通用工业协议(CIP)

11CommonIndustrialProtocol通用工业协议（CIP）第十章22主要内容10.1CIP协议简介10.2CIP的特点10.3CIP的对象模型10.4CIP的设备描述10.5DeviceNet现场总线10.6ControlNet现场总线33主要内容10.1CIP协议简介10.2CIP的特点10.3CIP的对象模型10.4CIP的设备描述10.5DeviceNet现场总线10.6ControlNet现场总线4410.1CIP协议简介ODVA（OpenDeviceNetVendorAssociation）和CI（ControlNetInternational）两大工业网络组织汇聚了全球范围内众多的、领先的工业自动化公司。ODVA和CI已经正式签署协议，共同推动基于CIP™（通用工业协议）的工业网络，包括：EtherNet/IPControlNetDeviceNet55信息设备自动化和控制24vdc509-BOD24vdc509-BOD以太网控制网设备网10.1CIP协议简介66CommonIndustrialProtocol(CIP)通用工业协议CIP包含了各种工业实时控制需要的服务和行规(Profiles);CIP将网络上数据按照有实时控制要求和没有实时控制要求以不同的优先等级区别对待。CIPMessageRouting,ConnectionManagementCIPDataManagementServicesExplicitMessages,I/OMessagesCIPApplicationLayerApplicationObjectLibrarySemi-conductorValvesDrivesRobotsOther通用工业协议CIP（CommonIndustrialProtocol）设备应用描述AppProfilesLay7应用层77对于用户而言，所有CIP工业网络是无缝集成的“一种”网络DeviceNetSpecificationEthernet(IEEE802.3)CAN(ISO11898)ControlNetSpecificationControlNetSpecificationApplicationCIPDeviceProfilesDataLinkPhysicalNetworkTransportSessionPresentationDeviceNetSpecificationEthernetCSMA/CD(IEEE802.3)Future???InternetProtocolUDPTCPCIPEncapsulationCIPMessageRouting,ConnectionManagementCIPDataManagementServicesExplicitMessages,I/OMessagesCIPApplicationLayerApplicationObjectLibraryMotorStarterPneumaticValvesACDrivesPositionControllerOtherProfilesCIPDeviceNetEtherNet/IPControlNetCTDMA就象同一种语言让不同地区的人们能够直接进行交流，CIP让DeviceNet、ControlNet以及EtherNet/IP网络无缝集成；无须附加编程，用户即可直接从任意一点访问、组态并维护以上任意网络中的任意设备。BBDeviceNetControlNetEtherNet/IPBCIPCIPBCIPCIP88从上图中可以看出:DeciveNet是一种基于CAN的网络，除了其物理层的传输介质、收发器是自己定义的以外，其他部分和数据链路层都采用的是CAN的协议ControlNet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（CTDMA）协议EtherNet/IP是一种基与以太网技术和TCP/IP技术的工业以太网，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，应用层出了使用CIP之外，也可以使用TCP/IP的HTTP协议。99从上图中可以看出，这三种网络的应用层都是使用CIP协议的，相对而言，CIP网络功能强大，具有很多特性：实时性：数据传输所花的时间少。确定性：数据传输所花费的时间可预测性强。可重复性：增加或减少网络节点，对数据传输所花费的时间影响较小。可靠性：数据传输的正确率高。1010从图中也可以看出，这三种网络底层采用的协议是不同的，因此每种CIP网络又有了一些新的特点，对比如下图示表10-13种CIP网络对比1111AdaptationandDataLinkLayerOtherNetworksApplicationObjectLibraryCIPApplicationLayerExplicit,I/O,RoutingCIPApplicationLayerUserLayerPhysicalLayerSemiconDevicesValvesDrivesOtherProfilesDeviceNetDataLinkLayer(CAN)ControlNetDataLinkLayer(CTDMA)FuturesDeviceNetPhysicalLayerControlNetPhysicalLayerFuture(Firewire,USB,BlueTooth)DeviceNetControlNetEtherNet/IP(CSMA/CD)TCPUDPEncapsulationEthernetPhysicalLayerIPOtherSafetyProfilesSafetyApplicationObjectLibraryCIPSafetyApplicationLayerSafetyI/OProfiles标准信息安全信息CIPSafety提供附加措施以减少错误发生并检测相关错误,以保证通讯整体安全1212时间标记发送方和接收方ID号安全CRC数据冗余动态检测重复数据包√√数据丢失√√数据插入√√√错误顺序√√数据损坏√√数据延迟√安全数据间的结合√安全数据和标准数据间的结合√√√√√数据在网桥和路由器中增加的延迟时间√采用下列方法来检测错误CIPSafety提供附加措施以减少错误发生并检测相关错误,以保证通讯整体安全1313长数据格式、多播传输、安全连接的数据格式CIPSafety提供附加措施以减少错误发生并检测相关错误,以保证通讯整体安全14141、报文CIP根据所传输的数据对传输服务质量要求的不同，把报文分成了两种：显式报文和隐式报文。显式报文：用于传输对时间没有苛求的数据，这种报文包含解读该报文所需要的信息。例如程序的上载下载、系统维护、故障诊断、设备配置等。隐式报文：用于传输对时间有苛求的数据，这种报文不包含解读该报文所需要的信息，其含义是在网络配置时就确定好了的。例如I/O报文、实时互锁报文等。10.2CIP的特点15152、面向连接CIP是一个面向连接的协议，也就是在通信开始之前必须建立起连接，获取唯一的标识符CID。建立连接时需要用到未连接报文管理器（UCMM）。根据报文的种类不同，连接也分为显式连接和隐式连接。显式连接：若节点A将与B建立显示连接，则它先以广播的方式发送一个显式连接的为连接报文，网络上所有的节点都接受到该请求，并判断是否是发给自己的，当B检测到是发给自己的后，其UCMM就会以广播的方式发送一个包含CID的未连接报文，A收到后得到CID，显式连接就建立了。隐式报文：它是在网络配置时建立的，建立过程较复杂，其中需要用到多种显式报文传输服务。10.2CIP的特点16163、生产者/消费者模型根据所基于的模型不同，工业网络可以分为两类:基于源/目的地模型的网络在基于源/目的地模型的网络中，每个报文都要指明源和目的地，如下图示。发送节点把报文发送到网络中，接收节点根据网络上报文的目的地址段是否与自己的地址相同来判断是否是发给自己的。该模型的网络只支持点对点通信。源地址目的地址数据校验和基于源/目的地模型的网络报文格式1717基于生产者/消费者模型的网络在基于生产者/消费者模型的网络中，每个报文都有唯一的报文标识符（MID），格式如下图所示。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应该接收的报文的MID是哪样的？然后发送节点把报文发送到网络上，接收节点根据报文的MID来判断是否是发给自己的。该模型的网络既支持点对点通信，也支持多播通信。MID数据校验和图3-41基于生产者/消费者模型的网络报文格式1818“现在时间八点整”“现在时间八点整”“现在时间八点整”“现在时间八点整”传统“源/目的”通讯模式，常又称为“主/从”模式–数据传输效率低“现在时间八点整”生产者/消费者通讯模式Producer/Consumer–又称之为出版者/订户模式（Publisher/Subscriber）–可实现点对多点Multicast、广播及轮循–更高的数据传输效率srcdstdatacrcidentifierdatacrcCIP通讯模式:Producer/Consumer更有效的实时工业网络通讯19191#I/O框架N#I/O框架输入先进的通讯管理模式Producer/Consumer：输入模块或某一控制器数据能同时送到同一EtherNet/IP上的多个控制器以及上位机。而在传统方式下，则需要通过主控制器先存储该输入后，再转发给其他需要的设备。CPUCPUCPUCPUCPUProducer/Consumerv.s主/从1输入模块共享2控制器之间实时数据通讯2020生产者/消费者模型（续）需要注意的是，CIP中仅隐式报文传输是基于生产者/消费者模型的，可以采用多播的方式，而显示报文传输都是基于源/目的地模型的。Profibus网络也是基于源/目的地模型的。4、通信模式和I/O数据触发CIP支持多种通信模式：包括主从、多主、对等、或者这三种的任意组合。CIP支持多种I/O数据触发方式：包括位选通、轮询、状态改变和循环。通过合理的I/O数据触发方式可以提高网络的利用率。21211、对象有关的基本概念对象，是人在其大脑中为客观世界中的某个东西建立的模型，而类是对一组对象的抽象，是这一组对象的模板，因而一个对象就是类的一个实例。对象是一些数据和操作的组合，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。10.3CIP的对象模型2222CIP“对象”技术v.s传统设计让CIP产品开发及应用更简单Struct{Statusbyte;CountInt;}Voidcalc(){y=mx+b;b++;}IdleRunFaultDataFunctionsOperationsObjectModelServicesAttributesBehaviorApplicationApplicationConnectionDevice#2Device#1ConnectionObjectConnectionObjectApplicationObjectApplicationObject23232、CIP对象模型CIP对象（如下图）可以分为：与通信有关的对象（如连接对象）与应用有关的对象（如参数对象）图10-1CIP对象模型（其中灰色的对象是必须的，白色的是可选的）2424CIP对象模型主要实现了两个功能：一是给出了工业应用对象的标准定义，二是实现通信。在此主要讲是如何实现通信的。寻址是实现通信的前提，CIP寻址分为四级：设备、类、对象、属性或服务。地址分为三类：公开的、供货商指定的和对象指定的。由于CIP的报文分为显式报文和隐式报文，所以根据通信时发送的报文类型的不同通信也分成两种:即显式通信和隐式通信。2525CIP显式通信用于传输对时间没有苛求的数据，它是基于源/目的地模型的，只能用于两个节点之间的通信，客户发出请求，服务器做出响应。显式通信可以访问任何对象的任何可从外部访问的数据。图10-2C