《现场总线技术 第4章 通用工业协议CIP 现场总线技术及其应用 教学课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现场总线技术 第4章 通用工业协议CIP 现场总线技术及其应用 教学课件（55页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2020 6 14 1 现场总线技术及其应用 第4讲胡青松 2020 6 14 2 4通用工业协议 CIP 4 1CIP网络概况4 2CIP的特点4 3CIP4 4CIP设备描述4 5CIP设备开发4 6CIP网络组网4 7小结 2020 6 14 3 4 1CIP网络概况 通用工业协议CommonIndustrialProtocal CIPCIP是设计工业控制设备的基于对象模型的一种方法 例如体系结构 数据类型 服务等 它是独立于特定网络的应用层协议 提供了访问数据和控制设备操作的服务集CIP在多种技术领域进行使用 如DeviceNet ControlNet Ethernet IP 2020
2、 6 14 4 DeviceNet发展史 时间 发展 2020 6 14 5 1 ODVA OpenDeviceNetVendorAssosiation 即开放式设备网络供货商协会 是DeviceNet的一个组织结构 管理DeviceNet规范 推广DeviceNet在全球的发展与应用2 作用 组织技术培训 研讨活动及推广活动 出版符合DeviceNet协议规范的产品目录 提供一致性测试实验和工具3 ODVA网址 4 ODVACHINA是上海电器科学研究所与ODVA共同筹建的 主要就是引进DeviceNet技术 开发有关DeviceNet的产品 推广DeviceNet在中国的发展与应用 5 O
3、DVACHINA网址 ODVA ODVACHINA简介 2020 6 14 6 ControlNet发展史 1995年10月RockwellAutomation推出ControlNet1996年10月发布ControlNet规范1997年7月成立ControlNetInternational组织2000年1月成为IEC61158标准之一 2020 6 14 7 ControlNetInternational简介 为了促进ControlNet技术的发展 推广和应用 1997年7月由罗克韦尔自动化等22家公司联合发起成立了控制网国际组织 ControlNetInternational CI 同时
4、罗克韦尔自动化将ControlNet技术转让给了CI CI是一个为用户和供货厂商服务的非盈利性的独立组织 它负责ControlNet技术规范的管理和发展 并通过开发测试软件提供产品的一致性测试 出版ControlNet产品目录 进行ControlNet技术培训等 促进世界范围内ControlNet技术的推广和应用 因而 ControlNet是开放的现场总线 截止1999年底 CI在全世界范围内拥有包括RockwellAutomation ABB Honeywell Toshiba等70家著名厂商组成的成员单位 CI网址 http www controlnet org 2020 6 14 8 I
5、EA简介 从1998年开始 CI的一个特别兴趣小组 SpecialInterestGroup SIG 开始尝试将DeviceNet和ControlNet所使用的CIP协议移植到以太网上 ODVA CI联合了另外一个国际组织工业以太网协会 IndustrialEthernetAssociation IEA 2000年 ODVA CI和IEA三个国际组织联合推出了EtherNet IP IEA网址 2020 6 14 9 CIP共享一个通用的应用层和用户层协议 ACDrives PneuValve SEMIDevices PositionCntrllrs OtherProfiles Applica
6、tionObjectLibrary CIPApplicationLayerExplicit I O Routing DeviceNetDLL Transport ControlNetDLL Transport encapsulation Future Future UDPTCP IP DeviceNetPhysicalLayer ControlNetPhysicalLayer EthernetphysicalLayer CIP 用户层 物理层 传输和数据链路层 应用层 ATM FirewireUSB BlueTooth etc 2020 6 14 10 ThisisDeviceNet ACDr
7、ives PneuValve SEMIDevices PositionCntrllrs OtherProfiles ApplicationObjectLibrary CIPApplicationLayerExplicit I O Routing DeviceNetDLL Transport ControlNetDLL Transport encapsulation Future Future UDPTCP IP DeviceNetPhysicalLayer ControlNetPhysicalLayer EthernetphysicalLayer CIP UserLayer PhysicalL
8、ayer TransportandDataLinkLayer ApplicationLayer ATM FirewireUSB BlueTooth etc 2020 6 14 11 ThisisControlNet ACDrives PneuValve SEMIDevices PositionCntrllrs OtherProfiles ApplicationObjectLibrary CIPApplicationLayerExplicit I O Routing DeviceNetDLL Transport ControlNetDLL Transport encapsulation Futu
9、re Future UDPTCP IP DeviceNetPhysicalLayer ControlNetPhysicalLayer EthernetphysicalLayer CIP UserLayer PhysicalLayer TransportandDataLinkLayer ApplicationLayer ATM FirewireUSB BlueTooth etc 2020 6 14 12 ThisisEthernet IP IPstandsforIndustrialProtocol ACDrives PneuValve SEMIDevices PositionCntrllrs O
10、therProfiles ApplicationObjectLibrary CIPApplicationLayerExplicit I O Routing DeviceNetDLL Transport ControlNetDLL Transport encapsulation Future Future UDPTCP IP DeviceNetPhysicalLayer ControlNetPhysicalLayer EthernetphysicalLayer CIP UserLayer PhysicalLayer TransportandDataLinkLayer ApplicationLay
11、er ATM FirewireUSB BlueTooth etc 2020 6 14 13 4 1CIP网络概况 图4 1三种CIP网络的网络模型和ISO OSI参考模型对照图 同时间域多路访问 2020 6 14 14 4 2CIP的特点 报文 显式报文 ExplicitMessage 显式报文用来上载和下载程序 修改设备组态 记载数据日志 作趋势分析和诊断等功能 它们的结构十分灵活 数据域中带有通讯网络所采用的协议信息和要求操作服务的指令 每个节点 设备 必须解释每个显式报文 操作所请求的任务 并生成回应 为按通讯协议解释这种显性报文 在真正要用到的数据上必须有较大一块的附加量 overh
12、ead 这种类型的报文在数据量的大小和使用频率上都是非常不确定的 2020 6 14 15 4 2CIP的特点 报文 I O报文 I OMessage 在本质上是隐性的 因而有时也称为隐式报文 ImplicitMessage 它的数据域中常不包括协议信息 仅仅是实时的I O控制数据 这些数据的含义是预定义的 因而在节点中对处理这些数据所需的时间大大减小 为解释这种类型的报文而必须引入的附加量 overhead 小 数据短 使用频率一致 并且需要高的性能 对I O报文传送的可靠性 送达时间的确定性及可重复性有很高的要求 过去 用于I O控制的网络不能处理发送显性报文时在发送数据的时间及报文尺寸上
13、的不定性因素 控制设备提供商不得不使用不同的网络来管理这两种不同报文类型的不同要求 西门子的ProfibusFMS ProfibusDP网络就是这种情况的表现 2020 6 14 16 4 2CIP的特点 报文 表4 2各种类型的数据对传输服务质量的要求 2020 6 14 17 CAN的数据帧格式 帧结束 1bit 11bits 1bit 6bits 0 8bytes 15bits 1bit 1bit 1bit 7bits 3bits 帧间隔 ACK分隔符 ACK应答 CRC分割符 CRC序列 数据场 控制区 RTR位 标识符 帧开始 帧间隔 仲裁区 2020 6 14 18 Control
14、Net的数据帧格式 结束分隔符CRC校验数据源MAC地址开始分隔符前导码ControlNet的MAC帧格式 图中数字的单位为字节 2020 6 14 19 4 2CIP的特点 面向连接 在通讯开始之前必须建立起连接 获取唯一的连接标识符 ConnectionID CID 连接显式连接隐式连接未连接报文管理器UnconnectedMessageManager UCMM 2020 6 14 20 4 2CIP的特点 面向连接 节点A 节点B 未连接显式请求报文 未连接显式响应报文 图4 2显式连接的过程 2020 6 14 21 4 2CIP的特点 面向连接 应用连接传输连接网络连接 2020 6
15、 14 22 连接的特点 建立连接就是明确一个信息交换关系 明确信息源 目的地址 所使用的信息通道 以及识别这个信息的11位标识符 连接是单方向的 如果需要双向交换 要建立二个连接 可以对多个节点建立连接也可以对一个节点建立多个连接 DeviceNet对连接定义了多种属性 通过属性的定义规定一个连接的行为 比如信息长度 访问机制 数据生产方式 连接类型等 这也意味着对不同的数据可以用不同的规则交换 这样可以充分利用信道 连接可以动态建立和撤消 2020 6 14 23 表4 3CIP传输类 2020 6 14 24 4 2CIP的特点 生产者 消费者模型 现今的工业自动化网络中有两种主要的网络
16、模型 即源 目的地模型 Source Destination 和生产者 消费者 Producer Customer 模型 典型的源 目的地模型的一个数据包源地址目的地址数据循环冗余检验码在主 从系统中经常用这种模型 主 从是一个层次体系 系统中包含一个发起所有通信的主机 点对点结构优于主 从结构 提供更多的灵活性 在点对点的系统中 设备既可以发起通信 也可以回应系统中其它设备的请求 由于所要求的灵活性 支持点对点的网络使用显性报文进行通信 为保证各节点设备都可有机会送信号到网络 大多数点对点的网络使用某种类型的CSMA CD 并且经过多年的改善 算法使得节点对总线的访问更加公平 不论是主 从结构 还是点对点通信结构 基于源 目的地的网络在把同样数据发往不同节点时都消耗了过多带宽 另外要实现协同控制 想以同步的方式将一个设定值同时送达不同的驱动器将更加困难 因为数据到达每个驱动器 目的地 的时间是不同的 2020 6 14 25 4 2CIP的特点 生产者 消费者模型 DeviceNet ControlNet中采用了一个全新的生产者 消费者网络模型 一个典型的生产者 消费者模型的数据包结
