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

DeviceNet Physical
Layer
ControlNet Physical Layer
Ethernet physical
Layer
Future
ATM, Firewire USB, Blue Tooth, etc.
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CIP
This is Ethernet/IP
(IP stands for Industrial Protocol)
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4.2 CIP的特点----报文
I/O报文（I/O Message） –在本质上是隐性的，因而有时也称为隐式报文 （Implicit Message），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 Profibus FMS/ProfibusDP网络就是这种情况的表现。
Future?
ATM, Firewire USB, Blue Tooth, etc.
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This is DeviceNet
User Layer
Application Layer
Transport and Data Link Layer
Physical Layer
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CIP
SEMI Devices
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CIP 共享一个通用的应用层和用户 层协议
用户层
应用层 传输和数据链
路层 物理层
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CIP
SEMI Devices
Pneu Valve
AC Drives
Position Cntrllrs
Other Profiles
Application Object Library
CIP Application Layer Explicit, I/O, Routing
3.ODVA网址： 4.ODVA CHINA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.ODVA CHINA 网址：
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。
现场总线技术及其应用
第4讲
胡青松
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4 通用工业协议（ CIP）
4.1 CIP网络概况 4.2 CIP的特点
4.3 CIP 4.4 CIP设备描述 4.5 CIP设备开发 4.6 CIP网络组网 4.7 小结
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4.1 CIP网络概况
通用工业协议 Common Industrial Protocal– CIP
帧间隔
11 1 6 0 ... 8 bits bit bits bytes
15 1 1 1 7 >=3 bits bit bit bit bits bits
帧结束
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
仲裁区
帧开始
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ControlNet的数据帧格式
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ControlNet International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（ControlNet International-CI）。同时，罗克韦尔自动 化将ControlNet技术转让给了CI。
截 止 1999 年 底 ， CI 在 全 世 界 范 围 内 拥 有 包 括 Rockwell Automation、ABB、Honeywell、Toshiba等70家著名厂商组 成的成员单位。
CI网址：
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IEA简介
从1998年开始，CI的一个特别兴趣小组 （Special Interest Group – 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（Industrial Ethernet Association – IEA）。
2000年，ODVA、CI和IEA三个国际组织联合 推出了EtherNet/IP。
IEA网址：
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应用连接 传输连接 网络连接
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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。
1.ODVA（Open DeviceNet Vendor Assosiation)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
2 11
0-510
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源MAC地址 开始分隔符 前导码
数据
结束分隔符 CRC校验
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ControlNet的MAC帧格式（图中数字的单位为字节）
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4.2 CIP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（Connection ID - CID）
连接
Pneu Valve
AC Drives
Position Cntrllrs
Other Profiles
Application Object Library
CIP Application Layer Explicit, I/O, Routing
DeviceNet
DLL & Transport
ControlNet DLL &
Transport
DeviceNet Physical
Layer
ControlNet Physical Layer
encapsulation UDP TCP IP
Future
Ethernet physical
Layer
Future
ATM, Firewire USB, Blue Tooth, etc.
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ControlNet发展史
1995年10月 RockwellAutomation推出 ControlNet
1996年10月 发布ControlNet规范 1997年7月 成立ControlNet International组
织
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同时间域 多路访问
CAN
CTDMA 物理层
TCP/UDP IP, ICMP, etc.
以太网
图4-1三种CIP网络的网络模型和ISO/OSI参考模型对照图
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4.2 CIP的特点----报文
显式报文（Explicit Message）
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(overhead)。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。
DeviceNet DLL &
Transport
ControlNet DLL &
Transport
encapsulation UDP TCP IP
Future?
Physical Layer
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DeviceNet Physical
Layer
ControlNet Physical Layer
时间
1994年3月
发展
推出该技术
1995年6月
向ODVA提供该技术和 技术文本规范
2000年2月
DeviceNet进入中国 ODVA CHINA成立
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2000年6月
2002年10月8号
IEC62026现场总线 标准之一
DeviceNet被批准 为国家标准 4
ODVA &ODVA CHINA简介
Ethernet physical
Layer
Future?
ATM, Firewire USB, Blue Tooth, etc
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4.1 CIP网络概况
ISO/OSI
DeviceNet
ControlNet
EtherNet/IP
应用层
CIP
CIP
CIP, HTTP, etc.
表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
CIP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
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DeviceNet发展史
Application Object Library
CIP
CIP Application Layer Explicit, I/O, Routing
DeviceNet DLL &
Transport
ControlNet DLL &
Transport
encapsulation UDP TCP IP
Future
– 显式连接 – 隐式连接
未连接报文管理器 Unconnected Message Manager - UCMM
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4.2 CIP的特点----面向连接
未连接显式请求报文
节点A
节点B
未连接显式响应报文
图4-2 显式连接的过程
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4.2 CIP的特点----面向连接
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This is ControlNet
User Layer
Application Layer
Transport and Data Link Layer
Physical Layer
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SEMI Devices
Pneu Valve
AC Drives
Position Cntrllrs
Other Profiles
DeviceNet DLL &
Transport
ControlNet DLL &
Transport
encapsulation UDP TCP IP
Future?
DeviceNet Physical
Layer
ControlNet Physical Layer
Ethernet physical
Layer
User Layer
SEMI Devices
Pneu Valve
AC Drives
Position Cntrllrs
Other Profiles
Application Object Library
Application Layer
Transport and Data Link Layer
CIP Application Layer Explicit, I/O, Routing
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4.2 CIP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
服务质量
确定性
单位时间内发送 或接收该类数据 的节点占节点总 数的比例
响应时间
I/O或互锁 高 高
短
数据类型 故障诊断或配置 程序上载或下载
中
低
中
低
中
长
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CAN的数据帧格式
帧间隔
1 bit