控制及信息协议(CIP)ppt课件

控制及信息协议 CIP CIP网络概述 CIP CommmonIndustrailProtocol通用工业协议 是一种为工业应用开发的应用层协议 被DeviceNet ControllNet EtherNet IP三种网络所采用 因此这三种网络相应地统称为CIP网络 三种CIP网络都已成为国际标准 DeviceNet ControllNet EtherNet IP各自的规范中分别给出CIP的定义 以下称CIP规范 三种规范对CIP的定义大同小异 只是在与网络底层有关的部分不一样 三种CIP网络的网络模型和ISO OSI参考模型对照如下图所示 DeviceNet是一种基于控制器局域网 CAN 的网络 除了其物理层的传输介质 收发器等是自己定义的以外 物理层的其它部分和数据链路都采用CAN协议 ControllNet的物理层是自己定义的 数据链路层用的是同时间域多路访问 ConcurrentTimeDomainMultipleAccess CTDMA 协议EtherNet IP是一种基于以太网技术和TCP IP技术的工业以太网 因此其物理层和数据链路层用的是以太网的协议 网络层和传输层用的是TCP IP协议族中的协议 应用层除了使用CIP外 也使用了TCP IP协议族中的应用层协议 CIP网络特点 由于应用层采用CIP 相对而言CIP网络具有以下特点 1 功能强大 灵活性强 CIP网络功能的强大 体现在可通过一个网络传输多种类型的数据 完成以前需要两个网络才能完成的任务 其灵活性题现在对多种通讯模式和多种I O数据触发方式的支持 2 具有良好的实时性 确定性 可重复性和可靠性 主要体现在用基于生产者 消费者 Producer Consumer 模型的方式发送对时间有苛求的报文等方面 三种CIP网络对比依据网络底层采用的协议不同 每种CIP网络又有各自的一些特点 三种CIP网络对比见下表 从表中可以看出DeviceNet具有节点成本低 网络供电等特点 ControlNet具有通讯波特率高 支持介质冗余和本质安全等特点 而EtherNet IP作为一种工业以太网 具有高性能 低成本 易使用 易于和内部网甚至因特网进行信息集成等特点 信息层网络 提供高带宽 低确定性的通信服务自动化系统网络控制层网络 提供中等带宽 高确定性的通信服务设备层网络 提供低带宽 低成本 高确定性的通信服务设备层网络 DeviceNet控制层网络 ControlNet EtherNet IP CIP的特点 1 报文传输服务质量评价指标 确定性 单位时间内有通信行为的节点所占的比例 响应时间 CIP报文分为两种 显式报文 包含解读该报文所需要的信息 用于传输对时间没有苛求的数据 隐式报文 含义在网络配置时确定 用于传输对时间有苛求的数据 DeviceNet 隐式报文使用优先级高的报头 显式报文使用优先级低的报头ControlNet 隐式 预定时间段 显式 非预定时间段EtherNet IP 隐式 UDP 显式 TCP 2 面向连接通信开始之前先建立连接 获取唯一的连接标识符 CID CID的定义及格式与具体网络有关 建立连接需要用到未连接报文 包含目的地址 内部数据描述 源地址 CIP连接两种 显式连接 未连接报文管理器 UCMM AB连接建立过程 A广播发送请求 所有节点收到请求 判断 B判断发给自己 UCMM反应 广播发送响应 A接收 得到CID 连接建立 隐式连接 在网络配置时建立 过程复杂连接层次 从上往下 应用连接 传输连接 网络连接 传输类型4种 LISTEN ONLY连接依赖于另一个连接 若其所依赖的连接关闭 该连接也关闭 其余三种无依赖 传输类7种 表3 27 3 生产者 消费者模型工业网络两类 源 目的地模型 Profibus等 生产者 消费者模型 3种CIP网络 基金会现场总线 1 基于源 目的地模型 根据目的地址判断是否发给自己报文格式 2 基于生产者 消费者模型每个报文都有唯一的报文标识符 MessageID MID 在发送报文之前 要在发送节点和接收节点之间建立连接 这样 接收节点就知道发送给自己的报文MID是什么样的 然后 报文发送节点把MID 数据 校验以及其他一些必要的信息组成报文 发送到网络上 报文接收节点根据报文的MID来判断是不是发给自己的 如果是 就接收 报文格式 基于源 目的地模型的网络只支持点对点通信 基于生产者 消费者模型的网络除支持点对点通信外 还支持多播通信 即在网络上可以同时给几个其他节点发送报文 CIP对多播的支持由CIP的原理决定 但同时也需要网络底层提供支持 比如 EthererNet IP多播功能的实现需要用到IP多播技术 多播通信的优点 节约带宽 提高通信效率 可重复性好 可实现精确的同步 CIP隐式报文传输基于生产者 消费者模型 可以采用多播方式CIP显式报文传输基于源 目的地模型 点对点4 通信模式CIP支持多种通信模式 主从 节点地位不平等 多主 多个主节点 对等 节点地位平等 或3种模式的任意组合 5 I O数据触发方式4种 位选通 轮询 状态改变和循环选择合理的I O数据触发方式 可提高网络利用率 1 位选通 主节点发送广播报文 位选通命令报文 选中从节点发送位选通响应报文 返回输入数据 状态信息 适用于少量I O数据的传输 2 轮询 以点对点方式发送轮询命令报文 接到命令的从节点通过轮询响应报文返回输入数据 状态信息 3 循环 每隔一定时间发送一次I O数据 根据模拟量变化的快慢设定循环发送数据的时间间隔 适用于模拟I O数据的传输 4 状态改变 事件触发方式 节点在其所监测的状态发生变化时发送数据 优点 效率高 缺点 长时间不发送数据 接收节点无法判断状态 可采用状态改变和循环相结合的方式解决 状态改变和循环方式的I O数据通信应答可有可无 位选通和轮询方式需有应答 CIP OOP ObjectOrientedProgramming 面向对象的编程 所谓 对象 就是一个或一组数据以及处理这些数据的方法和过程的集合 它有属性 标识 状态 行为 方法 接口 并且通常对外提供一些服务 属性 数据 用来描述对象所描述的东西的某种性质 标识 区别一个对象和其他所有对象的属性 状态 属性所取的值 行为 对象如何动作和响应 方法 函数 实现行为的一段程序 接口 能被外部访问的方法和属性的集合 服务 具备的功能 类 对一组相似的对象的抽象 类是对象的模板 对象是类的实例 OOP有安全性高 代码可复用等优点 安全性 封装保证代码复用途径两种 继承和构成继承 子类继承父类的属性和方法构成 一个类由其他几个类构成多态性 对同样的请求作出不同的反应 实现对接口的复用 CIP对象模型 对象两种 和通信有关 如连接对象 和应用有关 如参数对象隐式报文连接对象 负责分配和管理与显式连接有关的内部资源 标识对象 给出设备的ID以及其他一般信息 报文路由对象 用于传递显式报文网络特有的对象 提供网络底层的配置和状态汇编对象 用于把若干个对象的属性组合在一起 从而可以通过一个连接来传输若干个对象的数据 应用对象 与设备具体功能有关的对象参数对象 给出设备的所有参数 CIP对象模型主要功能 给出工业应用对象的标准定义 通信通信的实现 寻址 4级 设备 类 对象 属性或服务 类ID 16bit 属性ID和服务编码 8bitCIP地址分类 公开的 供货商指定的 对象类指定的显式通信与隐式通信的差别 显式通信发送 接收报文均须报文路由器中转 若CIP网络由几个子网构成 需进行桥接和路由选择 类库 类定义 类描述 类编码 属性 服务 行为等类描述 对类的功能的一个简短描述属性 类属性 属于该类的所有对象所共享的属性 对象属性 每个对象独享的属性7个保留类属性 版本号 对象的最大数目 对象的数目 可选的属性列表 可选的对象列表 最大的类属性ID 最大的对象属性ID ID 1 7 类库中的类可分为与通信有关的类和与应用有关的类 表3 32 3 33 3 34两个特殊类 链路生产者类 负责低层次的报文发送 链路消费者