通用工业协议(CIP)课件.ppt

Common Industrial Protocol 通用工业协议（CIP）,,第十章,主 要 内 容,10.1 CIP协议简介 10.2 CIP的特点 10.3 CIP的对象模型 10.4 CIP的设备描述 10.5 DeviceNet现场总线 10.6 ControlNet现场总线,,主 要 内 容,10.1 CIP协议简介 10.2 CIP的特点 10.3 CIP的对象模型 10.4 CIP的设备描述 10.5 DeviceNet现场总线 10.6 ControlNet现场总线,,10.1 CIP协议简介,,ODVA（Open DeviceNet Vendor Association）和CI（ControlNet International）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/IP ControlNet DeviceNet,以太网,控制网,设备网,,10.1 CIP协议简介,Common Industrial Protocol (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。

CIP Message Routing, Connection Management,CIP Data Management Services Explicit Messages, I/O Messages,CIP Application Layer Application Object Library,,,,,,,,,,Semi- conductor,Valves,Drives,Robots,Other,通用工业协议CIP （Common Industrial Protocol）,设备应用描述 App Profiles,,Lay 7 应用层,,,对于用户而言，所有CIP工业网络是无缝集成的“一种”网络,,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B,B,DeviceNet,ControlNet,EtherNet/IP,,B,CIP,CIP,,,,B,,CIP,CIP,,,,,,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。

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10-1 3种CIP网络对比,,,Adaptation and Data Link Layer,Other Networks,Application Object Library,,,,,,,,CIP Application Layer Explicit, I/O, Routing,,Application Layer,User Layer,Physical Layer,Semicon Devices,Valves,Drives,Other Profiles,,,,DeviceNet Data Link Layer (CAN),ControlNet Data Link Layer (CTDMA),Futures,DeviceNet Physical Layer,ControlNet Physical Layer,Future (Firewire,USB, Blue Tooth),DeviceNet,ControlNet,EtherNet/IP,,,,,,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,,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,,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,,1、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10.2 CIP的特点,2、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10.2 CIP的特点,3、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基于源/目的地模型的网络报文格式,,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，也支持多播通信图3-41基于生产者/消费者模型的网络报文格式,,传统“源/目的”通讯模式，常又称为“主/从”模式 数据传输效率低,,,,,,,,,,,,,,,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,,,,identifier,data,crc,CIP通讯模式: Producer/Consumer更有效的实时工业网络通讯,,,,1# 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Producer/ Consumer v.s 主/从 1 输入模块共享 2 控制器之间实时数据通讯,,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10.3 CIP的对象模型,CIP“对象”技术v.s 传统设计让CIP产品开发及应用更简单,Data,Functions,Operations,,Object Model,,,,,,Application,Application,,,Connection,,,Device #2,Device #1,Connection Object,,,,,Connection Object,Application Object,Application Object,,,2、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10-1 CIP对象模 型（其中灰色的对 象是必须的，白 色的是可选的）,,CIP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CIP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10-2 CIP显式通信原理,,CIP隐式通信用于传输对时间有苛求的数据，基于生产者/消费者模型的，可以采用多播的方式图10-3 CIP隐式通信原理,,CIP“对象”技术编程举例,,设备描述是指对某一类型设备的重要性的描述CIP提供设备描述的目的是为了使不同设备供应商提供的设备能够相互操作，即在同一个网络中运行，且同一类型的设备能够互换 CIP设备描述要给出三方面的描述: 设备对象模型的定义 设备I/O数据的格式 设备配置的定义,,10.4 CIP的设备描述,10.5.1 DeviceNet概述 DeviceNet由原AB公司、即现在的罗克韦尔自动化公司于1994年开发，1995年4月交由开放式设备网供货商协会ODVA（Open DeviceNet Vendors Association）组织和管理。

ODVA是一个非盈利的独立组织，它负责DeviceNet规范的管理、修订、完善和发行，促进DeviceNet在全球的推广与应用10.5 DeviceNet现场总线,ODVA China于2000年7月6日成立，现有会员39家，其中33家为供货商会员，6家为用户会员 DeviceNet现已成为国际标准IEC62026-3，欧洲标准EN50325，中国国家标准GB/T18858.3-2002DeviceNet可以用来连接低级工业设备（如传感器，变送器或电机等）和高级工业设备（如PLC和工业计算机） DeviceNet的底层使用的是CAN总线规范DeviceNet是20世纪90年代中期发展起来的一种基于CAN技术的开放型、符合全球工业标准的低成本、高性能的通信网络它通过一根电缆将PLC、传。