通用工业协议(CIP).ppt

1、1 1Common Industrial Protocol Common Industrial Protocol 通用工业协议通用工业协议（CIPCIP）第十章第十章2 2主主 要要 内内 容容 l10.110.1 CIPCIP协议简介协议简介l10.210.2 CIPCIP的特点的特点l10.310.3 CIPCIP的对象模型的对象模型l10.410.4 CIPCIP的设备描述的设备描述l10.510.5 DeviceNetDeviceNet现场总线现场总线l10.6 10.6 ControlNetControlNet现场总线现场总线3 3主主 要要 内内 容容 l10.110.1 CIPC

2、IP协议简介协议简介l10.210.2 CIPCIP的特点的特点l10.310.3 CIPCIP的对象模型的对象模型l10.410.4 CIPCIP的设备描述的设备描述l10.510.5 DeviceNetDeviceNet现场总线现场总线l10.6 10.6 ControlNetControlNet现场总线现场总线4 410.1 CIP协议简介协议简介 ODVAODVA（Open Open DeviceNetDeviceNet Vendor Association Vendor Association）和）和CICI（ControlNetControlNet International In

3、ternational）两大工业网络组织汇聚）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。了全球范围内众多的、领先的工业自动化公司。ODVAODVA和和CICI已经正式签署协议，已经正式签署协议，共同推动基于共同推动基于CIPCIP（通用工业协议）的工业网络，包括：（通用工业协议）的工业网络，包括：EtherNetEtherNet/IP/IPControlNetControlNetDeviceNetDeviceNet 5 5信息信息设备设备自动化和控制自动化和控制24vdc509-BOD24vdc509-BOD以太网控制网设备网10.1 CIP协议简介协议简介6 6Commo

4、n Industrial Protocol(CIP)Common Industrial Protocol(CIP)通用工业协议通用工业协议lCIP包含了各种工业实时控制需要的服务和行规(Profiles);lCIP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。通用工业协议通用工业协议CIPCIP（C Common I Industrial P Protocol）设备应设备应用描述用描述App ProfilesLay 7应用层应用层7 7对于用户而言，对于用户而言，所有所有CIPCIP工业网络是无缝集成的工业网络是无缝集成的“一种一种”网络网络DeviceNetSpe

5、cificationEthernet(IEEE 802.3)CAN(ISO 11898)ControlNetSpecificationControlNet SpecificationApplicationCIP DeviceProfilesData LinkPhysicalNetworkTransportSessionPresentationDeviceNet SpecificationEthernet CSMA/CD(IEEE 802.3)Future?Internet ProtocolUDPTCPCIP EncapsulationCIP Message Routing,Connection

6、 ManagementCIP Data Management ServicesExplicit Messages,I/O MessagesCIP Application LayerApplication Object LibraryMotor StarterPneumatic ValvesAC DrivesPosition ControllerOther ProfilesCIPDeviceNetEtherNet/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，

7、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。DeviceNetControlNetEtherNet/IPCIPCIPCIPCIP8 8从上图中可以看出:lDeciveNet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lControlNet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lEtherNet/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

8、TCP/IP的HTTP协议。9 9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：l 实时性：数据传输所花的时间少。l 确定性：数据传输所花费的时间可预测性强。l 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。l 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，对比如下图示表表10-1 310-1 3种种CIPCIP网络对比网络对比1111Adaptation and Data Link LayerOther NetworksApplication

9、 Object LibraryCIP Application LayerExplicit,I/O,RoutingCIPApplicationLayerUser LayerPhysicalLayerSemicon DevicesValvesDrivesOther ProfilesDeviceNet Data Link Layer(CAN)ControlNet Data Link Layer(CTDMA)FuturesDeviceNet Physical LayerControlNet Physical LayerFuture(Firewire,USB,Blue Tooth)DeviceNetCo

10、ntrolNetEtherNet/IP(CSMA/CD)TCPUDPEncapsulationEthernet Physical LayerIPOther Safety ProfilesSafety Application Object LibraryCIP Safety Application LayerSafety I/O Profiles标准信息准信息安全信息安全信息CIP Safety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时间标记发送方和送方和接收方接收方ID号号安全安全CRC数据数据冗余冗余 动态动态 检测检测重复数据包重复数据包数据数据丢失失数据插入

11、数据插入错误顺序序数据数据损坏坏数据延数据延迟安全数据安全数据间的的结合合安全数据和安全数据和标准数据准数据间的的结合合数据在网数据在网桥和路由器中增加的和路由器中增加的延延迟时间采用下列方法来检测错误CIP Safety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CIP Safety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。l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

12、程序的上载下载、系统维护、故障诊断、设备配置等。l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。10.2 CIP10.2 CIP的特点的特点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。l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

13、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。l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。10.2 CIP10.2 CIP的特点的特点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:l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基于源/目的地模型的网络

14、报文格式目的地模型的网络报文格式1717l 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数据校验和图图3-413-41基于生产者基于生产者/消费者模型的网络报文格式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”“现在时间八点整现在时间八点整

15、”“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1919 1#I/O框架框架 N#I/O框架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 Et

16、herNet/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/Consumer v.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。2121 1、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。10.310.3 CIPCIP的对象模型的对象模型2222CIP“对象”技术v.s