控制及信息协议(CIP)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,控制及信息协议（CIP）,CIP网络概述,CIP（Commmon Industrail Protocol通用工业协议）是一种为工业应用开发的应用层协议，被DeviceNet、ControllNet、EtherNet/IP三种网络所采用，因此这三种网络相应地统称为CIP网络。三种CIP网络都已成为国际标准，DeviceNet、ControllNet、EtherNet/IP各自的规范中分别给出CIP的定义（以下称CIP规范），三种规范对CIP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CIP网络的网络模型和ISO/OSI参考模型对照如下图所示。,DeviceNet是一种基于控制器局域网（CAN）的网络，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CAN协议。,ControllNet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（Concurrent Time Domain Multiple AccessCTDMA）协议,EtherNet/IP是一种基于以太网技术和TCP/IP技术的工业以太网，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TCP/IP协议族中的协议，应用层除了使用CIP外，也使用了TCP/IP协议族中的应用层协议。,CIP网络特点,由于应用层采用CIP，相对而言CIP网络具有以下特点:,1、功能强大、灵活性强.,CIP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成的任务。其灵活性题现在对多种通讯模式和多种I/O数据触发方式的支持。,2、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/消费者（Producer/Consumer）模型的方式发送对时间有苛求的报文等方面。,三种CIP网络对比,依据网络底层采用的协议不同，每种CIP网络又有各自的一些特点。三种CIP网络对比见下表：,从表中可以看出DeviceNet具有节点成本低、网络供电等特点；ControlNet具有通讯波特率高、支持介质冗余和本质安全等特点；而EtherNet/IP作为一种工业以太网，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。,信息层网络：,提供高带宽、低确定性,的通信服务,自动化系统网络 控制层网络：,提供中等带宽、高确定,性的通信服务,设备层网络：,提供低带宽、低成本、,高确定性的通信服务,设备层网络：DeviceNet,控制层网络：ControlNet、EtherNet/IP,CIP的特点,1、报文,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。,CIP报文分为两种：,显式报文,：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。,隐式报文,：含义在网络配置时确定，用于传输对时间有苛求的数据。,DeviceNet：,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,ControlNet：隐式，预定时间段；显式，非预定时间段,EtherNet/IP：隐式，UDP；显式，TCP,2、面向连接,通信开始之前先建立连接，获取唯一的连接标识符（CID）。CID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、内部数据描述、源地址）。,CIP连接两种：,显式连接,：未连接报文管理器（UCMM）,AB连接建立过程：A广播发送请求,所有节点收到请求，判断,B判断发给自己,UCMM反应,广播发送响应,A接收，得到CID,连接建立,隐式连接,：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、网络连接。,传输类型4种：,LISTEN,ONLY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。,传输类7种，表327。,3、,生产者/消费者模型,工业网络两类：源/目的地模型，Profibus等；生产者/消费者模型，3种CIP网络，基金会现场总线,（1）基于源/目的地模型：根据目的地址判断是否发给自己,报文格式：,源地址,目的地址,数据,校验和,（2）基于,生产者/消费者模型,每个报文都有唯一的报文标识符（Message ID-MID），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，接收节点就知道发送给自己的报文MID是什么样的。然后，报文发送节点把MID、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文的MID来判断是不是发给自己的，如果是，就接收。,报文格式：,MID,数据,校验和,基于源/目的地模型的网络只支持点对点通信，基于生产者/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。CIP对多播的支持由CIP的原理决定，但同时也需要网络底层提供支持。比如，EthererNet/IP多播功能的实现需要用到IP多播技术。,多播通信的优点：,节约带宽，提高通信效率,可重复性好,可实现精确的同步,CIP隐式报文传输,基于生产者/消费者模型，可以采用多播方式,CIP显式报文传输,基于源/目的地模型，点对点,4、通信模式,CIP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3种模式的任意组合。,5、I/O数据触发方式,4种：位选通、轮询、状态改变和循环,选择合理的I/O数据触发方式，可提高网络利用率。,（1）,位选通,：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，返回输入数据/状态信息。适用于少量I/O数据的传输。,（2）,轮询,：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/状态信息。,（3）,循环,：每隔一定时间发送一次I/O数据，根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I/O数据的传输。,（4）,状态改变,：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。,状态改变和循环方式的I/O数据通信应答可有可无，位选通和轮询方式需有应答,。,CIP,OOP：Object Oriented Programming,面向对象的编程。,所谓“对象”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性质。,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。,行为：对象如何动作和响应。,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。,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，对象是类的实例。,OOP有安全性高、代码可复用等优点。,安全性：封装保证,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,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，实现对接口的复用,CIP对象模型,对象两种：,和通信有关，如连接对象,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有关的内部资源。,标识对象：给出设备的ID以及其他一般信息。,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,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。,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,CIP对象模型主要功能：,给出工业应用对象的标准定义；,通信,通信的实现：,寻址：4级，设备、类、对象、属性或服务。,类ID：16bit，属性ID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,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。,若CIP网络由几个子网构成，需进行桥接和路由选择。,类库,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,属性：,类属性,：属于该类的所有对象所共享的属性,对象属性,：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、可选的属性列表、可选的对象列表、最大的类属性ID、最大的对象属性ID。ID：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332、333、334,两个特殊类：,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,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到。,CIP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、汇编类、UCMM。,CIP设备描述,3个方面的内容：,给出设备的对象模型的定义,给出设备的I/O数据的格式,给出设备配置的定义,