机械电气设备网络接口与通信协议
1 范围
GB/T 18759的本部分规定了机械电气设备开放式数控系统中网络接口和通信协议规范，为开放式数控系统网络接口与通信协议的分析、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。
本部分适用于金属切削机床、锻压机床、特种加工机床等工业机械设备用的开放式数控系统。 2 基本要求 2.1 概述
开放式数控系统（ONC ）网络接口与通信协议是用于开放式数控系统及相关设备的信息集成、分布式网络管理及远程操作的通信接口与协议。为满足开放性、可靠性和安全性等要求，本部分提出的网络接口与通信协议以TCP/IP 为基础，由数据采集层、数据处理层、应用服务层组成。为了兼顾现有国际、国家标准或者事实标准，满足数控系统开放要求，本部分只对网络接口与通信协议进行规范。
本部分在开放式数控系统基本结构的基础上（见GB/T 18759.1-2002及GB/T 18759.2-2006），对开放式数控系统网络接口基本体系结构，以及所包含的信息模型、通信协议等加以规范，并在附录中给出相关应用示例，但并不对数控装置、部件、驱动器及I/O 等设备，以及第三方用户软件的具体实现作具体规定，
以满足开放性设计要求；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都被视为符合本部分的要求。 2.2 网络结构
开放式数控系统通过网络接口与通信协议实现设备的信息集成、网络管理与远程操作等，如图1所示。其基本功能是将数控系统及相关部件等设备在运行过程中所产生的实时和非实时数据等信息，按照信息模型和通信协议进行编码，变换为可在网络上传输的报文，并通过通信网络进行传输；同时将接收到的远程操作命令发送给本地数控系统，以实现本地的远程操作。
远远远
远
远远
远远
远远远远通信协议
远远远远
远远远远
远远远远
远远远远远远远远远远远远
...
远远远远远远远远
远远远远远远远
图1 ONC 网络结构（数控机床示例）
为实现开放式数控系统网络化功能，数控系统的网络接口间需要通过通信网络建立连接，并通过通信协议进行数据传输。通信网络为信息传递所经的媒介，其设备主要包括用于信号可靠传输的路由器、交换机、插头、插座、线缆及中继设备等；通信协议规定信息传输规则，主要包括连接方式、报文单元、报文格式、发送和接收时序等。 2.3 网络要求
针对开放式数控系统要求，网络接口与通信协议应该满足如下要求：
——开放性：网络接口与通信协议应具备开放性和可扩展性，以确保不同类型数控系统信息共享，并适应信息集成的发展要求。
——可靠性：网络应具有容错处理等机制，以支持可靠通信。
——安全性：网络应支持安全通信，以防止信息的非法访问和使用等，参见附录C 。 2.4 网络接口层次
网络接口以TCP/IP 为基础，由数据采集层、数据处理层、应用服务层组成，如图2所示。
远远远远远
远远远远远
远远远远远
图2 网络接口层次
数据采集层：实现本地数据的采集、存储以及针对远程操作命令的本地操作功能。以机床为例，采集数据主要包括设备识别信息（如系统型号、版本号等）、设备特性（如最大行程、行程范围等），以及设备运行数据（如当前运行状态、运行模式等），数据采集功能主要通过数控系统自身提供，其具体实现本部分不做具体规定；系统本地操作功能主要针对远程操作指令实现本地数控系统基本操作，包括工件程序的管理、系统参数的管理以及系统基本操作等，本地操作功能主要通过数控系统自身提供，其具体实现本部分不做具体规定。
数据处理层：实现采集数据处理和远程操作处理功能。采集数据处理功能依照信息模型的定义，将采集层所采集的信息进行打包，为应用服务层提供数据报文，实现数控系统的信息集成；远程操作处理功能通过对从远程操作接口获得的命令进行解析，转换成本地数控系统操作接口的命令。
应用服务层：通过HTTP 请求响应的机制处理相关数据，满足车间及更高级别的信息集成需求；同时接收用户的远程操作命令，实现本地远程操作。 3 信息模型 3.1 概述
网络接口通过信息模型来描述不同类型的数控设备，该模型定义数据和数据源的关系，并描述数控设
备的结构信息。信息模型使用统一术语描述数控设备信息单元，数据项是信息模型的基本单元。机床数控系统信息模型中的参考数据项示例参见附录A ，设备描述与数据流文件示例参见附录B 。
信息模型定义部件的结构特征以及部件之间的逻辑关系，顶层向下依次为设备，组件和子组件，如图3所示。通过不同的组合方式，适应不同的设备建模需求。
图3 面向信息的机械电气设备结构模型
3.2 数据项
数据项是信息模型中从设备、组件或者子组件中获取的信息单元。数据项一般包括数据项属性、数据来源和数据约束，其模型如图4所示。数据项属性定义数据项编号、数据项名称、数据单位等。
图4 数据项模型
3.3 设备
3.3.1 设备模型
设备表示逻辑上相关的所有组件的集合，其模型如图5所示。
图5 设备模型
3.3.2 设备属性
设备的属性包含了设备编号、设备名称等信息。
3.3.3 设备元素
设备元素包括设备数据项、描述信息、配置信息及设备包含的组件信息等，见表1。设备应包括一个可
用性数据项，该数据项用于标识当前设备能否对外提供信息。
表1 设备元素
3.4 组件
3.4.1 组件模型
组件将逻辑上相关的组件类型合并在一起，表示设备的构造特点和设备的功能特点。组件通过组件实例进行表述，组件实例按照组件模型将相关的子组件和数据项进行组织，并具备独立功能。组件实例一般包括控制装置、轴集、部件、传感器、安全门等。组件模型如图6所示。
图6 组件模型
3.4.2 控制器
3.4.2.1 控制器模型
控制器提供的信息包括设备运行状态和程序的执行情况等，其模型如图7所示。
图7 控制器模型
3.4.2.2 控制器属性
控制器属性包含了控制器的编号和控制器名称。
3.4.2.3 控制器数据项
控制器的数据项用于描述当前控制模式、执行状态等状态信息。控制器包含的数据项见表2。
表2 控制器包含的数据项