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从技术上讲，我们可以按其协调控制的结构把运动控制划分为两类：①主轴/从轴运动控制，即主轴的定位生成一个或多个从轴的定位命令；②多维的运动控制协调结构，其中没有主轴、从轴之分，而是由多个轴构成集合，称之为轴组（或轴集合）。只有这样才可能进行更好的轨迹和路径规划，解决CNC、机器人等的复杂运动控制问题。
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PLCopen运动控制规范针对形式各异的运动控制形态进行抽象，分别制定单轴和轴组的状态图，还制定了一系列的基本功能块，便于按运动控制的要求在各个状态之间转移。通过定义一组具有相关协调运动的功能性的功能块，以及定义一个高层级的状态图来链接该轴组内的多个单轴的状态图，达到多维运动控制的协调控制。图3-6给出在主/从结构下单轴和轴组的协调运动控制。
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图3-6 主/从结构下单轴和轴组的协调运动控制
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运动控制中最重要的是运动轨迹的控制，而轨迹控制的本质在于协调两个或多个轴的运动，令其以指定速度从某个起点沿着所规定的路径到达某个目标点。所谓路径可以是直线运动、圆周运动，或者是仿形运动。在三维空间中要规定一种路径（或者任意位置信息）需要一种坐标系。
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在PLCopen运动控制规范的第四部分，将坐标系定义为：与轴相关的坐标系ACS，与机械相关的坐标系MCS，与产品或工件相关的坐标系PCS。
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为了解决数控机床和机器人实际应用中必须妥善处理的一些关键技术问题，PLCopen的运动控制规范第四部分给出了关键技术的描述：坐标系变换和逆变换、运动学变换和逆变换、运动轨迹规划、运动混成（blending）、速度和加速度平滑（buffering）。
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为什么需要样条路径插补和加速度平滑？以五轴联动数控机床为例。五轴线性刀具的路径由一系列的指令定义，每一个离散指令包含位置和方向信息，其中位置向量描述刀尖点的轨迹，方向矢量描述刀轴的方向。对这些离散指令进行线性插值，就获得了刀具的连续运动。将数控指令发给数控系统后，数控系统将在机床动力学特性的约束下，实时规划出每一个轴的位置、速度和加速度。因此，刀具路径将影响机床进给的动态特性。如果刀具路径是线性的，刀具运动被定义为相邻轨迹之间的直线段运动。在线段连接点处，刀具估计的切向和曲率都是不连续的。考虑到数控机床的最大加速度和加速度变化率（跃度）都是有限值，所以这种不连续往往会使进给速度产生波动。这种波动将造成机床的真实进给速度一般要低于数控代码中指定的进给速度。因此，用光滑的参数样条曲线来取代线性刀具路径，显然是提高加工效率和加工表面质量的重要方法。综上所述，五轴样条轨迹插补和加速度平滑是五轴联动高速高精度轨迹跟踪的关键技术。
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插补型运动控制的基本部分是对轴组实施一连串连续且具有缓冲（buffered）的运动命令的混成。如果没有混成，轴组的TCP会向前运动至命令所要求的位置，然后减速并精准地停在该位置不动，接下去的缓冲减速运动命令不会被激活。显然，轴组必须再加速。在许多应用中，会要求TCP具有不同的行为特性，要求不停顿的连续运动。这是因为这样可以减少加工处理的循环时间（例如抓取和放置），或者是为了减少机械应力，生成平滑的运动。另外，有些应用要求TCP进行恒速运动（如喷涂、焊接、胶合等）。诸如此类的要求都可以用不同类型的运动混成加以满足，其共同点是通过修正原始的路径，得到平滑而没有拐角的轨迹。
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在多轴协调运动控制中，插补的运动命令的混成不同于单轴上运动的混成。对单轴而言，命令所指定的位置总是达到的。在多轴协调运动中，在到达（或经过）命令所指定位置的时刻，可以按照缓冲模式（BufferMode）的输入参数改变速度。插补运动控制中的几类运动混成可考虑为与应用和过程相关，因此，还必须在插补运动控制中导入多种新的运动混成类型。不同的插补方法使用不同混成的输入参数，因此，要按所采用的插补方法改变混成的输入参数。运动控制产品供应商可根据自己的诀窍和经验来规定混成功能块的输入参数。
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PLCopen运动控制所定义的功能块使用户能迅速地识别其功能性，并且还能清晰了解在它被激活时，或在一系列运动命令中它与其他功能块相连接时，会发生些什么，也可以说会做些什么。在面向轨迹运动的编程中，可以用专门面向机器人的编程语言，也可以用CNC编程时常用的G代码，它们都可以在相当宽泛的应用中很好地描述机械运动。不过，这两种编程方法过于专业，也许不能适应于今后智能制造普遍且大范围的推广。总之，PLCopen运动控制规范的第四部分就是为了把运用在CNC和机器人控制中的功能性变换为能方便运用在PLC中的功能性，使得培训、掌握CNC和机器人编程更为容易。
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（5）PLC技术、机器人技术和CNC技术的融合发展
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智能制造和智慧工厂正在全球蓬勃发展，其中，首当其冲的关键问题就是CNC和机器人这些制造单元的开放架构。MES、ERP、CAM等都要求制造设备层能提供基于IT技术的软硬件接口。而且智能制造技术的实现也要求CNC、机器人与其他制造单元、设备之间建立开放性的网络和软件接口。与此同时，由于驱动技术和机器人技术的发展，使得用机器人来控制CNC加工单元成为可能。以上这些技术的进展，宣示了当前智能制造装置最前沿的一个值得关注的动向，这就是PLC技术、机器人技术和CNC技术正在呈现融合发展的趋势。
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不过，对于传统的CNC和机器人厂商来说，迄今为止，在开放架构上并没有非常方便和高效率的方案。这些传统厂商的硬件绝大多数是基于RISC的芯片，要迅速适应变化并非驾轻就熟。由此可见，用Intel的CISC芯片实现更为开放的IT集成更加容易。
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沿用传统的概念，PLC承担逻辑控制和顺序控制的任务，机器人控制器完成机器人运动规划的任务，而CNC控制器负责数控机床的控制，要将这三个系统集成在一起，将面临较高成本、难以达到同步运行、开发时间长等一系列的问题。此外，突破传统思维，充分发挥PLCopen运动控制规范的作用，让PLC、机器人、CNC技术融合在一个系统中从而成为现实可用的解决方案，其基础就是斯图加特大学ISG研究所的ISG Kernel。
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ISG-Kernel是一种涵盖几乎所有CNC、机器人和运动控制机械装置的控制软件解决方案。它可以嵌入到基于IEC 61131-3的PLC编程平台中，也可以作为一种独立的具有高端功能性的控制软件包使用。
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4.PLCopen的机械安全规范
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PLCopen制定机械安全规范的目的在于让用户的机械水平和工厂水平达到功能安全规范IEC 61508的要求。PLCopen与专业从事安全的机构TüV一起定义了在IEC 61131-3开发环境下涉及安全的规范。这必须由集成在IEC 61131-3软件开发平台上的安全专用软件工具支持，从而实现安全功能性的标准化，即：①定义与安全相关的函数集和功能块集；②在编程环境中进行支持，包括编程语言（LD、FBD）和功能性（安全数据类型和说明等）；③出错处理和诊断。
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按照功能安全国际工业标准IEC 61508第三部分的规定，编写功能安全软件的编程语言有两类，一类是全可变语言FVL（如C语言、C++、汇编语言等），另一类是有限可变语言LVL（如IEC 61131-3规定的5种语言，其中有LD、FBD等）。一个符合安全规范的PLC系统除了其硬件必须达到一定的SIL等级外，其软件部分往往由全可变语言FVL写成嵌入式的操作系统，而其安全应用程序则往往用有限可变语言LVL中的LD和FBD编写（见图3-7）。
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图3-7 符合功能安全的软件的基本概念
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PLCopen开发的机械安全规范与IEC 61131-3所支持的逻辑和顺序控制以及运动控制规范构成了一个统一的编程环境（见图3-8）。
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图3-8 在IEC 61131-3的编程环境下组合逻辑控制、运动控制和功能安全的功能