控制及信息協(xié)議(CIP)

1、控制及信息協(xié)議（CIP）CIP網(wǎng)絡(luò)概述 CIP（Commmon Industrail Protocol通用工業(yè)協(xié)議）是一種為工業(yè)應(yīng)用開發(fā)的應(yīng)用層協(xié)議，被DeviceNet、ControllNet、EtherNet/IP三種網(wǎng)絡(luò)所采用，因此這三種網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)地統(tǒng)稱為CIP網(wǎng)絡(luò)。三種CIP網(wǎng)絡(luò)都已成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，DeviceNet、ControllNet、EtherNet/IP各自的規(guī)范中分別給出CIP的定義（以下稱CIP規(guī)范），三種規(guī)范對(duì)CIP的定義大同小異，只是在與網(wǎng)絡(luò)底層有關(guān)的部分不一樣。 三種CIP網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)模型和ISO/OSI參考模型對(duì)照如下圖所示。 DeviceNet是一種基于控制器局域網(wǎng)（

2、CAN）的網(wǎng)絡(luò)，除了其物理層的傳輸介質(zhì)、收發(fā)器等是自己定義的以外，物理層的其它部分和數(shù)據(jù)鏈路都采用CAN協(xié)議。 ControllNet的物理層是自己定義的，數(shù)據(jù)鏈路層用的是同時(shí)間域多路訪問（Concurrent Time Domain Multiple AccessCTDMA）協(xié)議 EtherNet/IP是一種基于以太網(wǎng)技術(shù)和TCP/IP技術(shù)的工業(yè)以太網(wǎng)，因此其物理層和數(shù)據(jù)鏈路層用的是以太網(wǎng)的協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層用的是TCP/IP協(xié)議族中的協(xié)議，應(yīng)用層除了使用CIP外，也使用了TCP/IP協(xié)議族中的應(yīng)用層協(xié)議。CIP網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn) 由于應(yīng)用層采用CIP，相對(duì)而言CIP網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn): 1、功能強(qiáng)大

3、、靈活性強(qiáng). CIP網(wǎng)絡(luò)功能的強(qiáng)大，體現(xiàn)在可通過一個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳輸多種類型的數(shù)據(jù)，完成以前需要兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)才能完成的任務(wù)。其靈活性題現(xiàn)在對(duì)多種通訊模式和多種I/O數(shù)據(jù)觸發(fā)方式的支持。 2、具有良好的實(shí)時(shí)性、確定性、可重復(fù)性和可靠性。主要體現(xiàn)在用基于生產(chǎn)者/消費(fèi)者（Producer/Consumer）模型的方式發(fā)送對(duì)時(shí)間有苛求的報(bào)文等方面。 三種CIP網(wǎng)絡(luò)對(duì)比 依據(jù)網(wǎng)絡(luò)底層采用的協(xié)議不同，每種CIP網(wǎng)絡(luò)又有各自的一些特點(diǎn)。三種CIP網(wǎng)絡(luò)對(duì)比見下表： 從表中可以看出DeviceNet具有節(jié)點(diǎn)成本低、網(wǎng)絡(luò)供電等特點(diǎn)；ControlNet具有通訊波特率高、支持介質(zhì)冗余和本質(zhì)安全等特點(diǎn)；而EtherNet/IP作

4、為一種工業(yè)以太網(wǎng)，具有高性能、低成本、易使用、易于和內(nèi)部網(wǎng)甚至因特網(wǎng)進(jìn)行信息集成等特點(diǎn)。 信息層網(wǎng)絡(luò)：提供高帶寬、低確定性 的通信服務(wù) 自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò) 控制層網(wǎng)絡(luò)：提供中等帶寬、高確定 性的通信服務(wù) 設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)：提供低帶寬、低成本、 高確定性的通信服務(wù) 設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)： DeviceNet 控制層網(wǎng)絡(luò)： ControlNet、 EtherNet/IPCIP的特點(diǎn) 1、報(bào)文 傳輸服務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)：確定性、單位時(shí)間內(nèi)有通信行為的節(jié)點(diǎn)所占的比例、響應(yīng)時(shí)間。 CIP報(bào)文分為兩種： 顯式報(bào)文：包含解讀該報(bào)文所需要的信息，用于傳輸對(duì)時(shí)間沒有苛求的數(shù)據(jù)。 隱式報(bào)文：含義在網(wǎng)絡(luò)配置時(shí)確定，用于傳輸對(duì)時(shí)間有苛求的數(shù)

5、據(jù)。 DeviceNet：隱式報(bào)文使用優(yōu)先級(jí)高的報(bào)頭，顯式報(bào)文使用優(yōu)先級(jí)低的報(bào)頭 ControlNet：隱式，預(yù)定時(shí)間段；顯式，非預(yù)定時(shí)間段 EtherNet/IP：隱式，UDP；顯式，TCP 2、面向連接 通信開始之前先建立連接，獲取唯一的連接標(biāo)識(shí)符（CID）。CID的定義及格式與具體網(wǎng)絡(luò)有關(guān)。 建立連接需要用到未連接報(bào)文（包含目的地址、內(nèi)部數(shù)據(jù)描述、源地址）。 CIP連接兩種： 顯式連接：未連接報(bào)文管理器（UCMM） AB連接建立過程：A廣播發(fā)送請(qǐng)求所有節(jié)點(diǎn)收到請(qǐng)求，判斷 B判斷發(fā)給自己UCMM反應(yīng)廣播發(fā)送響應(yīng)A接收，得到CID連接建立 隱式連接：在網(wǎng)絡(luò)配置時(shí)建立，過程復(fù)雜 連接層次（從上

6、往下）：應(yīng)用連接、傳輸連接、網(wǎng)絡(luò)連接。 傳輸類型4種： LISTENONLY連接依賴于另一個(gè)連接，若其所依賴的連接關(guān)閉，該連接也關(guān)閉。其余三種無依賴。 傳輸類7種，表327。 3、生產(chǎn)者/消費(fèi)者模型 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)兩類：源/目的地模型，Profibus等；生產(chǎn)者/消費(fèi)者模型，3種CIP網(wǎng)絡(luò)，基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線 （1）基于源/目的地模型：根據(jù)目的地址判斷是否發(fā)給自己 報(bào)文格式：源地址目的地址數(shù)據(jù)校驗(yàn)和 （2）基于生產(chǎn)者/消費(fèi)者模型 每個(gè)報(bào)文都有唯一的報(bào)文標(biāo)識(shí)符（Message ID-MID），在發(fā)送報(bào)文之前，要在發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間建立連接，這樣，接收節(jié)點(diǎn)就知道發(fā)送給自己的報(bào)文MID是什么樣的。然后，報(bào)

7、文發(fā)送節(jié)點(diǎn)把MID、數(shù)據(jù)、校驗(yàn)以及其他一些必要的信息組成報(bào)文，發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上。報(bào)文接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)報(bào)文的MID來判斷是不是發(fā)給自己的，如果是，就接收。 報(bào)文格式：MID數(shù)據(jù)校驗(yàn)和 基于源/目的地模型的網(wǎng)絡(luò)只支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，基于生產(chǎn)者/消費(fèi)者模型的網(wǎng)絡(luò)除支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信外，還支持多播通信，即在網(wǎng)絡(luò)上可以同時(shí)給幾個(gè)其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送報(bào)文。CIP對(duì)多播的支持由CIP的原理決定，但同時(shí)也需要網(wǎng)絡(luò)底層提供支持。比如，EthererNet/IP多播功能的實(shí)現(xiàn)需要用到IP多播技術(shù)。 多播通信的優(yōu)點(diǎn)： 節(jié)約帶寬，提高通信效率 可重復(fù)性好 可實(shí)現(xiàn)精確的同步 CIP隱式報(bào)文傳輸基于生產(chǎn)者/消費(fèi)者模型，可以采用多播方式 CIP顯

8、式報(bào)文傳輸基于源/目的地模型，點(diǎn)對(duì)點(diǎn) 4、通信模式 CIP支持多種通信模式：主從（節(jié)點(diǎn)地位不平等）、多主（多個(gè)主節(jié)點(diǎn)）、對(duì)等（節(jié)點(diǎn)地位平等），或3種模式的任意組合。 5、I/O數(shù)據(jù)觸發(fā)方式 4種：位選通、輪詢、狀態(tài)改變和循環(huán) 選擇合理的I/O數(shù)據(jù)觸發(fā)方式，可提高網(wǎng)絡(luò)利用率。 （1）位選通：主節(jié)點(diǎn)發(fā)送廣播報(bào)文（位選通命令報(bào)文），選中從節(jié)點(diǎn)發(fā)送位選通響應(yīng)報(bào)文，返回輸入數(shù)據(jù)/狀態(tài)信息。適用于少量I/O數(shù)據(jù)的傳輸。 （2）輪詢：以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式發(fā)送輪詢命令報(bào)文，接到命令的從節(jié)點(diǎn)通過輪詢響應(yīng)報(bào)文返回輸入數(shù)據(jù)/狀態(tài)信息。 （3）循環(huán)：每隔一定時(shí)間發(fā)送一次I/O數(shù)據(jù)，根據(jù)模擬量變化的快慢設(shè)定循環(huán)發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)間間

9、隔。適用于模擬I/O數(shù)據(jù)的傳輸。 （4）狀態(tài)改變：事件觸發(fā)方式，節(jié)點(diǎn)在其所監(jiān)測(cè)的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)。優(yōu)點(diǎn)：效率高。缺點(diǎn)：長(zhǎng)時(shí)間不發(fā)送數(shù)據(jù)，接收節(jié)點(diǎn)無法判斷狀態(tài)。可采用狀態(tài)改變和循環(huán)相結(jié)合的方式解決。 狀態(tài)改變和循環(huán)方式的I/O數(shù)據(jù)通信應(yīng)答可有可無，位選通和輪詢方式需有應(yīng)答。CIP OOP： Object Oriented Programming,面向?qū)ο蟮木幊?。 所謂“對(duì)象”就是一個(gè)或一組數(shù)據(jù)以及處理這些數(shù)據(jù)的方法和過程的集合。它有屬性、標(biāo)識(shí)、狀態(tài)、行為、方法、接口，并且通常對(duì)外提供一些服務(wù)。 屬性：數(shù)據(jù)，用來描述對(duì)象所描述的東西的某種性質(zhì)。 標(biāo)識(shí)：區(qū)別一個(gè)對(duì)象和其他所有對(duì)象的屬性。 狀

10、態(tài)：屬性所取的值。 行為：對(duì)象如何動(dòng)作和響應(yīng)。 方法：函數(shù)（實(shí)現(xiàn)行為的一段程序） 接口：能被外部訪問的方法和屬性的集合。 服務(wù)：具備的功能。 類：對(duì)一組相似的對(duì)象的抽象。類是對(duì)象的模板，對(duì)象是類的實(shí)例。 OOP有安全性高、代碼可復(fù)用等優(yōu)點(diǎn)。 安全性：封裝保證 代碼復(fù)用途徑兩種：繼承和構(gòu)成 繼承：子類繼承父類的屬性和方法 構(gòu)成：一個(gè)類由其他幾個(gè)類構(gòu)成 多態(tài)性：對(duì)同樣的請(qǐng)求作出不同的反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)接口的復(fù)用CIP對(duì)象模型 對(duì)象兩種： 和通信有關(guān)，如連接對(duì)象 和應(yīng)用有關(guān)，如參數(shù)對(duì)象 隱式報(bào)文連接對(duì)象：負(fù)責(zé)分配和管理與顯式連接有關(guān)的內(nèi)部資源。 標(biāo)識(shí)對(duì)象：給出設(shè)備的ID以及其他一般信息。 報(bào)文路由對(duì)象：用

11、于傳遞顯式報(bào)文 網(wǎng)絡(luò)特有的對(duì)象：提供網(wǎng)絡(luò)底層的配置和狀態(tài) 匯編對(duì)象：用于把若干個(gè)對(duì)象的屬性組合在一起，從而可以通過一個(gè)連接來傳輸若干個(gè)對(duì)象的數(shù)據(jù)。 應(yīng)用對(duì)象：與設(shè)備具體功能有關(guān)的對(duì)象 參數(shù)對(duì)象：給出設(shè)備的所有參數(shù) CIP對(duì)象模型主要功能： 給出工業(yè)應(yīng)用對(duì)象的標(biāo)準(zhǔn)定義； 通信 通信的實(shí)現(xiàn)： 尋址：4級(jí)，設(shè)備、類、對(duì)象、屬性或服務(wù)。 類ID：16bit，屬性ID和服務(wù)編碼：8bit CIP地址分類：公開的、供貨商指定的、對(duì)象類指定的 顯式通信與隱式通信的差別：顯式通信發(fā)送、接收?qǐng)?bào)文均須報(bào)文路由器中轉(zhuǎn)。 若CIP網(wǎng)絡(luò)由幾個(gè)子網(wǎng)構(gòu)成，需進(jìn)行橋接和路由選擇。類庫(kù) 類定義：類描述、類編碼、屬性、服務(wù)、行為等 類描述：對(duì)類的功能的一個(gè)簡(jiǎn)短描述 屬性： 類屬性：屬于該類的所有對(duì)象所共享的屬性 對(duì)象屬性：每個(gè)對(duì)象獨(dú)享的屬性 7個(gè)保留類屬性：版本號(hào)、對(duì)象的最大數(shù)目、對(duì)象的數(shù)目、可選的屬性列表、可選的對(duì)象列表、最大的類屬性ID、最大的對(duì)象屬性ID。ID：17 類庫(kù)中的類可分為與通信有關(guān)的類和與應(yīng)用有關(guān)的類，表332、333、334 兩個(gè)特殊類： 鏈路生產(chǎn)者類：負(fù)責(zé)低層次的報(bào)文發(fā)送 鏈路