控制及信息协议(CIP)

1、控制及信息协议（CIP）CIP网络概述 CIP（Commmon Industrail Protocol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（

2、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（Concurrent Time Domain Multiple AccessCTDMA）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

3、、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

4、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/IPCIP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

5、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

6、往下）：应用连接、传输连接、网络连接。 传输类型4种： LISTENONLY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327。 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：源地址目的地址数据校验和 （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（Message ID-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

7、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：MID数据校验和 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

8、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

9、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： Object Oriented Programming,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

10、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

11、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：8bit CIP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：17 类库中的类可分为与通信有关的类和与应用有关的类，表332、333、334 两个特殊类： 链路生产者类：负责低层次的报文发送 链路