控制及信息协议(CIP).ppt

控制及信息协议（控制及信息协议（CIP））CIPCIP网络概述网络概述•CIPCIP（（Commmon Industrail ProtocolCommmon Industrail Protocol通用工业协通用工业协议）是一种为工业应用开发的应用层协议，被议）是一种为工业应用开发的应用层协议，被DeviceNetDeviceNet、、ControllNetControllNet、、EtherNet/IPEtherNet/IP三种网络三种网络所采用，因此这三种网络相应地统称为所采用，因此这三种网络相应地统称为CIPCIP网络三种三种CIPCIP网络都已成为国际标准，网络都已成为国际标准，DeviceNetDeviceNet、、ControllNetControllNet、、EtherNet/IPEtherNet/IP各自的规范中分别给各自的规范中分别给出出CIPCIP的定义（以下称的定义（以下称CIPCIP规范），三种规范对规范），三种规范对CIPCIP的定义大同小异，只是在与网络底层有关的部分的定义大同小异，只是在与网络底层有关的部分不一样•三种三种CIPCIP网络的网络模型和网络的网络模型和ISO/OSIISO/OSI参考模型对照参考模型对照如下图所示。

如下图所示 •DeviceNetDeviceNet是一种基于控制器局域网（是一种基于控制器局域网（CANCAN）的网络，）的网络，除了其物理层的传输介质、收发器等是自己定义的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以外，物理层的其它部分和数据链路都采用CANCAN协协议•ControllNetControllNet的物理层是自己定义的，数据链路层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（用的是同时间域多路访问（Concurrent Time Concurrent Time Domain Multiple Access―CTDMADomain Multiple Access―CTDMA）协议）协议•EtherNet/IPEtherNet/IP是一种基于以太网技术和是一种基于以太网技术和TCP/IPTCP/IP技术技术的工业以太网，因此其物理层和数据链路层用的是的工业以太网，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以太网的协议、网络层和传输层用的是TCP/IPTCP/IP协议协议族中的协议，应用层除了使用族中的协议，应用层除了使用CIPCIP外，也使用了外，也使用了TCP/IPTCP/IP协议族中的应用层协议。

协议族中的应用层协议CIPCIP网络特点网络特点•由于应用层采用由于应用层采用CIPCIP，相对而言，相对而言CIPCIP网络具有以下网络具有以下特点特点: :•1 1、功能强大、灵活性强、功能强大、灵活性强. . •CIPCIP网络功能的强大，体现在可通过一个网络传输网络功能的强大，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成的任务其灵活性题现在对多种通讯模式和多种种I/OI/O数据触发方式的支持数据触发方式的支持•2 2、具有良好的实时性、确定性、可重复性和可靠、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性主要体现在用基于生产者/ /消费者消费者（（Producer/ConsumerProducer/Consumer）模型的方式发送对时间有）模型的方式发送对时间有苛求的报文等方面苛求的报文等方面•三种三种CIPCIP网络对比网络对比•依据网络底层采用的协议不同，每种依据网络底层采用的协议不同，每种CIPCIP网络又有网络又有各自的一些特点三种各自的一些特点。

三种CIPCIP网络对比见下表：网络对比见下表：•从表中可以看出从表中可以看出DeviceNetDeviceNet具有节点成本低、网络供具有节点成本低、网络供电等特点；电等特点；ControlNetControlNet具有通讯波特率高、支持介质具有通讯波特率高、支持介质冗余和本质安全等特点；而冗余和本质安全等特点；而EtherNet/IPEtherNet/IP作为一种工作为一种工业以太网，具有高性能、低成本、易使用、易于和内业以太网，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部网甚至因特网进行信息集成等特点• 信息层网络：信息层网络：提供高带宽、低确定性提供高带宽、低确定性• 的通信服务的通信服务•自动化系统网络自动化系统网络￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿控制层网络：控制层网络：提供中等带宽、高确提供中等带宽、高确定定• 性的通信服务性的通信服务• 设备层网络：设备层网络：提供低带宽、低成本、提供低带宽、低成本、• 高确定性的通信服务高确定性的通信服务•设备层网络：设备层网络： DeviceNetDeviceNet•控制层网络：控制层网络： ControlNetControlNet、、 EtherNet/IPEtherNet/IPCIP的特点的特点•1、报文、报文•传输服务质量评价指标：确定性、单位时间内有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。

通信行为的节点所占的比例、响应时间•CIP报文分为两种：报文分为两种：•－－显式报文显式报文：包含解读该报文所需要的信息，用：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于传输对时间没有苛求的数据•－－隐式报文隐式报文：含义在网络配置时确定，用于传输：含义在网络配置时确定，用于传输对时间有苛求的数据对时间有苛求的数据•DeviceNetDeviceNet：：隐式报文使用优先级高的报头，显式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报文使用优先级低的报头•ControlNetControlNet：隐式，预定时间段；显式，非预定：隐式，预定时间段；显式，非预定时间段时间段•EtherNet/IPEtherNet/IP：隐式，：隐式，UDPUDP；显式，；显式，TCPTCP•2、面向连接、面向连接•通信开始之前先建立连接，获取唯一的连接标识通信开始之前先建立连接，获取唯一的连接标识符（符（CID）CID的定义及格式与具体网络有关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、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）内部数据描述、源地址）。

•CIP连接两种：连接两种：•－显式连接－显式连接：未连接报文管理器（：未连接报文管理器（UCMM））•AB连接建立过程：连接建立过程：A广播发送请求广播发送请求→→所有节点收所有节点收到请求，判断到请求，判断→￿→￿B判断发给自己判断发给自己→UCMM反应反应→→广播发送响应广播发送响应→A接收，得到接收，得到CID→连接建立连接建立•－隐式连接－隐式连接：在网络配置时建立，过程复杂：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、连接层次（从上往下）：应用连接、传输连接、网络连接网络连接•传输类型传输类型4种：种：•LISTEN＿＿ONLY连接依赖于另一个连接，若其所依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赖的连接关闭，该连接也关闭其余三种无依赖•传输类传输类7种，表种，表3－－27•3、、生产者生产者/ /消费者模型消费者模型•工业网络两类：源工业网络两类：源/ /目的地模型，目的地模型，ProfibusProfibus等；生等；生产者产者/ /消费者模型，消费者模型，3 3种种CIPCIP网络，基金会现场总线网络，基金会现场总线•（（1 1）基于源）基于源/ /目的地模型：根据目的地址判断是否目的地模型：根据目的地址判断是否发给自己发给自己•报文格式：报文格式：源地址目的地址数据校验和•（（2）基于）基于生产者生产者/ /消费者模型消费者模型•每个报文都有唯一的报文标识符（每个报文都有唯一的报文标识符（Message ID-MIDMessage ID-MID），在），在发送报文之前，要在发送节点和接收节点之间建立连接，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这样，接收节点就知道发送给自己的报文MIDMID是什么样的。

是什么样的然后，报文发送节点把然后，报文发送节点把MIDMID、数据、校验以及其他一些必、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文的MIDMID来判断是不是发给自己的，如果是，就接收来判断是不是发给自己的，如果是，就接收•报文格式：报文格式：MID数据校验和•基于源基于源/ /目的地模型的网络只支持点对点通信，基于生产目的地模型的网络只支持点对点通信，基于生产者者/ /消费者模型的网络除支持点对点通信外，还支持多播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通信，即在网络上可以同时给几个其他节点发送报文CIPCIP对多播的支持由对多播的支持由CIPCIP的原理决定，但同时也需要网络底的原理决定，但同时也需要网络底层提供支持比如，层提供支持比如，EthererNet/IPEthererNet/IP多播功能的实现需要多播功能的实现需要用到用到IPIP多播技术多播技术•多播通信的优点：多播通信的优点：•－节约带宽，提高通信效率－节约带宽，提高通信效率•－可重复性好－可重复性好•－可实现精确的同步－可实现精确的同步•CIP隐式报文传输隐式报文传输基于生产者基于生产者/ /消费者模型，可以采用多播消费者模型，可以采用多播方式方式•CIP显式报文传输显式报文传输基于源基于源/ /目的地模型，点对点目的地模型，点对点•4 4、通信模式、通信模式•CIPCIP支持多种通信模式：主从（节点地位不平等）、多主支持多种通信模式：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（多个主节点）、对等（节点地位平等），或3 3种模式的种模式的任意组合。

任意组合•5 5、、I/OI/O数据触发方式数据触发方式•4 4种：位选通、轮询、状态改变和循环种：位选通、轮询、状态改变和循环•选择合理的选择合理的I/OI/O数据触发方式，可提高网络利用率数据触发方式，可提高网络利用率•（（1））位选通位选通：主节点发送广播报文（位选通命令：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，返回报文），选中从节点发送位选通响应报文，返回输入数据输入数据/状态信息适用于少量状态信息适用于少量I/O数据的传输数据的传输•（（2））轮询轮询：以点对点方式发送轮询命令报文，接：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/状态信息状态信息•（（3））循环循环：每隔一定时间发送一次：每隔一定时间发送一次I/O数据，根数据，根据模拟量变化的快慢设定循环发送数据的时间间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隔适用于模拟I/O数据的传输数据的传输•（（4））状态改变状态改变：事件触发方式，节点在其所监测：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状态改变和循环方式的I/O数据通信应答可有可无，数据通信应答可有可无，位选通和轮询方式需有应答位选通和轮询方式需有应答CIP•OOPOOP：： Object Oriented Programming,Object Oriented Programming,面向对象面向对象的编程的编程 •所谓所谓“对象对象”就是一个或一组数据以及处理这些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：属性所取的值状态：属性所取的值•行为：对象如何动作和响应行为：对象如何动作和响应。

•方法：函数（实现行为的一段程序）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接口：能被外部访问的方法和属性的集合•服务：具备的功能服务：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：对一组相似的对象的抽象类是对象的模板，对象是类的实例类的实例•OOP有安全性高、代码可复用等优点有安全性高、代码可复用等优点•安全性：封装保证安全性：封装保证•代码复用途径两种：继承和构成代码复用途径两种：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，实现对接口的复多态性：对同样的请求作出不同的反应，实现对接口的复用用CIP对象模型对象模型•对象两种：对象两种：•－和通信有关，如连接对象－和通信有关，如连接对象•－和应用有关，如参数对象－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有关的内部资源•标识对象：给出设备的标识对象：给出设备的ID以及其他一般信息以及其他一般信息。

•报文路由对象：用于传递显式报文报文路由对象：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，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参数对象：给出设备的所有参数•CIP对象模型主要功能：对象模型主要功能：•－给出工业应用对象的标准定义；－给出工业应用对象的标准定义；•－通信－通信•通信的实现：通信的实现：•寻址：寻址：4级，设备、类、对象、属性或服务级，设备、类、对象、属性或服务•类类ID：：16bit，属性，属性ID和服务编码：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须报文路由器中转•若若CIP网络由几个子网构成，需进行桥接和路由选择。

网络由几个子网构成，需进行桥接和路由选择类库类库•类定义：类描述、类编码、属性、服务、行为等类定义：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类描述：对类的功能的一个简短描述•属性：属性：•－－类属性类属性：属于该类的所有对象所共享的属性：属于该类的所有对象所共享的属性•－－对象属性对象属性：每个对象独享的属性：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、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、最大的类属性可选的属性列表、可选的对象列表、最大的类属性ID、最、最大的对象属性大的对象属性IDID：：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：两个特殊类：•－链路生产者类：负责低层次的报文发送－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－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。

到•CIP设备必须实现的类：标识类、信息路由器类、连接类、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、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、汇编类、UCMMCIP设备描述设备描述•3个方面的内容：个方面的内容：•－给出设备的对象模型的定义－给出设备的对象模型的定义•－给出设备的－给出设备的I/O数据的格式数据的格式•－给出设备配置的定义－给出设备配置的定义。