工業機械數控系統中的數控裝置和伺服傳動裝置在得到廣泛應用的同時，對相關的通信接口標準的需求也越來越強烈，本文針對在制定國家標準時的認識作相應的介紹。 一 項目簡況及背景 本項目是根據國家質量技術監督局、原機械工業部“一九九五年機械工業科學技術發展計劃”（機械工業標準制、修訂部分）的安排．由北京機床研究所作為負責起草單位 等效采用I E C 1 4 9 I：19 9 5國際標準制定的Ⅸ工業機械電氣設備控制與驅動裝置間實時串行通信數據鏈接 國家標準（計劃編號為97440306（109）），這一標準的制定工作目前正在進行審查修改過程中，這一標準將由全國工業機械電氣系統標準化技術委員會歸口。 工業機械的數控系統包括數控裝置和伺服傳動裝置．隨著伺服傳動技術的發展．數字伺服傳動裝置得到了廣泛的應用 不同制造廠家生產出不同的數控裝置和伺服傳動裝置．由于沒有標準的通信接口，目前大部分數據伺服系統只能與本廠的CNC系統匹配，不能互相兼容使用，限制了它的更廣泛應用。為了解決這一問題，1990年由德國一些著名CNC和伺服系統制造商與德國斯圖加特大學等共同發起成立了SERCOS協會，開發和制定了數控裝置和伺服傳動裝置之間的串行實時通信系統SERCOS（Serial real time communicat,ion system），其目的是在德國建立一個CNC與數據伺服系統接口標準，并開發出相關的產品，保證產品的互換性 參照這一系統，1995年11月，國際電工委員會頒布了CEI／IEC 1491工業機械電氣設備一控制器和傳動裝置間實時通信的串行數據鏈路（ELectricaL equip—merit of industrial machines—Serial data link for real timecommunication between controls and drives）的國際標準（簡稱SDL系統）。SDL系統規定數控裝置和伺服傳動裝置間采用光纜為傳輸介質的串行接口的拓撲結構、報文格式、數據內容、數據交換協議等。它使設計和制造有了統一標準的通信接口、使數控裝置與數字伺服裝置間的互相兼容成為可能。下面分別對本標準主要內容進行概括。 二 SDL系統的拓撲結構及組成 所謂SDL系統，實質上是數控裝置與數字伺服裝置間的通信網絡。圖1就是一個典型的SDL系統拓撲邏輯結構示意圖。控制單元經過接口把指令信號、系統狀態及監控信號傳輸給數字伺服傳動裝置。數字伺服傳動裝置接受指令后開始工作，并把傳感器反饋信號、數字伺服傳動裝置的狀態及監控信號送回控制單元。SDL根據需要可以采用單環或多環結構 數控裝置和數字伺服傳動裝置之間由光纜作為數據傳輸的介質 在環中，數控裝置的一端稱主站（Ma ste r）。數字伺服傳動裝置的一端稱從站（Slave）。主站連接環中的從站 一個主站僅控制同一個環中的各個從站。一個從站根據需要可以連接一個數字伺服傳動裝置或多數字伺服傳動裝置。如果每個主站僅連接一個從站就形成星形拓撲。信息在環中的變換是在數控裝置與數字伺服傳動裝置之間交換，而不是在數字伺服傳動裝置間交換，其信息流是單向的。 數控裝置和數字伺服傳動裝置間的通信是實時通信。一個典型的裝置包括轉矩環、速度環和位置環。SDL系統應能處理所有的三種工作方式。 ☆ 數字伺服傳動裝置僅有轉矩控制； ☆ 數字伺服傳動裝置有速度和轉矩控制： ☆ 數字伺服傳動裝置有所有的閉環控制，包括位置控制。 三 數據傳輸的分層結構 國際標準化組織ISO于1984年提出‘開放系統互連基本參考模型’OSI 規定開放系統通信體系結構。它具有七層結構，從低到高分別為物理層、數據鏈路層、網絡層、運輸層、會話層、表示層和應用層 但OSI系統及其一系列協議標準只是概念上和功能性的體系結構，并沒有規定具體實現的規范及細節 SDL系統雖然具有分級功能，但不象OSI那樣具有完整的結構 圖2詳細地說明了主站和從站傳輸層之間的結構。最高的傳輸層為非周期性傳輸，在非周期性傳輸之上為應用層，應用層包括程序指令 由非周期性傳輸支持，非周期性傳輸由周期性傳輸支持。 四 數據內容及分類 數據內容按傳輸方式分為周期性傳輸及非周期性傳輸數據。表l和表2為周期性和非周期性傳輸數據內容。 周期性傳輸的數據特點是‘快’和‘同步’，以滿足實時通信的要求。非周期性傳輸的數據范圍比較廣泛，但速度比周期數據慢得多。傳輸的數據和序列在系統初始化時確定。 數據的類型分為： ☆ 工作數據 它指由SDL系統處理的數據．這些數據由系統賦予識別數（IDN：identification number） SDL系統不僅是一個數據傳輸系統 而且提供許多數據格式和指令用來控制數控裝置 數字伺服傳動裝置和機床 所有這些數據和指令組成數據塊 識別數IDN使數據塊具有名稱、屬性、單位、最小和最大輸入值 及數據本身。這些數據通過IDN進行存儲。系統共有216=65535個可使用的識別數。其中0～32767為系統定義的標準數據。而32768到65535保留由數控裝置和數字伺服傳動裝置的生產廠家定義。 ☆ 參數 為了保證系統無差錯工作．應用參數對數字伺服傳動裝置和數控裝置進行調整。 ☆ 系統程序指令 用來激發數字伺服傳動裝置或數字伺服傳動裝置和數控裝置之間的功能。 ☆ 指令和反饋值 通常作為周期性數據包含在報文中。 根據數據在系統中的作用還可分為： ☆ 服務通道數據 在數控裝置和數字伺服傳動裝置之間通行并通過服務通道的數據 服務通道是由MDT中具體的控制字和狀態字所指定的周期或非周期數據傳輸，如在數控裝置端某些數據的輸入或顯示。 ☆ 周期數據 每次通信周期中可配置的報文數據部分。在數控裝置和數字伺服傳動裝置之間．設計允許以一定的字長組合為2字節和4字節的數據串交換周期數據。 ☆ 初始化數據這個數據初始化通信系統，并且定義數控裝置和數字伺服傳動裝置的工作參數。 五．數據交換協議 數據交換協議的主要作用是用來敘述數據格式、時序和通信系統數據交換中的差錯修正。系統數據交換是在主站和從站間交換。它包含工作數據和程序指令的數據交換。所有工作數據和程序指夸被賦予識別數IDN，具有IDN的數據塊包含幾個單元，如圖3數據塊結構所示。在服務通道SDL系統辨別周期性或非周期性數據的傳送。當進行周期性數據交換時，只有數據塊中單元7的操作數據可以被傳送。所有數據塊的單元傳送只能通過服務通道。非周期性數據交換通過周期性數據交換的專門數據場分幾步進行。 數據交換的形式和長度取決于SDL系統的條件和數字伺服傳動裝置的工作方式， 即是位置控制、速度控制還是轉矩控制。重要的信息，如從數字伺服傳動裝置來的狀態信號或數控裝置到數字伺服傳動裝置的控制信號總是周期地傳送。其它工作數據的傳送是周期（如指令、反饋值）或非周期（如極限值）要取決于應用情況。在主站和從站或數字伺服傳動裝置之間所有的數據交換要通過所定義的報文。有三種不同的報文形式，MST，MDT和AT。 ☆ 主站同步報文MST，作為同步用， 由主站在傳輸周期的開始發出。 ☆ 指夸報文MDT，作為指夸值，由數控系統向伺服傳動裝置發出。 ☆ 伺服傳動報文AT，由數控系統向伺服傳動裝置發出實際值。 報文中管理段的處理由系統自動進行。數據場包含具體的確定信息、它根據三種不同的報文和接口狀態進行處理。 系統首先進行初始化。經過通信階段CP0、CP1，CP2、CP3，才達到正常的工作狀態CP4。 六 lEC 1491國際標準的應用情況 具有關資料顯示，SDL可工作在4Mbit／s；最多每個環可連接254個數字伺服傳動裝置。可編程的周期為0．062ms、0．125ms、0．25ms或任何0．25ms的整數倍。圖1所示的拓撲結構包括一個32位的指令值（例如位置或速度）和一個l6位的極限指令值（例如轉矩），數字伺服傳動裝置可 傳輸位置或速度、轉矩的實際值給數控裝置。同時系統也允許傳遞達到8k bits／s的非周期數據，如參數、診斷和文本。這樣的系統可 用來產生預定的運動，比如一個具有2ms周期，增量為2ram、加速度為l000mm／s2的梯形運動、產生電子齒輪控制、形成電子凸輪等。 美國通用汽車公司傳動部（GM Drivetrain Div．）把SERCOS系統作為網絡的一部分用在它的開放模塊結構的控制器（OMAC）中。 THOMSON公司已經取得了SERCOS接口用單片控制器的生產許可，生產出SERCOS Interface Controller SERCOS410A ASIC芯片，可供其他數控裝置和伺服生產廠家使用。 采用SERCOS410A終端控制器作為主站（一臺），再用若干從站組成連接線路，在各終端使用微型機，采用NRZI編碼，傳送速度可達2—4Mbf／s。 從以上的情況可以看出，速度和可靠性對于數控裝置和數字伺服裝置之間的開放的通信是非常重要的，隨著技術的發展，精度和速度對SDL系統的要求也越來越高。另外，由于SDL系統比較復雜，因此目前在許多國家的控制系統中還沒得到廣泛的應用。但是由于它對于開放系統的重要性，它必將會得到重視。