现场总线技术 第4章 通用工业协议CIP 现场总线技术及其应用 教学课件

2020/7/21现场总线技术及其应用第4讲胡青松2020/7/224通用工业协议（CIP）4.1CIP网络概况4.2CIP的特点4.3CIP4.4CIP设备描述4.5CIP设备开发4.6CIP网络组网4.7小结2020/7/234.1CIP网络概况通用工业协议CommonIndustrialProtocal–CIPCIP是设计工业控制设备的基于对象模型的一种方法（例如体系结构，数据类型，服务等），它是独立于特定网络的应用层协议，提供了访问数据和控制设备操作的服务集CIP在多种技术领域进行使用，如DeviceNet,ControlNet,Ethernet/IP2020/7/24DeviceNet发展史1994年3月时间发展推出该技术1995年6月向ODVA提供该技术和技术文本规范2000年2月2000年6月2002年10月8号DeviceNet进入中国ODVACHINA成立IEC62026现场总线标准之一DeviceNet被批准为国家标准2020/7/251.ODVA（OpenDeviceNetVendorAssosiation)即开放式设备网络供货商协会，是DeviceNet的一个组织结构，管理DeviceNet规范，推广DeviceNet在全球的发展与应用2.作用：组织技术培训、研讨活动及推广活动出版符合DeviceNet协议规范的产品目录提供一致性测试实验和工具3.ODVA网址：共同筹建的，主要就是引进DeviceNet技术，开发有关DeviceNet的产品，推广DeviceNet在中国的发展与应用。5.ODVACHINA网址：简介2020/7/26ControlNet发展史1995年10月RockwellAutomation推出ControlNet1996年10月发布ControlNet规范1997年7月成立ControlNetInternational组织2000年1月成为IEC61158标准之一2020/7/27ControlNetInternational简介为了促进ControlNet技术的发展、推广和应用，1997年7月由罗克韦尔自动化等22家公司联合发起成立了控制网国际组织（ControlNetInternational-CI）。同时，罗克韦尔自动化将ControlNet技术转让给了CI。CI是一个为用户和供货厂商服务的非盈利性的独立组织，它负责ControlNet技术规范的管理和发展，并通过开发测试软件提供产品的一致性测试，出版ControlNet产品目录，进行ControlNet技术培训等，促进世界范围内ControlNet技术的推广和应用。因而，ControlNet是开放的现场总线。截止1999年底，CI在全世界范围内拥有包括RockwellAutomation、ABB、Honeywell、Toshiba等70家著名厂商组成的成员单位。CI网址：简介从1998年开始，CI的一个特别兴趣小组（SpecialInterestGroup–SIG）开始尝试将DeviceNet和ControlNet所使用的CIP协议移植到以太网上。ODVA/CI联合了另外一个国际组织工业以太网协会（IndustrialEthernetAssociation–IEA）。2000年，ODVA、CI和IEA三个国际组织联合推出了EtherNet/IP。IEA网址：共享一个通用的应用层和用户层协议ACDrivesPneuValveSEMIDevicesPositionCntrllrsOtherProfilesApplicationObjectLibraryCIPApplicationLayerExplicit,I/O,RoutingDeviceNetDLL&TransportControlNetDLL&TransportencapsulationFuture?Future?UDPTCPIPDeviceNetPhysicalLayerControlNetPhysicalLayerEthernetphysicalLayerCIP用户层物理层传输和数据链路层应用层ATM,FirewireUSB,BlueTooth,etc.2020/7/210ThisisDeviceNetACDrivesPneuValveSEMIDevicesPositionCntrllrsOtherProfilesApplicationObjectLibraryCIPApplicationLayerExplicit,I/O,RoutingDeviceNetDLL&TransportControlNetDLL&TransportencapsulationFutureFutureUDPTCPIPDeviceNetPhysicalLayerControlNetPhysicalLayerEthernetphysicalLayerCIPUserLayerPhysicalLayerTransportandDataLinkLayerApplicationLayerATM,FirewireUSB,BlueTooth,etc.2020/7/211ThisisControlNetACDrivesPneuValveSEMIDevicesPositionCntrllrsOtherProfilesApplicationObjectLibraryCIPApplicationLayerExplicit,I/O,RoutingDeviceNetDLL&TransportControlNetDLL&TransportencapsulationFutureFutureUDPTCPIPDeviceNetPhysicalLayerControlNetPhysicalLayerEthernetphysicalLayerCIPUserLayerPhysicalLayerTransportandDataLinkLayerApplicationLayerATM,FirewireUSB,BlueTooth,etc.2020/7/212ThisisEthernet/IP(IPstandsforIndustrialProtocol)ACDrivesPneuValveSEMIDevicesPositionCntrllrsOtherProfilesApplicationObjectLibraryCIPApplicationLayerExplicit,I/O,RoutingDeviceNetDLL&TransportControlNetDLL&TransportencapsulationFuture?Future?UDPTCPIPDeviceNetPhysicalLayerControlNetPhysicalLayerEthernetphysicalLayerCIPUserLayerPhysicalLayerTransportandDataLinkLayerApplicationLayerATM,FirewireUSB,BlueTooth,etc.2020/7/2134.1CIP网络概况应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层ISO/OSICIP物理层CTDMAControlNetDeviceNetCIPCANCIP,HTTP,etc.以太网EtherNet/IPTCP/UDPIP,ICMP,etc.图4-1三种CIP网络的网络模型和ISO/OSI参考模型对照图同时间域多路访问2020/7/2144.2CIP的特点----报文显式报文（ExplicitMessage）显式报文用来上载和下载程序，修改设备组态，记载数据日志，作趋势分析和诊断等功能.它们的结构十分灵活，数据域中带有通讯网络所采用的协议信息和要求操作服务的指令,每个节点（设备）必须解释每个显式报文，操作所请求的任务，并生成回应。为按通讯协议解释这种显性报文，在真正要用到的数据上必须有较大一块的附加量(overhead)。这种类型的报文在数据量的大小和使用频率上都是非常不确定的。2020/7/2154.2CIP的特点----报文I/O报文（I/OMessage）–在本质上是隐性的，因而有时也称为隐式报文（ImplicitMessage），它的数据域中常不包括协议信息，仅仅是实时的I/O控制数据，这些数据的含义是预定义的。因而在节点中对处理这些数据所需的时间大大减小。–为解释这种类型的报文而必须引入的附加量(overhead)小，数据短，使用频率一致，并且需要高的性能：对I/O报文传送的可靠性，送达时间的确定性及可重复性有很高的要求。–过去，用于I/O控制的网络不能处理发送显性报文时在发送数据的时间及报文尺寸上的不定性因素。控制设备提供商不得不使用不同的网络来管理这两种不同报文类型的不同要求。西门子的ProfibusFMS/ProfibusDP网络就是这种情况的表现。2020/7/2164.2CIP的特点----报文表4-2各种类型的数据对传输服务质量的要求服务质量数据类型I/O或互锁故障诊断或配置程序上载或下载确定性高中低单位时间内发送或接收该类数据的节点占节点总数的比例高中低响应时间短中长2020/7/217CAN的数据帧格式帧结束1bit11bits1bit6bits0...8bytes15bits1bit1bit1bit7bits=3bits帧间隔ACK分隔符ACK应答CRC分割符CRC序列数据场控制区RTR位标识符帧开始帧间隔仲裁区2020/7/218ControlNet的数据帧格式2110-51021结束分隔符CRC校验数据源MAC地址开始分隔符前导码ControlNet的MAC帧格式（图中数字的单位为字节）2020/7/2194.2CIP的特点----面向连接在通讯开始之前必须建立起连接，获取唯一的连接标识符（ConnectionID-CID）连接–显式连接–隐式连接未连接报文管理器UnconnectedMessageManager-UCMM2020/7/2204.2CIP的特点----面向连接节点A节点B未连接显式请求报文未连接显式响应报文图4-2显式连接的过程2020/7/2214.2CIP的特点----面向连接应用连接传输连接网络连接2020/7/222连接的特点建立连接就是明确一个信息交换关系，明确信息源，目的地址，所使用的信息通道，以及识别这个信息的11位标识符。连接是单方向的，如果需要双向交换，要建立二个连接。可以对多个节点建立连接也可以对一个节点建立多个连接。DeviceNet对连接定义了多种属性，通过属性的定义规定一个连接的行为，比如信息长度、访问机制、数据生产方式，连接类型等。这也意味着对不同的数据可以用不同的规则交换，这样可以充分利用信道。连接可以动态建立和撤消。2020/7/223表4-3CIP传输类类编号类名称特点典型应用场合0基本最简单，功能最少I/O数据传输、诊断信息传输、控制器和操作员界面设备之间的通讯等1重复检测的在类0的基础上，增加了重复数据包检测功能2确认的在类1的基础上，增加了确认功能3校核的在类1的基础上，增加了校核功能4非阻塞的可进行双向数据传输两个应用之间的双向数据传输5非阻塞且破分的在类4的基础上，增加了报文的破分和重组功能两个应用之间的双向数据传输（最长65536B）6多播且破分的在类3的基础上，增加了报文的破分和重组功能报文的多播发送（最长65536B）2020/7/2244.2CIP的特点----生产者/消费者模型现今的工业自动化网络中有两种主要的网络模型，即源/目的地模型(Source/D