开放式数控系统都采用模块化结构。数控系统内部模块与模块之间的相互通信，以及数控系统与外界（如与伺服系统）的信息传递都是通过相应的接口实现的。只有接口符合国际标准或行业事实标准，多个厂商的产品才能协调地组合在一起，从而满足可互换、可扩展、可移植和互操作等开放性要求。因此，真正的开放式数控系统，其接口必须符合标准。

数控系统的接口可分为两组——外部接口和内部接口^[68]。外部接口包括数控系统与企业管理网的接口、与伺服系统及I/O设备的接口及数控（Numericai Controi，NC）加工程序接口。目前各种外部接口都有相应的国际标准或行业事实标准：NC程序接口标准有ISO6983、STEP-NC；与伺服系统接口的标准有+/-10V模拟电压、SERCOS（Seriai Reai-time Communications Standard）、MACRO、FireWire等；与I/O设备接口标准有Profibus、Interbus、CAN总线等；与企业管理网接口主要采用局域网。开放式数控系统是由模块化、可复用、可重构的软件构件构成的，所谓内部接口，就是系统的构件之间交换信息的接口，也叫做应用程序接口（API）。

数控系统与伺服系统的接口主要有两种：模拟接口和数宇接口。

自数宇式伺服系统问世之后，模拟接口的缺陷变得越来越明显，因而从1986年开始，欧美等发达的工业化国家便开始了数宇式接口的研究，并逐渐形成了SERCOS（IEC61491）、MACRO、Fire Ware（IEEE1394）等通信协议。

MACRO是由美国DeitaTau公司开发，采用光纤或同轴电缆为传输介质构成环状通路，传输速率最高为125Mbit/s，支持位置、速度、转矩等多种伺服控制模式，每个环路可连接256个从站。虽然MACRO也有其他厂商支持，并非专有总线，但是它的实施协议并未成为国际标准，因此其适用范围和接受程度受到了一定的限制。另外Firewire也并非运动控制总线，而是一个物理层的定义，需要生产厂家增加协议、信息内容、数据格式、编码以构成基于Firewire的运动总线。它以双绞线为传输介质，采用树形结构，支持多个主站。每个主站可带8个从站，传输速率达400Mbit/s以上（各厂家稍有不同），支持位置、速度、转矩控制模式。由于基于Firewire的总线只有物理层符合国际标准IEEE-1394，厂家添加的部分没有统一的标准而各不相同，因此各厂家的产品存在难以互换或互操作的情况。SERCOS是用于运动控制与伺服系统之间的高速串行总线接口和数宇交换协议，在1995年被确认为IEC61491国际标准。它不仅能够实现工业计算机与数宇伺服系统之间的实时数据通信，而巨它还对I/O功能作出了相应规定，可以同时完成PC机与I/O设备之间离散数宇信号的实时通信。

最初，在PC机+运动控制卡的局部开放式数控系统中，有些具有SERCOS接口的运动控制卡实际上就集成了SERCOS主站功能^[69]。另外，也有厂商提供独立完成SERCOS主站功能的产品。SERCOS通信协议的处理是由主、从站上的ASIC芯片完成的，此时运动控制与伺服系统之间就是以该芯片上的双端口RAM作为接口进行数据交换的。

随着技术的进步，完全符合SERCOS标准的SoftSERCANS产品出现了。SoftSERCANS实际上是通过向开发人员提供软件接口以方便使用SERCOS协议的一种技术，可以将其看做是安装在主站卡上的软件，作用就像PC机上的打印机驱动程序，可以在网上免费获得。它以DLL（动态链接库）的形式为运动控制和伺服系统提供了API作为它们之间进行数据交换的接口。它的出现不仅使原来完成SERCOS的硬件得到简化，降低了SERCOS标准的实现成本，而巨使原来较为复杂的接口初始化过程相对容易，开发者可以在数控系统中更加方便地采用SERCOS标准。该类通信卡的生产厂家有Rexroth Indramat、Sci-worx、AUTOMATA等。

本书采用SoftSERCANS作为CNC与伺服驱动器之间的接口，因为SERCOS已经成为国际标准，通过SoftSERCANS技术实现SERCOS标准更加简便；另一方面，它同时可以完成PLC和I/O系统之间的通信，使整个系统的结构变得更为简单。总之，工业伺服现场总线的迅速发展及标准化的实现，为数控系统的开放性奠定了坚实的基础，它也是软件数控技术发展的又一个重要推动力。(www.daowen.com)

只有在数控系统的控制功能被细分成很多单元，巨各功能单元之间的接口被详尽地定义的情况下，不同的软件供应商才能提供具有各自特色的功能单元模块，数控系统才能真正做到不依赖于特定的供应商。所以，模块化是实现开放式数控系统的前提。

为了将数控系统内部的各模块协调地组合在一起，构成开放式数控系统，需要一组完整巨标准的API集合。这就要求有一个国际标准规定数控系统内部所有模块（包括实时部分，如运动控制、轴控制、PLC功能等）的接口。但目前还没有这方面的标准。

始于1992年欧共体的OSACA计划是开放式数控系统领域的第一个国际化研究工程，随后，日本的OSEC工程和美国的OMAC工程也做了相似的努力。它们都采用了模块化的结构，并规定了系统集成的内部接口——模块API。这三个国际化的工程在开放式数控系统领域最具影响力，而它们也都在为尽快形成开放结构控制器的国际标准而努力。

这三个国际化的工程在实现开放式数控系统方面都有很多有效的方法，但我们无法将这三个计划的结果简单地集成到一个统一的开放式数控系统中。而我们又非常需要一个通用的、能被各方所接受的巨被大多数数控系统一线厂商所支持的API接口国际标准，否则就会形成这样的情况：用很多“不依赖于特定供应商”的不兼容的数控系统替代了很多“厂商专有”的不兼容的数控系统，最终仍然达不到彻底开放的目的。

详细的比较表明：在技术上，OMAC更优秀一些；另外，OMAC是由美国三大汽车公司联合发起的，巨得到FANUC、SIEMENS、Aiien-Bradiey等著名数控系统生产厂商的支持。因此，无论是从技术还是从市场的角度看，开放式数控系统的国际标准都最有可能在OMAC的基础上形成。

开放式数控系统应该是模块化的，巨其外部接口及内部接口必须遵循一系列的国际标准或行业事实标准，没有全面的国际标准就不可能有真正的开放式数控系统。

鉴于此，本书研究的开放式数控系统采用模块化结构，数控系统内部模块与模块之间的相互通信，以及数控系统与外界（如与伺服系统）的信息传递都是通过相应的接口实现的。只有接口符合国际标准或行业事实标准，多个厂商的产品才能协调地组合在一起，从而满足可互换、可扩展、可移植和互操作等开放性要求。因此，真正的开放式数控系统，其接口必须符合标准。