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1、第八章 ControlNet现场总线vControlNet属于IEC标准子集之一，主要用于PLC与计 算机之间的通信网络，也可在逻辑控制或过程控制系 统中用于连接串行、并行的I/O设备、人机界面等。v数据传输速率为5Mbps，可寻址节点数为99。在一般 应用场合，物理媒体采用RG-6/U电视电缆和标准连接 器，传输距离可达1KM。在野外、危险场合以及高电 磁干扰的场合，可采用光纤介质，距离可长达25KM 。8.1 并行时间域多路存取v并行时间域多路v(Concurrent Time Domain Multiple Access)存取简称CTDMA，是 ControlNet网络系统通信中采用的特
2、色 技术之一。vControlNet的通信模型如图所示，并行 时间域多路存取CTDMA的功能是通 信模型中物理成语数据链路层所完成 的功能。应用层 CIP 设备行规 应用对象CTDMA传输介质v并行时间域多路存取依靠生产者生产者/ /消费者消费者的通信模式 来完成。报文数据的产生者(数据源)充当这一通信模式中 的生产者，从网络中取用数据的各节点称为消费者。v发送的报文按内容标识。当节点接收数据时，仅需识别与 此报文关联的特定标识特，数据包不再需要目的地址。v数据源只需将数据发送一次，多个需要该数据的节点通过 在网上识别这个标识符，同时从网络中获取来自同一生产 者的报文数据，称之为并行时间域多路
3、存取。v优点： 提高了网络带宽的有效使用率。数据一旦发送到网络上 ，多个节点就能够同时接收，无需像主从通信模式那样， 同一数据需要在网络上重复传送，逐一送到需要该数据帧 的节点。当更多设备加载到网络时也不会增加网络的通信 量。 数据同时到达各节点，可实现各节点的精确同步化。8.2 ControlNet的MAC帧结构vControlNet的MAC帧的数据包中没有明确的目的地址。整个长度分为7 个域，包括先导码、起始定界符、源地址域、由链路报文帧组成的数 据域、循环冗余校验和结束符域。v每个节点在每次传送机会到来时只能发送一个MAC帧；每个MAC帧 的数据域可包括0或多数据字节。数据域字节数为0的
4、MAC帧称为空帧 。数据域规定不能超过510字节。vControlNet的MAC帧数据域中可以包括多个链路包，这些 链路包中包含着“应用信息”。链路包由字段大小、控制、 标识CID和链接数据组成，其中字段大小表承包含在单个 链路包里的字节对的数量。vControlNet中存在两种类型的CID：v2字节的带固定标签(fixed tag)的CID，其组成如图(b)所示，它采用非 连接型通信方式，用于传送非I/O数据。v另一种是面向连接的通用CID (Generic CID)。通用CID包含3字节。其 组成如图(c)所示。其中包含：连接类型，例如多点传送或点对点连接 、组号，MAC地址，连接号等。v
5、在同一MAC帧中不同的链路包可以有不同的目的地址。各接收节点可 以根据自己的需要选择接收自己所需要的链路包，而过滤掉不需要的 链路包。例如图中的控制器发送了一个带有3个链路包的MAC帧。这3 个链路包分别具有各自的标识CID，通过对标识CID的识别，3#节点只 接收带1 # CID的链路包;5 #节点只接收带2 #CID和3 # CID的链路包；8 # 节点对这3个链路包全部接收；而2 #节点则过滤掉了所有的链路包。8.3 通信调度的时间分片方法vControlNet针对控制网络数据传输类型的需要，设计了通 信调度的时间分片方法，使它既可以满足对时间有严格要 求的控制数据的传输需要，v例如：I
6、/O刷新、PLC之间的数据传递等，又可满足信息量大、对时间 没有苛求的数据与程序的传输。v对有严格时间要求的控制、I/O数据的传输局更新、PLC之间的互锁等 采用在预留时间段的确定时间内周期性重复发送的方式给予优先保证 。根据有严格时间要求的数据来安排带宽。剩余的带宽用于支持非严 格时间要求的数据传输。v通信调度的时间分片方法根据网络应用情况，将网络运行 时间划分为一系列等间隔的时间片，每个时间片被称为一 个网络更新时间(Network Update Time， UNT)。每个UNT 被划分为3个部分：预留带宽部分、非预留带宽部分和维 护部分。根据ControlNet技术规范的规定，可组态的N
7、UT 时间范围为0.5ms100 ms。8.4 ControlNet的虚拟令牌 v虚拟令牌又名隐性令牌。 ControlNet通信中采用虚 拟令牌访问机制。网络上不存在专门起令牌作用的帧，令 牌隐含在普通数据帧中。 ControlNet给每个节点分配一个 惟一的MAC地址(199)。像普通的令牌总线协议一样，持 有令牌的节点才有权发送数据，但网络个并没有真正的令 牌传递。8.5 ControlNet的显性报文和隐性报文v8.5.1 显性报文v显性报文指含有协议的信息报文。下图为显性报文的一个 示例。根据协议中对报文和对象的相关规定，该显性报文 用于设置对象属性。它将7#类1 #实例的3 #属性
8、设置为0500 。发送与接收方都按协议规定来理解这些代码编号的意义 。10 03 20 07 24 01 30 03 05 00服务代码类型属性路径实例服务数据v8.5.2 隐性报文v隐性报文的数据域中没有协议信息，一般为应用对象之间 传送的特定I/O数据。接收者知道数据的含义，因而节点处 理这些数据所需要的时间大大减小。隐性报文仅能以面向 连接的方式传送，可以按多点或点对点方式传送。8.6 对象模型vControlNet适用抽象的对象模型来描述产品通信功 能。与DeviceNet相似，ControlNet通过类、实例、 属性、服务、行为等术语来描述对象结构、功能 和动作；为了对众多的类、实例
9、、属性、服务、 行为进行标识，定义了相应的标识符并对其进行 编址。1. 对象库ContolNet通过对象库对所定义的诸多对象进行管理。对象库中的对象可 分为通信对象和应用对象。与通信相关的对象有：v ControlNet对象：为网络参数提供接口；v 连接管理器：建立设备内部对象间连接和为报文提供路由管理； v 传输管理：处理适时连接； v 报文路由对象：将设备从总线上接收的数据包帧(也称为连接包帧， Lpacket)传送到相应的内部对象； v 管理器对象：为总线上设备提供使用与NUT中预定时段有关的数据；v 连接组态对象和时间表对象：由实时连接起动器使用。应用对象一般随着产品类型的不同而不同。
10、有些是公用应用对象，为许 多不同产品提供特定功能接口，如标识对象、参数对象、组合对象等 。2.基本对象模型可选对象不影响设备的 行为，可提供超出设备 基本要求的功能；必选对象是实现设备基 本功能必须选择的对象 ，是实现设备互换性、 互操作性的前提条件8.7 设备描述vControlNet使用设备描述来实现设备之间的 互操作性、同类设备的互操作性和行为一致 性。v设备描述的内容有：v为设备类型确定对象模型，即设备对象模型；列出对象接 口；描述此设备类型的生产和消费数据类型；确定配置数 据以及访问这些数据的公共接口。8.8 通用工业协议v通用工业协议(CIP, Common Industry Pr
11、otocol)是面向对象 ，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。vCIP可以用于DeviceNet、ControlNet和EtherNet/IP等多种现 场总线技术，构成应用层基础。vCIP主要由对象模型、报文协议、通信对象、对象库、设 备配置方法和数据管理等部分构成。v 对象模型 CIP使用抽象的对象模型来描述一组可实现的通信服 务、CIP节点的外部可视行为、CIP设备内部数据的访问和交换的 一般方法。v 报文协议 CIP是面向连接网络的最高层。一个CIP连接在多个应 用层之间提供一条路径。当连接建立后，发送节点和接收节点通 过双方的连接标识符对连接以及报文进行确认。v 通信对象 CIP的通信对象管理并提供运行时报文的交换。v 对象库 CIP协议定义了大量的对象集合。CIP的对象类分为3 种类型：通用对象、应用特定对象、网络特定对象。v 设备描述 CIP设备描述是对象结构和行为的一个完整说明，以 此来实现设备的互操作性和互换性。v 设备配置方法 CIP提供了多种设备配置方法，如打印数据表、参 数对象与参数对象存根、电子数据表以及上述方法的结合。v 数据管理 数据管理定义了对象的数据结构和编址类型。
