提供可用性和状态进行 管理: -数据类型 -功能块类型和实例; -功能块实例之间的连接
对装置所属各个功能组件属性进行创建、初始化、启动、停止、删除和询问,并对其提供可用性 b 和状态变化进行管理
状态机的变化图参见附录B 8.7系统、装置、功能组件的配置 8.7.1概述 ONC系统、装置、功能组件和应用配置的规则如下 -ONC系统由互连的一些装置组成; 装置是相应装置类型的一个实例 14
GB/T18759.5一2016 -装置类型的功能能力是以与其相关的功能组件的术语来描述的 -功能组件是相应的功能组件类型的一个实例 -功能组件类型的功能能力是以该功能块类型的术语来描述的,而这种功能块类型是可以被实 例化的而且已经存在特定功能块实例
ONC系统的配置应考虑与其相关的装置和应用配置,包括在每一个应用及与之相关装置的功能组 件中的各个功能块实例,进一步要求见GB/T15969.32005中第5章的规定
8.7.2系统配置 系统配置包括: 该系统名 在该系统中每一个应用的技术规范 -个装置可与它相美的功能组件的配置 每 8.7.3装置配置 装置的配置由下列部分组成 该装置的实例名和类型名; 对该装置参数的指定的配置值; 由该装置实例支持的功能组件类型,这里的装置实例是指除了为该装置类型指定的那些之外 的装置实例; 每一个功能块实例的实例名和类型名,这里指除了该装置定义之外的实例的功能块实例的实 例名和类型名 每一个数据连接和事件连接,这里指的是除了为该装置类型定义的那些之外的装置实例中出 现的 对该装置中的每一个功能组件的配置,这些功能组件包括在该装置类型技术规范中定义的每 一个功能组件实例加上与指定的装置实例相关的任一附加的功能组件
装置类型应包括 装置类型名 实例名、数据类型和装置每一个参数的初始化 -实例名、类型名和每一个功能块实例的初始化,指在该装置类型的每一个实例中应该具有的 每一个数据连接和事件连接,指在该装置类型的每一个实例中总是出现的; -功能组件实例的公告,这里的功能组件实例是指在该装置类型的每一个实例中出现的
8.7.4功能组件配置 功能组件的配置由下列部分组成: -其实例名和类型名; 由该功能组件实例支持的数据类型和功能块类型; 每一个功能块实例的实例名,类型名和初始化,指在该功能组成实例中出现的 -个数据连接、事件连接和适配器连接,指在该功能组件实例中出现的; 每 每 一个访问路径,指在该功能组件实例中出现的
功能组件类型应包括: -功能组件类型名; 实例名、数据类型和功能组件每一个参数的初始化; -数据类型和功能块类型的公告,这里的功能块类型是指能实现实例化的功能块类型 15
GB/T18759.5一2016 -数据连接和事件连接的最大数目,指能存在于该功能组件类型实例中的最大数目 每 个功能块实例的实例名,类型和初值,这是该功能组件类型的每一个实例应该具有的 每 一个数据连接和事件连接,指在该功能组件类型的每一个实例中总是出现的; 每一个访问路径,指在该功能组件类型的每一个实例中总是出现的
16
GB/T18759.5一2016 附录A 资料性附录 操作系统函数接口示例 A.1任务(进程)间通信调用函数接口示例 表A.1给出实时操作系统任务(进程)间通信调用函数接口示例
表A.1任务进程)间通信调用函数接口(示例 名称 主要接口参数 功能 异常终止一个进程
中止当前的过程,返回一个错误代码 abort 无 econds;指定秒数 在进程中设置一个定时器 alarm Sg信号 kil 传送指定的信号给指定的进程 Pid;进程号 无 暂停进程直到信号出现 pause 参数sig指定的信号发送给自身进程 raise se.系统信 Signum;信号编号 查询或设置信号处理方式 sigaction Signum:信号 用来将参数signum代表的信号从参数set信号集里制除 sigdelset 信号集 Set Set:信号集 清空信号集函数 sigermptyset sigillset Set:信号集 填充信号集函数 Signumn信号 测试某个信号是否在信号集中 sigismember Set:信号集里 signum;待处理信号 设置信号处理方式 signal handle;信号关联动作 igpendingset;信号集里 查询未决信号 sigprocmaskHow:当前信号屏蔽字修改方法检测或改变目前信号屏蔽字 暂停直到信号到来 lask;临时信号掩码 sigsuspend A.2实时任务(进程)间管理函数接口示例 表A.2给出实时操作系统任务(进程)间管理函数接口示例
表A.2实时任务(进程)间管理函数接口(示例 名称 主要接口参数 功能 无 _exit终止调用进程 eXIt 如果条件返回错误,则终止程序执行 assert Expression;判断表达式
GB/T18759.5一2016 表A.2(续 功能 名称 主要接口参数 Fune;函数指针 注册终止函数 atexit 无 clock 返回处理器调用某个进程或丽数所花费的时间 Filename;文件路径 exeel 用来执行指定的文件 参数 Argv]: File;文件名 execle 用来执行文件,并为新程序环境变量 Arg口];参数 File;文件名 exeelp 从PATH环境变量中查找文件并执行 Arg;参数 Pathname;文件路径 装人并运行其他程序的函数 eXecv Argv;参数 Filename;文件路径 执行文件路径 eXecve Argv];参数 File;文件名 从环境变量中查找文件并执行 execVp 无 终止正在执行的程序 exit fork 无 创建一个新进程 无 获取目前进程所属组识别码 getpgrp 无 取得进程识别码 getpid 无 取得父进程的进程识别码 getppid 将进程设置新的会话和进程组长 setsid Milliseconds;挂起时间 执行挂起一段时间 sleep Buf;时间结构体 获取系统自举后经过的时钟滴答数 times Status;子进程的退出码 等待子进程执行结束 wait 18
GB/T18759.5一2016 附 录 B 资料性附录 中 间 件 B.1中间件的定义 中间件处于应用软件之下,实时操作系统之上的“中间”,是承上启下的应用支撑平台,为应用软件 共享资源提供支撑,提供其运行与开发环境
具体包括:为运行在一台或多台机器上的多个应用进程提 供通信、计算,实时资源调度、设备驱动等服务
中间件提供的应用编程接口定义了一个相对稳定的高 层应用环境,不管底层的计算机硬件和系统软件怎样更新换代,只要将中间件升级更新,并保持中间件 对外的接口定义不变,可以实现应用软件在不同系统平台间的移植
B.2中间件的组成 数控系统中间件由通信模块、图形库,数学库,实时应用编程接口模块、插补模块、机床运动学模块、 轴控制模块、数控总线驱动模块等构成,其中通信模块可以实现数控系统间的网络互联、系统非实时空 间进程间通信;实时应用编程接口模块,插补模块,机床运动学模块、轴控制模块、数学库,图形库、数控 总线驱动模块等为上层应用软件挺供数控功能相关的资腺及服务 通信模块 通信模块通过通信中间件编程接口(AP)为上层应用软件提供通信服务
具体包括数控系统间的网 络互联与数控系统内部非实时空间内各进程间的通信两种,其中对于网络互联的通信包括面向局域(r广 域)等网络协议的通信;对于非实时空间内进程间通信,包括信号、管道、共享内存、消息队列等通信方式
-图形库 图形库中间件通过图形库编程接口为人机界面的开发提供服务
系统开发人员在进行人机界面开 发时,通过调用图形库接口,使用图形库中的系统资源
数学库 数学库中间件通过数学库编程接口为运动控制组件、任务控制器组件等提供服务
其由实时数学 库与非实时数学库两部分组成
系统开发人员通过调用数学库接口,使用数学库中的算法资源,满足系 统所要求的矢量求解、样条曲线拟合、插补计算、速度控制等
实时应用编程接口模块 实时应用编程接口模块通过实时操作系统应用编程接口为上层应用软件提供实时时钟,实时线程 扩展,实时通信、中断调度等服务
其中通过实时时钟,实时线程扩展、中断调度等调用实现数控系统的 实时线程调度与管理;通过实时通信调用实现非实时空间内进程与实时线程间通信以及实时空间内各 线程间的通信,其通信方式包括共享内存、信号量、FIFO队列、消息盒、互斥器等
此外,采用实时应用 编程接口模块,软件平台可以兼容多种实时操作系统,使用户不必关心实时操作系统的具体类型
插补模块 插补模块通过插补计算接口对运动控制组件提供插补服务
通过对插补计算接口的调用,可以实 现对运动段的初始化、插补及插补计算的启停控制等
此外,还可以设置运动段的加工模式,包括精准 停模式、混联模式、小线段连接模式等
-机床运动学模块 机床运动学模块通过机床运动学接口对运动控制组件提供服务
机床运动学中间件用于实现各机 19
GB/T18759.5一2016 床轴位置坐标与用户空间内轨迹点的位置坐标间的转换
铀控制模块 轴控制模块通过轴控制接口对轴运动控制功能组件提供服务
轴控制功能组件通过调用轴控制接 口实现对各轴运动参数初始化、控制量计算、控制结果输出等
数控总线驱动模块 数控总线驱动模块通过总线驱动接口为运动控制功能组件提供服务
运动控制模块通过调用总线 驱动接口控制硬件设备的运行以及获取硬件设备的运行状态
注:这里的模块指的是功能单元(功能组件、功能块或应用)
B.3中间件的描述 中间件实现数据系统基本功能并提供一组应用编程接口给上层应用软件调用
本部分规定中间件 可分为两种;功能块与功能组件
各中间件定义都包含中间件名称,接口定义组等基本要素
应用软件 根据功能需要,调用指定的接口,然后,由实现该接口功能的中间件完成相应的处理,最后将处理结果提 供给应用软件
本部分以机床运动学中间件为例进行说明
中间件名称:trivkins 接口组 intkinematicsForwardconstdouble joint， EmcPose关world const tINEMATcsFoRwARDrL.AGsimaes KINEMATICS_INVERSE_FLAGS关iflags) intkinematicsInverse(constEmcPose world， double*joint. nsKINEMATcs_INVERsE_FLAGs
iflags co1 KINEMATcs_roRwARDFLAGs
ifag) B.4服务接口功能块标准事件输入、输出示例 服务功能块可使用表B,1列出的标准事件输人、事件输出、数据输人和数据输出
表B.1服务接口功能块的标准输入和输出 1/0类型 引脚名 注;服务原语 语义 此事件输人将被映射到一个请求原语request NIT 原语;request(请求) primitive),该原语请求由其功能块实例提供服务的初始 化,也就是通信连接或过程接口模块的初始化 事件输人 此事件输人将被映射到由其功能块实例提供服务的请原语;request REQ 求原语(requestprimitive) (请求 此事件输人将被映射到由其功能块实例提供服务的应原语;response RSP 答原语(rquestprimitive) 应答 20
GB/T18759.5一2016 表B.1(续 引脚名 注;服务原语 I/O类型 语义 confirmprinmitive),该 原语;confirm 此事件输出将被映射到确认原语(G INITO 原语指示服务初始化过程的完成 确认 此事件输出将被映射到确认原语 (confrmprimitive),该原语confrm 事件输出 CNF 原语是由其功能块实例提供服务的 确认 此事件输出将被映射到由其功能块实例提供服务的提原语;indieation IND 示原语indieationprimitive 提示 此输人代表对于服务原语(servieeprinmitive)的限定者， 其服务原语是映射到事件输人的
例如,若这个输人对原语serice QI;H0(OL 个INIT事件的出现而言是真的TRUE),则请求了 服务 初始化服务,若是假的(FAL.sSE),则终止了该服务请求 此输人包括一个或多个与服务有关的参数,典型例子 PARAM: -个结构性数据类型实例的几个要素
当此输人出现 ANY 时其功能块类型技术规范将定义其数据类型和缺省的 数据输人 初始值 这些输人包括与请求(reqest)和应答(response)原语相 关的数据
其功能块类型技术规范将定义其数据类型 原语.uest SD1, 和这些输人的缺省值,并将定义与它们相关的事件输 Response 人,这个事件输人是事件顺序图中的输人 SDm;Any 请求应答) 注1:该功能块类型技术规范可以定义这些输人的别的 名字 此变量代表对于服务原语(s primitive)的限定者， erV1ce 其服务原语是映射到事件输出的
例如,对一个INITo原语;serviee QO;B0(O儿L 事件出现而言,这个输出的值是真的,则提示这个服务 服务 的初始化是成功的;其值是假的,则提示初始化不成功 此输出的数据类型datatype对eventoutput的出现而 STATUS: 言,是该服务的适于表达其状态的data type 此 ANY 注2:服务技术规范可以指示:这些output的值对 数据输出 场合是无关的,例如, 对INITO十.ND十和DNF十 这些output包括与conirm原语和indication原语有关 的数据
其功能块类型技术说明将定义这些output的 原语:confirm RD1, datatype和初始值，并将定义与它们相关的event Indieation RDm;AYoutput,这个output 足 t顺序图中的output event 确认指示 注3:该功能块类型技术说明可以定义这些output的别 的名字
B.5管理功能块的行为-运行状态机 管理功能块的行为-运行状态机如图B.1所示,状态表如表B.2所示,转换条件表如B3所示
21
GB/T18759.5一2016 t5 图B.1管理功能块状态和转换条件图 表B.2管理功能块状态表 状态 条件 DLE s0 RUNNING sl s2 STOPPED KILLED s3 表B.3管理功能块转换条件表 转换 条件 tu CREATE sTART t2 STOP t3 RESET t4 t5 DELETE t6 KILI 22
GB/T18759.5一2016 B.6管理功能块实例 图B.2给出管理功能块类型的通用形式,其实例满足应用管理要求 EVENT IN INITO EVENT EVENT REO CNF EVENT MANAGER Q1 B0oL Qo B0oL wSTRING PARAMS STATUS UINT UINT CMD RESU儿T -BYTE[512] OBECT BYT51Z 图B.2管理功能块类型通用形式 要执行的管理操作将用管理功能块的cMD输人的值来表示,其值对应在表B.4中给出
表B.4CMID输入值和语义 值 命令CMD 语义(semantiec) CREATE创建 创建指定的对象(objeet DELETE(删除 删除指定的对象 START(开始 开始指定的对象 STOP(停止 停止指定的对象 READ(读 从访问路径中读数据 wRITE(写 向访问路径写数据 KIlL(杀掉 标记指定的对象不可运行 QUERY询问 请求指定对象的信息 管理功能块sTATUS输出的值及其语义,将在表B.5中描述,表示完成指定命令(cMD)的结果
表B.5STATUS输出值和语义 值 状态(status 语义(semantics》 RDY就绪 无错误 BADPARAMs(坏-参数) 无效的PARAMS输人值 LocAL-TERMINATIoN(局部-终了 应用初始化终了 sYsTEM-TERMINATIoN(系统-终了 系统-初始化终了 3 NOT-READY(未就绪 管理程序不能处理该命令 UNSUPPORTEIDCMD(不支持-命令 请求的命令不被支持 UNSUPPORTEDTYPE(不支持-类型 请求的对象类型不被支持 NO-SUCH-OB]ECT(无-此类-对象 参照的对象不存在 无败的对象技术说明语法 INVALIDOBECT无效-对象 23
GB/T18759.5一2016 表B.5(续》 值 状态(status 语义(semantics 命令操作对于指定的对象是无效 INVAL.IDoPERATIoN(无效-操作) 10 INVAL.DSTATE(无效-状态 命令操作对于当前状态是无效 11 OVERFLOw溢出 以前的转换静止挂起 管理功能块CMD语法,在表B.6中描述 表B.6命令语法 命令cMD 对象oBEcT 结果REsULT CREATE 类型-公告) type-declaration data-typename fltype-declaration(功能块-类型-公告) btype-name fDinstance-deelaration(功能块-实例-公告 linstancereferenee conneetion-pathdeclaration(访问-路径-公告 access-path-name datatype-name(数据-类型-名字) DELETE data-type-name btypename(功能块类型-名字) fbtype-name e(功能块-实例-参照 fb-instancereference fbtype-natme connection-de 1-definition n(连接-定义) connection-d -definition access-path-name(访问-路径-名字) access-pat path-name START linstance-reference(功能块-实例-参照 fbinstancereference application-name(应用-名字 application-name STOP flbinstance-reerence(功能块-实例-参照 binstance-reference applicationnamme(应用名字) applicationname KILL ce(功能块-实例-参照 finstancereference( f-instancereference QUERY s(全部-数据-类型 all-data-types( data-type-list all-btypes(全部-功能块-类型 btype-list data-type-name(数据-类型-名字 ype-declarationm fbtypename(功能块-类型-名字 btype-declaration flinstancereference(功能块-实例参照 Hb-Status connection-startpoin(连接-开始-点 conneetion-endpoints e(应用-名字) application-name( f-instance-list 访问路径-名字) access-path-name access-path-declatration READ access-pathname(访问-路径-名字) accessee sed-datal wRITE access=path-data aceess-path-name 2
GB/T18759.5一2016 附 录c 资料性附录 应用编程接口(API) C.1应用编程接口的定义 应用编程接口是预先定义的一些函数接口,应用软件可以通过调用该接口实现对系统平台功能与 资源的利用,又无需访问源码或理解内部工作机制的细节
具体系统平台功能与资源包括;用于运动控 制功能调用的插补计算、机床运动学变换,轴控制算法、数控总线驱动等;用于人机界面开发、坐标系转 换、路径及速度规划等所需的图形库、数学库函数调用;用于对实时操作系统中实时内核资源的调用;用 于对实时操作系统中通用内核的通信、标准库函数、存储管理,进程控制等系统资源的调用
c.2应用编程接口的描述 根据被访问对象的模块类型,应用编程接口访问方式可分为三种;面向对象的方法,基于功能单元 的函数调用方法常规函数调用的方法
本部分采用基于功能单元的丽数调用方法实现接口访问,由系 统的功能单元(功能组件,功能块和应用)或者由操作系统直接提供应用编程接口.各接口定义都包含接 口名称,形式参数、返回值(输出参数)等基本要素
应用软件根据功能需要,调用指定的接口,并输人相 应的参数值,经功能单元(功能组件、功能块和应用)处理后,处理结果以返回值(输出参数)的形式提供 给应用软件
本部分仅举实例进行说明如下 编程接口名:tp_Init(TP_STRUCT tp 参数: p指针变量 功能;初始化tp变量所指向的运动段队列 返回值:返回值为0时初始化成功,否则不成功 编程接口名:tp_RunCyele(TPSTRUCT tplongperiod 参数 tp指针变量period插补周期 功能;运动段插补计算,根据p结构体当前状态,包括运动段类型,当前段规划的进给速度等以及 period所指定的插补周期确定下一周期插补点命令位置 返回值;返回值为0时初始化成功,否则不成功 编程接口名p_Adal.ne(TP_sTRucT”pPoeend，doublevd，doubleini_mavel，dowbe acc) p指针变量,end终点位置,编程速度,im_nmaxwd允许最大速度,c加速度 参数 vel,inimaxvel 功能;向tp所指向的运动段队列中添加直线运动段,end为直线终点坐标,type cal为相关的初始化参数 acc， 返回值;返回值为0时初始化成功,否则不成功 c3应用编程接口示例 C.3.1实时任务应用编程接口 函数功能 创建一个实时任务,但是并不启动该任务 25
机械电气设备开放式数控系统第5部分：软件平台GB/T18759.5-2016
随着机械电气设备领域的不断发展，数控系统已经成为了现代制造业中不可或缺的一部分。而开放式数控系统则是近年来新兴的一种数控系统形式，它具有通用性强、可扩展性好、定制化能力强等优点。GB/T18759.5-2016是机械电气设备开放式数控系统第5部分的软件平台标准，下面我们来详细了解一下。 首先，GB/T18759.5-2016规定了开放式数控系统的软件框架，包括了操作系统、应用程序接口（API）、通信协议等方面的内容。通过这些规定，可以保证不同厂家的开放式数控系统之间可以实现互联互通，从而提高了整个制造流程的效率和准确性。 其次，GB/T18759.5-2016对于软件平台的安全性做出了一些要求。其中包括数据安全、网络安全等方面的内容。这些要求的制定，可以保证机械电气设备在使用开放式数控系统时，数据和信息的安全性得到了充分的保障。 此外，GB/T18759.5-2016还规定了软件平台的可扩展性和定制化能力。这些要求使得开放式数控系统不仅可以满足普通用户的需求，还可以根据不同用户特定的需求进行个性化的开发和应用。这种灵活性和可定制化的能力，大大提高了机械电气设备生产过程中的效率和精度。 总之，GB/T18759.5-2016是机械电气设备开放式数控系统的重要标准之一，它规定了软件平台的相关要求和规范，保证了开放式数控系统在整个制造流程中的有效性和安全性。因此，在机械电气设备领域使用开放式数控系统时，必须遵守该标准的相关要求和规范，从而实现更高效、更精确的生产过程。
