工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與人機(jī)界面組態(tài)課件 工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用

第六章工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用6.1概述

所謂工業(yè)以太網(wǎng)（IndustrialEthernet）技術(shù)，就是應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的以太網(wǎng)技術(shù)。眾所周知，以太網(wǎng)最初是為辦公自動(dòng)化設(shè)計(jì)的，因此沒(méi)有考慮工業(yè)自動(dòng)化的特殊要求。它采取的是CSMA/CD介質(zhì)訪問(wèn)控制機(jī)制，具有通信延時(shí)不確定的特點(diǎn)，不能滿足工業(yè)自動(dòng)化控制中對(duì)通信實(shí)時(shí)性的要求，因此，在20世紀(jì)90年代中期以前，很少有人將以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。

近幾年來(lái)，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及與推廣，以太網(wǎng)得到了飛速的發(fā)展，特別是以太網(wǎng)通信速率的提高、以太網(wǎng)交換技術(shù)的發(fā)展，給以太網(wǎng)的非確定性問(wèn)題的解決帶來(lái)了新的契機(jī)。首先，以太網(wǎng)通信速率的一再提高，從10M到100M到1000M甚至10Gbps，在相同通信量的條件下，通信速率的提高意味著網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的減輕和碰撞的減少，也就意味著確定性的提高；其次，以太網(wǎng)交換機(jī)為連接在其端口上的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)提供了獨(dú)立的帶寬，連接在同一個(gè)交換機(jī)上的設(shè)備不存在資源爭(zhēng)奪，這就相當(dāng)于每個(gè)設(shè)備獨(dú)占一個(gè)網(wǎng)段；第三章工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用第三章工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用

最后，全雙工通信技術(shù)為每一個(gè)設(shè)備與交換機(jī)端口之間提供了發(fā)送與接受的獨(dú)立通道，大大降低了（半雙工交換式以太網(wǎng)）或完全避免了不同以太網(wǎng)設(shè)備之間的沖突。因此，以太網(wǎng)成為“確定性”網(wǎng)絡(luò)，為它應(yīng)用于自動(dòng)化控制領(lǐng)域消除了主要障礙。與其他現(xiàn)場(chǎng)總線或工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)相比，以太網(wǎng)具有一下優(yōu)點(diǎn)：

（1）應(yīng)用廣泛。（2）成本低廉（3）通信速率高（4）軟硬件資源豐富（5）可持續(xù)發(fā)展，潛力大（6）易與Internet連接，能實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫集成。如今，以太網(wǎng)已成為企業(yè)信息管理層、控制層網(wǎng)絡(luò)的首選，并且有逐漸向下延伸直接應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間的通信的趨勢(shì)。以太網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：

工業(yè)以太網(wǎng)與商業(yè)以太網(wǎng)在技術(shù)上兼容，但在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，在材質(zhì)的選用、產(chǎn)品強(qiáng)度和適用性方面應(yīng)能滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需要。工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品需具有一下特性：（1）環(huán)境適應(yīng)性。具體包括機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性（如耐振動(dòng)、耐沖擊）、氣候環(huán)境適應(yīng)性（工業(yè)溫度要求為－40～85℃，并要耐腐蝕、防塵、防水）、電磁環(huán)境適應(yīng)性或電磁兼容性（EMC應(yīng)符合EN50081-2、EN50082-2）。

工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)具有的特性：

（2）可靠性由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品的可靠性提出了更高的要求。（3）安全性在易爆和可燃場(chǎng)合，工業(yè)以太網(wǎng)還需滿足防爆要求，包括隔爆、本質(zhì)安全兩種方式。（4）安裝方便適應(yīng)工業(yè)環(huán)境的安裝要求，如采用DIN導(dǎo)軌安裝。工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)具有的特性：3.2工業(yè)以太網(wǎng)原理與體系結(jié)構(gòu)6.2.1通信模型工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議有多種，如HSE、PROFINET、Ethernet/IP、MODBUS/TCP等，它們?cè)诒举|(zhì)上仍基于以太網(wǎng)技術(shù)（IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn))，對(duì)應(yīng)于ISO/ISO通信參考模型，工業(yè)以太網(wǎng)在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層均采用了IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)，在網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層則采用被稱為以太網(wǎng)“事實(shí)上”標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議族（包括UDP、TCP、IP、ARP、ICMP、IGMP等協(xié)議），它們構(gòu)成了工業(yè)以太網(wǎng)的低四層。在高層協(xié)議上，工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議通常都省略了會(huì)話層、表示層，而定義了應(yīng)用層。有的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議還定義了用戶層（如HSE），由于資料有限，這里僅以Ethernet/IP為主進(jìn)行介紹。圖6－1EtherNet/IP工業(yè)以太網(wǎng)通信模型和ISO/OSI參考模型對(duì)比

在應(yīng)用層使用了CIP（控制與信息協(xié)議），EtherNet/IP也具備CIP網(wǎng)絡(luò)所共有的一些特點(diǎn)。知識(shí)點(diǎn)補(bǔ)充：CIP網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)EtherNet/IP通信模型控制與信息協(xié)議（CIP）CIP簡(jiǎn)介

CIP(CommonIndustrialProtocol)通用工業(yè)協(xié)議是由ODVA(OpenDeviceNetVendorAssociation)維護(hù)的工業(yè)通訊協(xié)議。最初RockwellAutomation決定將DeviceNet開(kāi)放出來(lái)作為標(biāo)準(zhǔn)，從而誕生了ODVA這一組織。后來(lái)ODVA與ControlNetInternational合并形成了目前的不局限于管理DeviceNet的ODVA。ODVA的重要成員是:Cisco,Omron,RockwellAutomation,SchneiderElectric。目前ODVA管理著CIP通用協(xié)議及其若干網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)：DeviceNet,ControlNet,EtherNet/IP,CompoNet,以及CIPSafety,CIPMotion規(guī)范。

控制與信息協(xié)議（CIP）CIP是一種為工業(yè)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的應(yīng)用層協(xié)議，在DeviceNet/Controlnet采用了此協(xié)議后，由A-B推出的工業(yè)以太網(wǎng)EtherNet/IP也采用了此協(xié)議，因此這三種網(wǎng)絡(luò)均被成為CIP網(wǎng)絡(luò)。

CIP網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大、靈活性強(qiáng)、并具有很好的實(shí)時(shí)性、確定性、可重復(fù)性和可靠性，這主要依賴于CIP的設(shè)計(jì)。術(shù)語(yǔ)解釋：

實(shí)時(shí)性：數(shù)據(jù)傳輸所花費(fèi)的時(shí)間的多少確定性：數(shù)據(jù)傳輸所花費(fèi)的時(shí)間的可預(yù)測(cè)性的強(qiáng)弱重復(fù)性：增加或減少網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸所花費(fèi)的時(shí)間的影響及所產(chǎn)生影響的大小。

CIP網(wǎng)絡(luò)可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸多種類型的數(shù)據(jù)，完成了以前需要兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)才能完成的任務(wù)，體現(xiàn)出較強(qiáng)的優(yōu)越性。此外,CIP還體現(xiàn)出較強(qiáng)的靈活性，能夠支持多種通信模式及多種I/O數(shù)據(jù)觸發(fā)方式。CIP的主要特點(diǎn)（1）基于生產(chǎn)者/消費(fèi)者的網(wǎng)絡(luò)模型目前市場(chǎng)上的總線通信模型有較大的區(qū)別，根據(jù)所基于的模型不同，可以把工業(yè)網(wǎng)絡(luò)分為兩類：

1）基于源/目的地模型

2）基于生產(chǎn)者/消費(fèi)者模型（生產(chǎn)者是發(fā)送報(bào)文的節(jié)點(diǎn)，而消費(fèi)者是接受報(bào)文的節(jié)點(diǎn)?；谏a(chǎn)者消費(fèi)者模型的網(wǎng)絡(luò)除了CIP網(wǎng)絡(luò)外，還有基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（FF）。而PROFIBUS等是基于源/目的地模型的?？刂婆c信息協(xié)議（CIP）CIP的主要特點(diǎn)

生產(chǎn)者/消費(fèi)者模型是一種新型的網(wǎng)絡(luò)模型，它的每個(gè)報(bào)文都有唯一的報(bào)文標(biāo)識(shí)符（MID）,其格式如圖所示：源地址目的地址數(shù)據(jù)校驗(yàn)和MID數(shù)據(jù)校驗(yàn)和◆在發(fā)送報(bào)文之前，要在發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接受節(jié)點(diǎn)之間建立連接，這樣接受節(jié)點(diǎn)就知道了發(fā)給自己的報(bào)文的MID是什么樣的。CIP的主要特點(diǎn)

◆報(bào)文發(fā)送節(jié)點(diǎn)把MID、數(shù)據(jù)、校驗(yàn)和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)文接受節(jié)點(diǎn)根據(jù)報(bào)文的MID來(lái)判斷報(bào)文是不是發(fā)給自己的，如果符合接受條件，就接受該報(bào)文。

◆基于生產(chǎn)者/消費(fèi)者模型的網(wǎng)絡(luò)除了支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)外還支持組播通信，這樣通信效率就會(huì)更高，也因而成為其優(yōu)點(diǎn)之一。CIP的主要特點(diǎn)多播通信與點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信相比的優(yōu)點(diǎn)：

1）把同樣的報(bào)文發(fā)給多個(gè)節(jié)點(diǎn)，提高了效率

2）在多播通信中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)接受到報(bào)文的時(shí)間不受接受該報(bào)文的結(jié)點(diǎn)數(shù)多少的影響，增加或減少節(jié)點(diǎn)不會(huì)影響節(jié)點(diǎn)接受報(bào)文的效率，因此可重復(fù)性好，而且增加或減少節(jié)點(diǎn)不會(huì)改變網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。

3）各個(gè)報(bào)文接受節(jié)點(diǎn)接受到報(bào)文的時(shí)間是相同的，因此可以實(shí)現(xiàn)精確同步。CIP的主要特點(diǎn)2）不同的報(bào)文類型在實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用中，一般需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型有I/O、互鎖、配置、故障診斷、程序上傳下載等，這些不同類型的數(shù)據(jù)對(duì)傳輸服務(wù)質(zhì)量的要求是不同的。

CIP根據(jù)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)對(duì)傳輸質(zhì)量要求的不同，把報(bào)文分為兩種：顯式報(bào)文和隱式報(bào)文。顯式報(bào)文用于傳輸對(duì)數(shù)據(jù)沒(méi)有苛求的數(shù)據(jù)，如程序的上傳和下載、系統(tǒng)維護(hù)、故障診斷、設(shè)備配置等。由于這種報(bào)文包含解讀該報(bào)文所需要的信息，所以稱為顯式報(bào)文。CIP的主要特點(diǎn)

隱式報(bào)文傳輸對(duì)時(shí)間有苛刻要求的數(shù)據(jù)，如I/O、實(shí)時(shí)互鎖等。由于這種報(bào)文不包含解讀該報(bào)文所需要的信息，其含義是在網(wǎng)絡(luò)配置時(shí)就確定的，所有稱為隱式報(bào)文。

EtherNet/IP用TCP協(xié)議發(fā)送顯式報(bào)文，用UDP發(fā)送隱式報(bào)文。3）基于連接的數(shù)據(jù)通信方式4）數(shù)據(jù)觸發(fā)方式的多樣性（輪詢、狀態(tài)改變、循環(huán)和選通）CIP的主要特點(diǎn)◆輪詢方式：主節(jié)點(diǎn)以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式依次向各個(gè)從節(jié)點(diǎn)發(fā)送輪詢命令報(bào)文，輪詢命令報(bào)文包含輪詢命令和輸出數(shù)據(jù)。

◆循環(huán)方式：循環(huán)方式是每隔一段時(shí)間發(fā)送一次I/O數(shù)據(jù)。

◆選通方式：位選通方式下主節(jié)點(diǎn)發(fā)出一個(gè)若干字節(jié)的廣播報(bào)文，即位選通命令報(bào)文，報(bào)文中的每個(gè)二進(jìn)制位對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。該位為1時(shí)，要求對(duì)應(yīng)的從節(jié)點(diǎn)響應(yīng)；該位為0時(shí)，不需要對(duì)應(yīng)的從節(jié)點(diǎn)響應(yīng)。被選中的從節(jié)點(diǎn)通過(guò)向主節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)位選通響應(yīng)報(bào)文，返回輸入數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息?！魻顟B(tài)改變方式：它是一種事件觸發(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)。CIP的主要特點(diǎn)5）通信方式的多樣性

支持主從、多主、對(duì)等或三種模式任意組合的多種通信模式。

◆主從模式：

◆多主模式：

◆對(duì)等模式：EtherNet/IP的特點(diǎn)EtherNet/IP的特點(diǎn)：1）可以傳輸多種不同類型的數(shù)據(jù)2）面向連接3）用不同的方式傳輸不同類型的報(bào)文4）基于生產(chǎn)者/消費(fèi)者模型，提供多播通信支持5）支持多種I/O數(shù)據(jù)觸發(fā)方式：輪詢、選通、循環(huán)以及狀態(tài)改變6）用對(duì)象模型來(lái)描述應(yīng)用層協(xié)議，方便開(kāi)發(fā)者編程實(shí)現(xiàn)7）為各種類型的EtherNet/IP設(shè)備提供描述，以保證互操作性和互換性。圖6－1EtherNet/IP工業(yè)以太網(wǎng)通信模型和ISO/OSI參考模型對(duì)比EtherNet/IP的通信模型EtherNet/IP用TCP協(xié)議發(fā)送顯式報(bào)文，用UDP發(fā)送隱式報(bào)文。如前所述，TCP是可靠的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸。在一個(gè)TCP報(bào)文中，協(xié)議信息和服務(wù)指令都包括在內(nèi)。節(jié)點(diǎn)接收到TCP報(bào)文之后，可以對(duì)報(bào)文進(jìn)行解釋，并作出合適的響應(yīng)。而UDP報(bào)文只包含實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，其含義在連接建立時(shí)已經(jīng)定義好。通過(guò)UDP來(lái)傳輸隱式報(bào)文，報(bào)文效率較高，通信實(shí)時(shí)性較好，而且由于UDP報(bào)文較短，傳輸所需要的時(shí)間可觀測(cè)性就較強(qiáng)，通信確定性也相對(duì)較高。而UDP報(bào)文傳輸帶來(lái)的可靠性低下的問(wèn)題由CIP解決，即如果發(fā)生報(bào)文丟失或差錯(cuò)的情況下，由CIP通知發(fā)送節(jié)點(diǎn)重新發(fā)送報(bào)文。

另外，EtherNet/IP規(guī)范僅可選擇10Mbit/s或100Mbit/s以太網(wǎng)。為了能夠在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)惡劣的環(huán)境中工作，EtherNet/IP設(shè)備選用的物理部件要能夠經(jīng)得起考驗(yàn)，根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)合的不同，它們可能要忍受

高溫或低溫、高濕度、強(qiáng)振動(dòng)、強(qiáng)磁化干擾

等。另外，EtherNet/IP規(guī)范還要求設(shè)備滿足與TCP/TP實(shí)現(xiàn)有關(guān)的RFC文件的規(guī)定。3．CIP封裝

EtherNet/IP的應(yīng)用層采用了CIP，并且用對(duì)象模型來(lái)描述CIP。另外，為了保證互操作性和互換性，EtherNet/IP也提供設(shè)備描述。封裝協(xié)議所定義的實(shí)際上是應(yīng)用層和傳輸層的接口，也就是CIP和TCP/UDP的接口。封裝協(xié)議預(yù)留TCP端口0xAF12和UDP端口0xAF12，用于CIP通信。封裝協(xié)議規(guī)定了CIP數(shù)據(jù)包是如何被組裝成TCP包或UDP包的。另外，由于TCP是面向連接的協(xié)議，封裝協(xié)議還需要進(jìn)行會(huì)話管理。一個(gè)會(huì)話管理需要經(jīng)歷3個(gè)階段：建立會(huì)話、維持會(huì)話、結(jié)束會(huì)話，因此，封裝協(xié)議還規(guī)定了多種用于會(huì)話管理的報(bào)文。

3．CIP封裝

封裝數(shù)據(jù)包包頭的格式如圖4．52所示，包頭長(zhǎng)度為24B，其有效數(shù)據(jù)段的長(zhǎng)度為0~65511B。數(shù)據(jù)按照規(guī)定的格式封裝好后，作為T(mén)CP或UDP報(bào)文中的數(shù)據(jù)段傳輸。圖4．52封裝數(shù)據(jù)包包頭格式

在命令域，可能的命令有：

●NOP：空操作命令，無(wú)論是會(huì)話發(fā)起者還是目標(biāo)都可能發(fā)送。接受者應(yīng)該忽略報(bào)文中包含的任何數(shù)據(jù)，并且不回復(fù)?！馤istIdentity：會(huì)話的發(fā)起者用該命令來(lái)確定可能的目標(biāo)。發(fā)送命令域?yàn)樵撁畹姆庋b報(bào)文，無(wú)需事先建立會(huì)話?！馤istInterFaces:會(huì)話的發(fā)起者用該命令來(lái)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)可能有的非CIP通信接口。發(fā)送命令域?yàn)樵撁畹姆庋b報(bào)文，無(wú)需事先建立會(huì)話。

3．CIP封裝3．CIP封裝

●RegisterSession：請(qǐng)求建立會(huì)話?！?/p>

UnRegisterSession:請(qǐng)求結(jié)束會(huì)話。

●

SendServices:會(huì)話的發(fā)起者用該命令來(lái)確定目標(biāo)設(shè)備支持哪個(gè)封裝服務(wù)類型。●

SendRRData:用于傳輸封裝好的請(qǐng)求數(shù)據(jù)包或答復(fù)數(shù)據(jù)包?！?/p>

SendUnitData:用于傳輸封裝好的連接報(bào)文。

3．CIP封裝

其中，命令域?yàn)長(zhǎng)istIdentity、ListInterFaces、SendServices或SendUnitData的封裝報(bào)文傳輸用TCP或UDP都可以，其他封裝報(bào)文只能用TCP傳輸。長(zhǎng)度域給出的是封裝報(bào)文的有效數(shù)據(jù)段的長(zhǎng)度。會(huì)話句柄實(shí)際上就是所建立的編碼，它由目標(biāo)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生，并發(fā)給發(fā)起節(jié)點(diǎn)，作為對(duì)RegisterSession請(qǐng)求的響應(yīng)。狀態(tài)域指示接收者是否執(zhí)行所接收到的封裝報(bào)文中的命令。如果接收者成功地執(zhí)行了命令，回復(fù)報(bào)文中該域應(yīng)該為0。如果接收者接收到的報(bào)文中該域不為0，接收者將忽略該報(bào)文。

3．CIP封裝

發(fā)送者背景域用于請(qǐng)求報(bào)文和回復(fù)報(bào)文的配對(duì)，它是由發(fā)送者任意給定的。接收者發(fā)出的回復(fù)報(bào)文中的發(fā)送者背景應(yīng)該與他所接收到的請(qǐng)求報(bào)文相一致。選項(xiàng)域用于給命令提供參數(shù)。在EtherNet/IP規(guī)范的第1版中，該域沒(méi)有任何作用。不同類型的CIP報(bào)文采用不同的協(xié)議傳輸。CIP報(bào)文分為連接報(bào)文和未連接報(bào)文，其中未連接是在命令域?yàn)镾endRRData的封裝報(bào)文中，通過(guò)TCP傳輸?shù)模欢B接報(bào)文是在命令域?yàn)镾endUnitData的封裝報(bào)文中傳輸?shù)?，至于到底是用TCP還是用UDP，則取決于3．CIP封裝

連接報(bào)文的傳輸類（TransportClass）。CIP連接報(bào)文有七種傳輸類：

◆傳輸類為0類的CIP報(bào)文是最簡(jiǎn)單、最基本的報(bào)文；

◆傳輸類為1類的CIP報(bào)文是重復(fù)檢測(cè)的報(bào)文；

◆傳輸類為2類的CIP報(bào)文是確認(rèn)的報(bào)文，

◆傳輸類為3類的CIP報(bào)文是校核的報(bào)文；

◆傳輸類為4類的CIP報(bào)文是無(wú)阻塞報(bào)文，

◆傳輸類為5類的CIP報(bào)文是無(wú)阻塞且破分的報(bào)文，

◆傳輸類為6類的CIP報(bào)文是多播且破分的報(bào)文。

3．CIP封裝

其中，傳輸類為4類、5類和6類的CIP報(bào)文都不常用。傳輸類為0類或1類的CIP報(bào)文都是通過(guò)UDP傳輸?shù)摹Ｒ蕴W(wǎng)本身并非為確定性網(wǎng)絡(luò)，有可能出現(xiàn)因?yàn)槟撤N原因而使發(fā)送包丟失的情況。而且根據(jù)定義，0類和1類傳輸類并不保證每個(gè)包都不丟失。生產(chǎn)者節(jié)點(diǎn)只是以固定的速率不停地發(fā)送數(shù)據(jù)，如果某一個(gè)包丟失了，消費(fèi)者就接收到下一個(gè)包。所以，如果應(yīng)用不容許包丟失，就不能采用0類或1類傳輸類。對(duì)傳輸類為1類的CIP報(bào)文，接受者可以通過(guò)檢查各個(gè)包的序號(hào)知道有沒(méi)有丟失包。3．CIP封裝

而0類CIP報(bào)文沒(méi)有序號(hào)，接受者就無(wú)法通過(guò)檢查包的序號(hào)知道包丟失的情況。不過(guò)，如果包丟失了很多，連接超時(shí)機(jī)制可以給應(yīng)用提供反饋。所謂連接超時(shí)機(jī)制，就是如果在一定時(shí)間內(nèi)接受者沒(méi)有接受到新的數(shù)據(jù)包，就會(huì)中止連接。傳輸類為0類或1類的CIP多播報(bào)文的傳輸要用到IP多播技術(shù)。實(shí)現(xiàn)多播要解決兩個(gè)基本問(wèn)題：一個(gè)是確定IP傳輸?shù)姆秶涣硪粋€(gè)是進(jìn)行IP多播地址分配。目前，IP多播范圍的確定用的都是生存時(shí)間（TimetoLive—TTL）法。TTL法就是用IP報(bào)文頭的TTL字段來(lái)限制多播范圍。當(dāng)發(fā)送多播信息時(shí)，主機(jī)把TTL字段設(shè)定為某一個(gè)合適的值。數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)傳播的過(guò)程中，TTL的值3．CIP封裝

不斷減少。設(shè)置路由器使之只傳輸TTL值在一定值之上的數(shù)據(jù)包。如果TTL的初值設(shè)置為1，多播就被限定在一個(gè)子網(wǎng)里面。目前，由于有關(guān)的因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)還沒(méi)有確定，所以安全的做法就是把多播限制在一個(gè)子網(wǎng)里，不在同一個(gè)子網(wǎng)中的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)通信采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式。IP多播地址分配是給應(yīng)用分配用于發(fā)送和接受多播報(bào)文的IP多播地址。IP多播地址空間是由IANA管理的，雖然IANA地址段并沒(méi)有給EtherNet/IP所用到的應(yīng)用分配地址，但是它劃出一個(gè)地址段作為多播地址。目前，由于有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)正在制定中，用戶只能是在IANA劃出的多播地址段中任意選擇一個(gè)。

3．CIP封裝

傳輸類為2類或3類的CIP報(bào)文應(yīng)該通過(guò)TCP連接傳輸。一個(gè)TCP連接可以傳輸多個(gè)CIP連接。由于TCP是全雙工的，從發(fā)送者到目標(biāo)的CIP連接和從目標(biāo)到發(fā)起者的CIP連接應(yīng)該使用一個(gè)TCP連接。不過(guò)，如果目標(biāo)隨后發(fā)起一個(gè)CIP連接，它就應(yīng)該被認(rèn)為是發(fā)起者，應(yīng)該使用一個(gè)新的TCP連接。由于封裝和具體的網(wǎng)絡(luò)底層協(xié)議無(wú)關(guān)，所以用類似的方法，可以使得CIP在其他TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行，如ATM、FDDI等。

4．EtherNet/IP底層

EtherNet/IP規(guī)范的第1版支持兩種類型的EtherNet/IP設(shè)備，一種是商用的，另一種是工業(yè)用的。前者是在商用以太網(wǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)CIP而成的，通常用作信息層網(wǎng)絡(luò)，或在一些對(duì)確定性要求不高的應(yīng)用中用作控制層網(wǎng)絡(luò)；后者用于對(duì)確定性要求較高的場(chǎng)合。EtherNet/IP規(guī)范以后還可能增加設(shè)備類型或者進(jìn)一步細(xì)分，以滿足不同應(yīng)用的需要。工業(yè)用EtherNet/IP設(shè)備首先要能夠在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)惡劣的環(huán)境中正常工作，其要滿足的最低要求見(jiàn)表4．16。根據(jù)具體應(yīng)用的不同，實(shí)際工作環(huán)境可能比表4．16給出的更為惡劣。表4．16工業(yè)應(yīng)用對(duì)設(shè)備的最低要求4．EtherNet/IP底層

此外，為滿足工業(yè)應(yīng)用對(duì)確定性的要求，在EtherNet/IP開(kāi)發(fā)者推薦白皮書(shū)中，ODVA/CI建議EtherNet/IP所選用的以太網(wǎng)應(yīng)該有一些特殊之處。這些建議都在IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的容許范圍之內(nèi)，并沒(méi)有為提高通信確定性而采用任何非標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)。第一，建議采用交換機(jī)，而非普通的集線器。由于交換機(jī)用的是專用帶寬，而集線器用的是共享帶寬，使用交換機(jī)可以消除不必要的網(wǎng)絡(luò)通信。4．EtherNet/IP底層第二，建議提供對(duì)全雙工的支持。這樣，在網(wǎng)絡(luò)上只有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的情況下，以太網(wǎng)就不使用CSMA/CD協(xié)議，從而消除了沖突的可能性。第三，建議滿足IEEE802.1p規(guī)范。正在制定中的IEEE802.1p規(guī)范使得人們可以對(duì)不同種類的信息賦予不同的優(yōu)先級(jí)。第四，建議使用100Mbit/s的快速以太網(wǎng)和一定的冗余。

3.2.2工業(yè)以太網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)1.物理層解決通信的電氣特性、機(jī)械特性、功能特性和規(guī)程特性的問(wèn)題。2.MAC層過(guò)程問(wèn)題1編碼過(guò)程是在哪一層完成？3.介質(zhì)訪問(wèn)控制協(xié)議CSMA/CD4.沖突退避算法6.2.3工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)工業(yè)以太網(wǎng)中，通常將控制區(qū)域分為若干個(gè)控制子域，根據(jù)不同系統(tǒng)規(guī)模和應(yīng)用情況，靈活采用如下拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：1.星型結(jié)構(gòu)2.線型結(jié)構(gòu)3.環(huán)型結(jié)構(gòu)3.4傳輸介質(zhì)1.工業(yè)以太網(wǎng)的通信電纜

●同軸電纜●雙絞線●光纜3.5工業(yè)以太網(wǎng)通信的實(shí)時(shí)性工業(yè)以太網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性的主要對(duì)策：

●工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)

●使用全雙工的通信模式●采用虛擬局域網(wǎng)技術(shù)

●優(yōu)先級(jí)服務(wù)正在制定中的IEEE802.1p規(guī)范使得人們可以對(duì)不同種類的信息賦予不同的優(yōu)先級(jí)。●建議使用100Mbit/s的快速以太網(wǎng)和一定的冗余。

VLAN在工業(yè)以太網(wǎng)中的作用分割功能層分割部門(mén)提高網(wǎng)絡(luò)的整體安全性簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)管理3.6工業(yè)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)生存性與可用性

所謂網(wǎng)絡(luò)生存性，是指以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制時(shí)，必須具備較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)可用性，即任何一個(gè)組件發(fā)生故障，不管它是硬件還是軟件，都不會(huì)導(dǎo)致操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、控制器和應(yīng)用程序甚至整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。

1.冗余設(shè)計(jì)端口冗余鏈路冗余設(shè)備冗余冗余雙環(huán)

2.故障探測(cè)和自恢復(fù)3.7工業(yè)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)安全內(nèi)網(wǎng)絡(luò)安全工業(yè)以太網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)管理層和控制層的無(wú)縫連接，上下網(wǎng)段使用相同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（Ethernet-TCP/IP），具有互聯(lián)性和互可操作性，但不同層次網(wǎng)段、不同功能單元具有不同的功能和安全需求，因而必須采取適當(dāng)?shù)陌踩呗苑乐贡镜赜脩魧?duì)設(shè)備控制域的非法訪問(wèn)。3.7工業(yè)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)安全外網(wǎng)絡(luò)安全由于以太網(wǎng)提供了連接外部網(wǎng)絡(luò)的通道，必須制定安全策略來(lái)防止外部非法用戶訪問(wèn)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)上的資源和非法向外傳遞內(nèi)部信息，保證企業(yè)內(nèi)外通信的保密性、完整性和有效性。根據(jù)這些需要，在工業(yè)以太網(wǎng)中可以采取的基本安全技術(shù)有報(bào)文過(guò)濾隔離、防火墻、訪問(wèn)權(quán)限控制等措施。

報(bào)文過(guò)濾是在IP層實(shí)現(xiàn)的，因此，它可以只用路由器完成。報(bào)文過(guò)濾根據(jù)報(bào)文的源IP地址、目的IP地址、源端口、目的端口及報(bào)文傳遞方向等報(bào)頭信息來(lái)判斷是否允許報(bào)文通過(guò)?，F(xiàn)在也出現(xiàn)了一種可以分析報(bào)文數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)容的智能型報(bào)文過(guò)濾器。

防火墻是一類防范措施的總稱，它使得內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與Internet之間或者與其他外部網(wǎng)絡(luò)互相隔離、限制網(wǎng)絡(luò)互訪用來(lái)保護(hù)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。防火墻簡(jiǎn)單的可以只用路由器實(shí)現(xiàn)，復(fù)雜的可以用主機(jī)甚至一個(gè)子網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。設(shè)置防火墻目的都是為了在內(nèi)部網(wǎng)與外部網(wǎng)之間設(shè)立唯一的通道，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)的安全管理。

3.8工業(yè)以太網(wǎng)的傳輸距離商業(yè)以太網(wǎng)的主要傳輸介質(zhì)和所能傳輸?shù)淖畲缶嚯x：

10Base210Base510BaseT中繼器可延伸通信距離但也有限光纜可用在工業(yè)以太網(wǎng)中，10Base2、10Base5、10BaseT能勝任嗎？為什么？光纖連接是最好的解決辦法，只要成本允許。3.9工業(yè)以太網(wǎng)的互操作性與應(yīng)用層協(xié)議

互可操作性是指連接到同一網(wǎng)絡(luò)上不同廠家的設(shè)備之間通過(guò)統(tǒng)一的應(yīng)用層協(xié)議進(jìn)行通信與互用，性能類似的設(shè)備可實(shí)現(xiàn)互換。3.9工業(yè)以太網(wǎng)通信技術(shù)與組網(wǎng)技術(shù)工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品●網(wǎng)關(guān)●網(wǎng)橋●適配器模塊（接口轉(zhuǎn)換器）●收發(fā)器●網(wǎng)卡●交換機(jī)3.9工業(yè)以太網(wǎng)通信技術(shù)與組網(wǎng)技術(shù)

1．系統(tǒng)規(guī)劃組建一個(gè)基于EtherNet/IP的系統(tǒng)，首先需要做好系統(tǒng)規(guī)劃。規(guī)劃一個(gè)基于EtherNet/IP的系統(tǒng)，首先要確定應(yīng)用需求，然后給出初步的系統(tǒng)方案并預(yù)測(cè)系統(tǒng)性能，看系統(tǒng)性能是否能夠滿足應(yīng)用需求。系統(tǒng)性能預(yù)測(cè)主要有兩項(xiàng)內(nèi)容：一是預(yù)測(cè)應(yīng)用對(duì)帶寬的需求，看系統(tǒng)的帶寬是否能滿足應(yīng)用的需求；二是預(yù)測(cè)在隱式連接中，I/O數(shù)據(jù)輸入/輸出的最大時(shí)間間隔能否滿足應(yīng)用的需求。EtherNet/IP組網(wǎng)

無(wú)論是應(yīng)用對(duì)帶寬的需求，還是I/O數(shù)據(jù)輸入/輸出的最大時(shí)間間隔，都主要取決于各處I/O數(shù)據(jù)的請(qǐng)求的數(shù)據(jù)包時(shí)間間隔（RPI）。所謂的RPI是數(shù)據(jù)對(duì)發(fā)送頻率的要求，即要求數(shù)據(jù)每隔多長(zhǎng)時(shí)間發(fā)送一次。比如，在一個(gè)隱式連接中，EtherNet/IP掃描器要求設(shè)備每20ms向它發(fā)送一次數(shù)據(jù)，則該連接的RPI為20ms。

EtherNet/IP組網(wǎng)

在一個(gè)基于EtherNet/IP的系統(tǒng)中，以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的帶寬通常都能滿足應(yīng)用的需求，系統(tǒng)帶寬瓶頸通常是在EtherNet/IP掃描器上。掃描器屬于第4級(jí)EtherNet/IP設(shè)備，它既可傳輸顯式報(bào)文，又可以傳輸隱式報(bào)文；它既可充當(dāng)顯式報(bào)文或隱式報(bào)文傳輸?shù)姆?wù)器，又可充當(dāng)顯式報(bào)文或隱式報(bào)文傳輸?shù)目蛻魴C(jī)。EtherNet/IP掃描器模塊的帶寬通常是比較低的，2．網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與網(wǎng)絡(luò)安裝

對(duì)需求的準(zhǔn)確理解是做好任何規(guī)劃的前提條件，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃也不例外。在EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，要獲取的應(yīng)用需求有關(guān)的信息主要是兩方面：一是應(yīng)用的類型即EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)到底是用作傳遞實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的控制網(wǎng)絡(luò)，還是用作傳輸非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的信息網(wǎng)絡(luò)；二是確定環(huán)境條件，如溫度、濕度、有無(wú)腐蝕性化學(xué)物質(zhì)、振動(dòng)、電磁干擾等。然后，根據(jù)應(yīng)用的需求，選擇各個(gè)部件，主要包括：

EtherNet/IP組網(wǎng)

●網(wǎng)絡(luò)的選擇。要確保網(wǎng)絡(luò)能夠在現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境條件下正常工作。如果現(xiàn)場(chǎng)電磁干擾很厲害，布線在干擾源距離很近的地方，應(yīng)用使用屏蔽線。●連接器的選擇。連接器通常選用RJ45連接器。在某些環(huán)境條件下，需要選用有封裝的連接器?！窦€器的選擇。集線器有多種類型：線纜集線器、智能集線器、交換機(jī)（交換式集線器）。為保證能夠滿足實(shí)時(shí)性要求，控制網(wǎng)絡(luò)一般要求使用交換機(jī)。另外注意要保證集線器上端口的數(shù)目足夠。

EtherNet/IP組網(wǎng)EtherNet/IP組網(wǎng)

●其他設(shè)備的選擇。根據(jù)應(yīng)用需求，EtherNet/IP組網(wǎng)可能還需要中繼器、網(wǎng)橋、路由器、橋接路由器、網(wǎng)關(guān)、服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。接著，根據(jù)應(yīng)用需求，制定網(wǎng)絡(luò)方案。在制定網(wǎng)絡(luò)方案時(shí)，要考慮的問(wèn)題主要有：★確定通信波特率選擇通信波特率要考慮多方面的因素，包括應(yīng)用對(duì)帶寬的需求、成本等。值得注意的是，通信波特率越低，抗干擾能力就越強(qiáng)。EtherNet/IP組網(wǎng)

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