控制及信息协议(CIP)

控制及信息协议（CIP）CIP网络概述•CIP（CommmonIndustrailProtocol通用工业协议）是一种为工业应用开发的应用层协议，被DeviceNet、ControllNet、EtherNet/IP三种网络所采用，因此这三种网络相应地统称为CIP网络。三种CIP网络都已成为国际标准，DeviceNet、ControllNet、EtherNet/IP各自的规范中分别给出CIP的定义（以下称CIP规范），三种规范对CIP的定义大同小异，只是在与网络底层有关的部分不一样。•三种CIP网络的网络模型和ISO/OSI参考模型对照如下图所示。•DeviceNet是一种基于控制器局域网（CAN）的网络，除了其物理层的传输介质、收发器等是自己定义的以外，物理层的其它部分和数据链路都采用CAN协议。•ControllNet的物理层是自己定义的，数据链路层用的是同时间域多路访问（ConcurrentTimeDomainMultipleAccess―CTDMA）协议•EtherNet/IP是一种基于以太网技术和TCP/IP技术的工业以太网，因此其物理层和数据链路层用的是以太网的协议、网络层和传输层用的是TCP/IP协议族中的协议，应用层除了使用CIP外，也使用了TCP/IP协议族中的应用层协议。CIP网络特点•由于应用层采用CIP，相对而言CIP网络具有以下特点:•1、功能强大、灵活性强.•CIP网络功能的强大，体现在可通过一个网络传输多种类型的数据，完成以前需要两个网络才能完成的任务。其灵活性题现在对多种通讯模式和多种I/O数据触发方式的支持。•2、具有良好的实时性、确定性、可重复性和可靠性。主要体现在用基于生产者/消费者（Producer/Consumer）模型的方式发送对时间有苛求的报文等方面。•三种CIP网络对比•依据网络底层采用的协议不同，每种CIP网络又有各自的一些特点。三种CIP网络对比见下表：•从表中可以看出DeviceNet具有节点成本低、网络供电等特点；ControlNet具有通讯波特率高、支持介质冗余和本质安全等特点；而EtherNet/IP作为一种工业以太网，具有高性能、低成本、易使用、易于和内部网甚至因特网进行信息集成等特点。•信息层网络：提供高带宽、低确定性•的通信服务•自动化系统网络控制层网络：提供中等带宽、高确定•性的通信服务•设备层网络：提供低带宽、低成本、•高确定性的通信服务•设备层网络：DeviceNet•控制层网络：ControlNet、EtherNet/IPCIP的特点•1、报文•传输服务质量评价指标：确定性、单位时间内有通信行为的节点所占的比例、响应时间。•CIP报文分为两种：•－显式报文：包含解读该报文所需要的信息，用于传输对时间没有苛求的数据。•－隐式报文：含义在网络配置时确定，用于传输对时间有苛求的数据。•DeviceNet：隐式报文使用优先级高的报头，显式报文使用优先级低的报头•ControlNet：隐式，预定时间段；显式，非预定时间段•EtherNet/IP：隐式，UDP；显式，TCP•2、面向连接•通信开始之前先建立连接，获取唯一的连接标识符（CID）。CID的定义及格式与具体网络有关。•建立连接需要用到未连接报文（包含目的地址、内部数据描述、源地址）。•CIP连接两种：•－显式连接：未连接报文管理器（UCMM）•AB连接建立过程：A广播发送请求→所有节点收到请求，判断→B判断发给自己→UCMM反应→广播发送响应→A接收，得到CID→连接建立•－隐式连接：在网络配置时建立，过程复杂•连接层次（从上往下）：应用连接、传输连接、网络连接。•传输类型4种：•LISTEN＿ONLY连接依赖于另一个连接，若其所依赖的连接关闭，该连接也关闭。其余三种无依赖。•传输类7种，表3－27。•3、生产者/消费者模型•工业网络两类：源/目的地模型，Profibus等；生产者/消费者模型，3种CIP网络，基金会现场总线•（1）基于源/目的地模型：根据目的地址判断是否发给自己•报文格式：源地址目的地址数据校验和•（2）基于生产者/消费者模型•每个报文都有唯一的报文标识符（MessageID-MID），在发送报文之前，要在发送节点和接收节点之间建立连接，这样，接收节点就知道发送给自己的报文MID是什么样的。然后，报文发送节点把MID、数据、校验以及其他一些必要的信息组成报文，发送到网络上。报文接收节点根据报文的MID来判断是不是发给自己的，如果是，就接收。•报文格式：MID数据校验和•基于源/目的地模型的网络只支持点对点通信，基于生产者/消费者模型的网络除支持点对点通信外，还支持多播通信，即在网络上可以同时给几个其他节点发送报文。CIP对多播的支持由CIP的原理决定，但同时也需要网络底层提供支持。比如，EthererNet/IP多播功能的实现需要用到IP多播技术。•多播通信的优点：•－节约带宽，提高通信效率•－可重复性好•－可实现精确的同步•CIP隐式报文传输基于生产者/消费者模型，可以采用多播方式•CIP显式报文传输基于源/目的地模型，点对点•4、通信模式•CIP支持多种通信模式：主从（节点地位不平等）、多主（多个主节点）、对等（节点地位平等），或3种模式的任意组合。•5、I/O数据触发方式•4种：位选通、轮询、状态改变和循环•选择合理的I/O数据触发方式，可提高网络利用率。•（1）位选通：主节点发送广播报文（位选通命令报文），选中从节点发送位选通响应报文，返回输入数据/状态信息。适用于少量I/O数据的传输。•（2）轮询：以点对点方式发送轮询命令报文，接到命令的从节点通过轮询响应报文返回输入数据/状态信息。•（3）循环：每隔一定时间发送一次I/O数据，根据模拟量变化的快慢设定循环发送数据的时间间隔。适用于模拟I/O数据的传输。•（4）状态改变：事件触发方式，节点在其所监测的状态发生变化时发送数据。优点：效率高。缺点：长时间不发送数据，接收节点无法判断状态。可采用状态改变和循环相结合的方式解决。•状态改变和循环方式的I/O数据通信应答可有可无，位选通和轮询方式需有应答。CIP•OOP：ObjectOrientedProgramming,面向对象的编程。•所谓“对象”就是一个或一组数据以及处理这些数据的方法和过程的集合。它有属性、标识、状态、行为、方法、接口，并且通常对外提供一些服务。•属性：数据，用来描述对象所描述的东西的某种性质。•标识：区别一个对象和其他所有对象的属性。•状态：属性所取的值。•行为：对象如何动作和响应。•方法：函数（实现行为的一段程序）•接口：能被外部访问的方法和属性的集合。•服务：具备的功能。•类：对一组相似的对象的抽象。类是对象的模板，对象是类的实例。•OOP有安全性高、代码可复用等优点。•安全性：封装保证•代码复用途径两种：继承和构成•继承：子类继承父类的属性和方法•构成：一个类由其他几个类构成•多态性：对同样的请求作出不同的反应，实现对接口的复用CIP对象模型•对象两种：•－和通信有关，如连接对象•－和应用有关，如参数对象•隐式报文连接对象：负责分配和管理与显式连接有关的内部资源。•标识对象：给出设备的ID以及其他一般信息。•报文路由对象：用于传递显式报文•网络特有的对象：提供网络底层的配置和状态•汇编对象：用于把若干个对象的属性组合在一起，从而可以通过一个连接来传输若干个对象的数据。•应用对象：与设备具体功能有关的对象•参数对象：给出设备的所有参数•CIP对象模型主要功能：•－给出工业应用对象的标准定义；•－通信•通信的实现：•寻址：4级，设备、类、对象、属性或服务。•类ID：16bit，属性ID和服务编码：8bit•CIP地址分类：公开的、供货商指定的、对象类指定的•显式通信与隐式通信的差别：显式通信发送、接收报文均须报文路由器中转。•若CIP网络由几个子网构成，需进行桥接和路由选择。类库•类定义：类描述、类编码、属性、服务、行为等•类描述：对类的功能的一个简短描述•属性：•－类属性：属于该类的所有对象所共享的属性•－对象属性：每个对象独享的属性•7个保留类属性：版本号、对象的最大数目、对象的数目、可选的属性列表、可选的对象列表、最大的类属性ID、最大的对象属性ID。ID：1～7•类库中的类可分为与通信有关的类和与应用有关的类，表3－32、3－33、3－34•两个特殊类：•－链路生产者类：负责低层次的报文发送•－链路消费者类：负责低层次的报文接收•此两类对象不对外提供接口，它们的服务和属性描述的都只是内部行为，必须通过连接对象的属性和服务才能访问到。•CIP设备必须实现的类：标识类、信息路由器类、连接类、网络特有的类以及实现该设备基本功能所需要的若干类、汇编类、UCMM。CIP设备描述•3个方面的内容：•－给出设备的对象模型的定义•－给出设备的I/O数据的格式•－给出设备配置的定义