ControlNet控制网络技术培训课件

东北大学秦皇岛分校ControlNet控制网络技术培训课件全有文档东北大学秦皇岛分校ControlN1工业网络的配置信息层离散设备层自动化和控制层24vdc509-BOD过程设备层FTPPLCPLC工业网络的配置信息层离散设备层自动化和控制层24vdc5092ControlNet网络ControlNet网络概述ControlNet网络模型ControlNet网络物理层ControlNet数据链路层ControlNet网络ControlNet网络概述3ControlNet网络概述1995年10月，由罗克韦尔自动化开发；1996年10月，罗克韦尔自动化发布ControlNet规范；1997年7月，成立ControlNet国际（CI），成为开放型网络；2000年1月，成为IEC61158现场总线国际标准。ControlNet网络概述1995年10月，由罗克韦尔自动4ControlNet网络概述ext高速(5Mbps)确定性实时控制I/O网络单一网络实现实时控制、数据采集、设备组态灵活的安装方式先进的网络能力确定性–确切的知道数据何时会发送可重复–传输时间间隔恒定，不受网络上节点的增/删的影响生产者/消费者网络模式（Producer/consumerModel）：支持多主（Multi-master），多点传送（Multicast）输入以及点到点（Peer-to-peer）通讯ControlNet网络概述ext高速(5Mbps)确定5ControlNet网络ControlNet网络概述ControlNet网络模型ControlNet网络物理层ControlNet网络ControlNet网络概述6三种网络模型比较Ethernet物理层CSMA/CDIPTCP封装UDPControlNet物理层DeviceNet物理层ControlNetCTDMACANCSMA/NBA应用层设备描述数据链路层物理层网络层传输层新的通讯技术：ATM,USB,FireWire,...CIP报文路由，连接管理（ConnectionManagement）CIP数据管理服务显式报文（ExplicitMessages）、I/O报文CIP应用层应用对象库半导体阀传动装置机器人其他CIP三种网络模型比较EthernetCSMA/CDIPTCP封装7ControlNet与OSI参考模型ControlNet与OSI参考模型8ControlNet网络ControlNet网络概述ControlNet网络模型ControlNet网络物理层ControlNet网络ControlNet网络概述9ControlNet物理层特性距离500米典型距离20km带中继器单段网络节点数99节点/单网段物理介质RG-6同轴电缆光缆布线铠装，高柔度，防腐地埋等.终端电阻类型75终端电阻，网络两端通信比特率5Mbps拓扑结构主干－分支形星形树形环形点对点ControlNetControlNet物理层特性距离单段网络节点数物理介质布线10ControlNet物理层传输介质子层物理媒体连接子层（PMA）物理层信号子层（PLS）ControlNet物理层传输介质子层11ControlNet传输介质同轴电缆光纤屏蔽双绞线（仅用于构建临时连接）ControlNet传输介质同轴电缆12同轴电缆节点节点节点节点7575没有最小分接器间隔支线电缆1米干线电缆要求终结器干线电缆节点介质是RG-6同轴电缆使用电视工业标准电缆(75

)廉价抗噪声干扰(2层金属膜加2层金属编织物屏蔽)使用BNC或TNC标准的连接器（不同的IP防护等级）

同轴电缆节点节点节点节点7575没有最小支线电缆干13同轴电缆ext－分接器四种分接器：1、直线式T型2、直线式Y型3、直角式T型4、直角式Y型同轴电缆ext－分接器四种分接器：14同轴电缆规范单段能够用于两节点之间：两个节点长达1000米48个节点长达250米最多48个节点设备的数量21632482505007501000同轴电缆干线长度米单段图表如果系统处于该区域不需要中继器如果系统处于该区域需要中继器网段最长距离＝1000m－16.3m×(节点数-2)同轴电缆规范单段能够用于两节点之间：设备的数量216324815同轴电缆拓扑结构总线型拓扑结构(串行使用中继器)**非必须使用中继器树型拓扑结构（并行使用中继器）星型拓扑结构（将中继器用作集线器）同轴电缆拓扑结构总线型拓扑结构(串行使用中继器)*16同轴电缆－冗余ControlNet网络支持传输介质冗余。启动每个设备的A、B双通道，并防止反接。ABNAPABControlNetLED's网络存取端口(RJ45)同轴电缆介质连接(可选冗余介质BNCs)模块前面板(典型)同轴电缆－冗余ControlNet网络支持传输介质冗余。AB17ControlNet传输介质同轴电缆光纤屏蔽双绞线（仅用于临时连接）ControlNet传输介质同轴电缆18光纤用于短距离传输，最大传输距离300m；用于中等距离传输，最大传输距离7km；用于长距离传输，最大传输距离20km。光纤用于短距离传输，最大传输距离300m；19光纤中继器类型光纤中继器类型20光纤的拓扑结构除同轴电缆的拓扑结构外，还可构成环形结构，形成自愈式环网。光纤的拓扑结构除同轴电缆的拓扑结构外，还可构成环形结构，形成21光纤网的连接光纤网的连接22光纤网络设备类型光缆节点分接器中继适配器光纤中继模块中继器供电电源光纤网络设备类型光缆23ControlNet传输介质同轴电缆光纤屏蔽双绞线（仅用于临时连接）ControlNet传输介质同轴电缆24临时连接ControlNet仅在两个网络访问端口（NetworkAccessPort－NAP）间点对点连接时采用8芯屏蔽双绞线STP，即NAP电缆。临时连接ControlNet仅在两个网络访问端口（Netwo25计算机连接到ControlNetCablefrom1784-PCCTapfrom1784-KTC(X)15and1784-PCIC计算机连接到ControlNetCablefrom17826网络访问端口（NAP）ABNAPABControlNetLED's网络存取端口(RJ45)同轴电缆介质连接(可选冗余介质BNCs)模块前面板(典型)网络访问端口（NAP）ABNAPABControlNetLE27ControlNet物理层传输介质子层物理媒体连接子层（PMA）物理层信号子层（PLS）ControlNet物理层传输介质子层28物理层信号－曼彻斯特编码物理层信号－曼彻斯特编码29ControlNet网络ControlNet网络概述ControlNet网络模型ControlNet网络物理层ControlNet数据链路层ControlNet网络ControlNet网络概述30ControlNet数据链路层介质访问控制原理MAC帧格式ControlNet数据链路层介质访问控制原理31介质访问控制原理MAC子层的任务是解决网络上所有的节点共享一个信道所带来的信道争用问题。ControlNet采用的MAC协议是一种令牌总线协议。介质访问控制原理MAC子层的任务是解决网络上所有的节点共享一32令牌总线协议令牌总线协议33CTLR1HMIDrive1TemperatureSensorDrive3Drive2CTLR2CyclicRate100msCyclicRate200msCyclicRate50msCyclicRate25ms周期性数据交换CTLR1HMIDrive1TemperatureDrive34CTDMA采用同时间域多路访问（ConcurrentTimeDomainMultipleAccess－CTDMA）协议。NetworkInterval#1TimeNetworkUpdateTimeNetworkInterval#2NetworkInterval#3NetworkInterval#4NetworkInterval#5非预定时段*预定时段CTDMA采用同时间域多路访问（ConcurrentTi35隐性令牌传递依据extNetworkUpdateInterval(NUI)ScheduledServiceConcurrentTimeDomainMultipleAccessUnscheduledServiceNetworkMaintenanceServicethe“Guardband”TimeNetworkUpdateTime(NUT)隐性令牌传递依据extNetworkUpdateInte36预定时段CTDMA协议传输I/O报文，即对时间有苛刻要求的报文。CTDMA协议保证每个有I/O报文发送需求的节点在该时段中有一次发送机会。预定时段CTDMA协议传输I/O报文，即对时间有苛刻要求的报37预定时段ext1

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n1

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nSMAXMaximumschedulednetworkaddress最大预定性节点由用户自定义1

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n该边界的移动取决于预定性带宽的利用率Example:node#3等待一个slottime因为#2设备关闭Time预定时段ext11SMAX1该边界的移动取决于预定性带宽38非预定时段CTDMA传输所谓的显式报文，即对时间没有苛求的报文，如程序的上载/下载报文、故障诊断报文、设备配置报文等。UMAX表示有显式报文发送需求的节点中的最大节点地址。非预定时段CTDMA传输所谓的显式报文，即对时间没有苛求的报39非预定时段ext7

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9UMAX最大的非预定性网络节点地址Default=998

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每个节点可能传送多次或一次都不传送l前一时段的网络地址加1获取机会传送数据Time

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非预定时段ext7UMAX8每个节点可能传送多次前一时段的40CTDMA技术实例NetworkUpdateTimeNetworkInterval#1TimeNetworkInterval#2NetworkInterval#3NetworkInterval#4NetworkInterval#5123434512123451

1234451

ScheduledUnscheduledNetworkInterval1ScheduledUnscheduledNetworkInterval2ScheduledUnscheduledNetworkInterval3CTDMA技术实例NetworkNetworkTi41网络维护时段协调帧用于同步网络上所有节点的内部时钟，以及公布一些重要的网络参数，如NUT、SMAX、UMAX等。由网络地址最小的节点，发送“协调帧”进行维护，其他所有节点不发送数据。网络维护时段协调帧用于同步网络上所有节点的内部时钟，以及公布42网络编址赋予发送有时间苛求I/O和控制器之间互锁信息的节点比较低的地址；网络不能有比SMAX小的空地址，保留1~2个比UMAX小的空地址。网络编址赋予发送有时间苛求I/O和控制器之间互锁信息的节点比43看守节点（Keeper）ControlNet网络上至少有一个节点充当Keeper。保存和应用网络参数（包括NUT、SMAX、UMAX等）和预定连接信息的能力。可把ControlNet分为单看守网络和多看守网络。看守节点（Keeper）ControlNet网络上至少有一个44ControlNet数据链路层介质访问控制原理MAC帧格式ControlNet数据链路层介质访问控制原理45MAC帧格式前导码开始分隔符SourceMACID0-510BytesMaxCRC结束分隔符LpacketLpacketLpacket.........MACPacketMAC帧格式前导码开始分隔符Source0-510By46Lpacket格式大小控制数据标签大小域表示整个Lpacket的字节对数目（3~255），大小1B。Lpacket格式大小控制数据标签大小域表示整个Lpacke47Lpacket的CID实例PLC-5Adapter#1Adapter#2Adapter#3LpacketLpacketLpacketMACPacketLpacketLpacketLpacketPLC-5传送1个MAC数据帧包含3个LpacketsAdapter#1通过CID#1并抛弃CID#2和#3Adapter#2通过CID#2并抛弃CID#1和#3Adapter#3通过CID#3并抛弃CID#1和#2CID#1CID#2CID#3CID#1CID#2CID#3ControlNetLpacket的CID实例PLC-5Adapter#1A48ControlNet组网网络规划与安装设备和网络配置ControlNet组网网络规划与安装49网络规划需要上网的设备清单，以及每台设备对网络通信功能的需求；需要进行通信的清单，即哪些设备之间需要进行何种通信；每项通信的性能指标要求；网络工作的环境条件情况。网络规划需要上网的设备清单，以及每台设备对网络通信功能的50设备配置本地配置远程配置设备配置本地配置51远程配置的条件计算机安装ControlNet网卡和驱动具有ControlNet设备配置软件操作员应具有EDS文件远程配置的条件计算机安装ControlNet网卡和驱动52设备配置软件功能将设备EDS文件读入配置软件的数据库中；对EDS文件的内容进行解释；将用户选定的参数值写入设备。设备配置软件功能将设备EDS文件读入配置软件的数据库中；53配置软件-RSNetworxforControlNetPLCI/O网络组态在线/离线组态RSLinx作为接口ControlNetCard1784-KTCX,1784-PCCRSLinxRSLogix5RSNetWorxRSLogix5000配置软件-RSNetworxforControlNetP54RSNetWorx软件网络规划用户在RSLogix5000软件中创建或更改连接后，需要使用RSNetWorx软件对ControlNet网络进行规划。主要包括以下任务：1、计算每个连接API时间。2、进行预定义连接规划。RSNetWorx软件网络规划用户在RSLogix5000软55实例:网络规划网络刷新时间组态为5ms。ConnectionA每个网络刷新时间内更新一次,它的实际数据包间隔时间为5ms.ConnectionB每两次网络刷新时间内更新一次,它的实际数据包间隔时间为10ms.ConnectionC每四次网络刷新时间内更新一次,它的实际数据包间隔时间为20ms.实例:网络规划网络刷新时间组态为5ms。Connec56实例:网络规划（ext）NetworkUpdateInterval1NetworkUpdateInterval6NetworkUpdateInterval5NetworkUpdateInterval4NetworkUpdateInterval3NetworkUpdateInterval2Time__________5ms__________10ms__________15ms__________20ms__________25ms__________30msConnectionAConnectionBConnectionAConnectionCConnectionAConnectionBConnectionAConnectionAConnectionBConnectionAConnectionCNetworkUpdateTime=5msActualPacketIntervalforConnectionA=5msActualPacketIntervalforConnectionB=10msActualPacketIntervalforConnectionC=20ms实例:网络规划（ext）NetworkUpdateNe57周期性I/O连接SCANNER1Drive1TemperatureSensorDrive3Drive2CyclicRate100msCyclicRate200msCyclicRate50msCyclicRate25ms周期性I/O连接SCANNER1Drive1Temperat58东北大学秦皇岛分校ControlNet控制网络技术培训课件全有文档东北大学秦皇岛分校ControlN59工业网络的配置信息层离散设备层自动化和控制层24vdc509-BOD过程设备层FTPPLCPLC工业网络的配置信息层离散设备层自动化和控制层24vdc50960ControlNet网络ControlNet网络概述ControlNet网络模型ControlNet网络物理层ControlNet数据链路层ControlNet网络ControlNet网络概述61ControlNet网络概述1995年10月，由罗克韦尔自动化开发；1996年10月，罗克韦尔自动化发布ControlNet规范；1997年7月，成立ControlNet国际（CI），成为开放型网络；2000年1月，成为IEC61158现场总线国际标准。ControlNet网络概述1995年10月，由罗克韦尔自动62ControlNet网络概述ext高速(5Mbps)确定性实时控制I/O网络单一网络实现实时控制、数据采集、设备组态灵活的安装方式先进的网络能力确定性–确切的知道数据何时会发送可重复–传输时间间隔恒定，不受网络上节点的增/删的影响生产者/消费者网络模式（Producer/consumerModel）：支持多主（Multi-master），多点传送（Multicast）输入以及点到点（Peer-to-peer）通讯ControlNet网络概述ext高速(5Mbps)确定63ControlNet网络ControlNet网络概述ControlNet网络模型ControlNet网络物理层ControlNet网络ControlNet网络概述64三种网络模型比较Ethernet物理层CSMA/CDIPTCP封装UDPControlNet物理层DeviceNet物理层ControlNetCTDMACANCSMA/NBA应用层设备描述数据链路层物理层网络层传输层新的通讯技术：ATM,USB,FireWire,...CIP报文路由，连接管理（ConnectionManagement）CIP数据管理服务显式报文（ExplicitMessages）、I/O报文CIP应用层应用对象库半导体阀传动装置机器人其他CIP三种网络模型比较EthernetCSMA/CDIPTCP封装65ControlNet与OSI参考模型ControlNet与OSI参考模型66ControlNet网络ControlNet网络概述ControlNet网络模型ControlNet网络物理层ControlNet网络ControlNet网络概述67ControlNet物理层特性距离500米典型距离20km带中继器单段网络节点数99节点/单网段物理介质RG-6同轴电缆光缆布线铠装，高柔度，防腐地埋等.终端电阻类型75终端电阻，网络两端通信比特率5Mbps拓扑结构主干－分支形星形树形环形点对点ControlNetControlNet物理层特性距离单段网络节点数物理介质布线68ControlNet物理层传输介质子层物理媒体连接子层（PMA）物理层信号子层（PLS）ControlNet物理层传输介质子层69ControlNet传输介质同轴电缆光纤屏蔽双绞线（仅用于构建临时连接）ControlNet传输介质同轴电缆70同轴电缆节点节点节点节点7575没有最小分接器间隔支线电缆1米干线电缆要求终结器干线电缆节点介质是RG-6同轴电缆使用电视工业标准电缆(75

)廉价抗噪声干扰(2层金属膜加2层金属编织物屏蔽)使用BNC或TNC标准的连接器（不同的IP防护等级）

同轴电缆节点节点节点节点7575没有最小支线电缆干71同轴电缆ext－分接器四种分接器：1、直线式T型2、直线式Y型3、直角式T型4、直角式Y型同轴电缆ext－分接器四种分接器：72同轴电缆规范单段能够用于两节点之间：两个节点长达1000米48个节点长达250米最多48个节点设备的数量21632482505007501000同轴电缆干线长度米单段图表如果系统处于该区域不需要中继器如果系统处于该区域需要中继器网段最长距离＝1000m－16.3m×(节点数-2)同轴电缆规范单段能够用于两节点之间：设备的数量216324873同轴电缆拓扑结构总线型拓扑结构(串行使用中继器)**非必须使用中继器树型拓扑结构（并行使用中继器）星型拓扑结构（将中继器用作集线器）同轴电缆拓扑结构总线型拓扑结构(串行使用中继器)*74同轴电缆－冗余ControlNet网络支持传输介质冗余。启动每个设备的A、B双通道，并防止反接。ABNAPABControlNetLED's网络存取端口(RJ45)同轴电缆介质连接(可选冗余介质BNCs)模块前面板(典型)同轴电缆－冗余ControlNet网络支持传输介质冗余。AB75ControlNet传输介质同轴电缆光纤屏蔽双绞线（仅用于临时连接）ControlNet传输介质同轴电缆76光纤用于短距离传输，最大传输距离300m；用于中等距离传输，最大传输距离7km；用于长距离传输，最大传输距离20km。光纤用于短距离传输，最大传输距离300m；77光纤中继器类型光纤中继器类型78光纤的拓扑结构除同轴电缆的拓扑结构外，还可构成环形结构，形成自愈式环网。光纤的拓扑结构除同轴电缆的拓扑结构外，还可构成环形结构，形成79光纤网的连接光纤网的连接80光纤网络设备类型光缆节点分接器中继适配器光纤中继模块中继器供电电源光纤网络设备类型光缆81ControlNet传输介质同轴电缆光纤屏蔽双绞线（仅用于临时连接）ControlNet传输介质同轴电缆82临时连接ControlNet仅在两个网络访问端口（NetworkAccessPort－NAP）间点对点连接时采用8芯屏蔽双绞线STP，即NAP电缆。临时连接ControlNet仅在两个网络访问端口（Netwo83计算机连接到ControlNetCablefrom1784-PCCTapfrom1784-KTC(X)15and1784-PCIC计算机连接到ControlNetCablefrom17884网络访问端口（NAP）ABNAPABControlNetLED's网络存取端口(RJ45)同轴电缆介质连接(可选冗余介质BNCs)模块前面板(典型)网络访问端口（NAP）ABNAPABControlNetLE85ControlNet物理层传输介质子层物理媒体连接子层（PMA）物理层信号子层（PLS）ControlNet物理层传输介质子层86物理层信号－曼彻斯特编码物理层信号－曼彻斯特编码87ControlNet网络ControlNet网络概述ControlNet网络模型ControlNet网络物理层ControlNet数据链路层ControlNet网络ControlNet网络概述88ControlNet数据链路层介质访问控制原理MAC帧格式ControlNet数据链路层介质访问控制原理89介质访问控制原理MAC子层的任务是解决网络上所有的节点共享一个信道所带来的信道争用问题。ControlNet采用的MAC协议是一种令牌总线协议。介质访问控制原理MAC子层的任务是解决网络上所有的节点共享一90令牌总线协议令牌总线协议91CTLR1HMIDrive1TemperatureSensorDrive3Drive2CTLR2CyclicRate100msCyclicRate200msCyclicRate50msCyclicRate25ms周期性数据交换CTLR1HMIDrive1TemperatureDrive92CTDMA采用同时间域多路访问（ConcurrentTimeDomainMultipleAccess－CTDMA）协议。NetworkInterval#1TimeNetworkUpdateTimeNetworkInterval#2NetworkInterval#3NetworkInterval#4NetworkInterval#5非预定时段*预定时段CTDMA采用同时间域多路访问（ConcurrentTi93隐性令牌传递依据extNetworkUpdateInterval(NUI)ScheduledServiceConcurrentTimeDomainMultipleAccessUnscheduledServiceNetworkMaintenanceServicethe“Guardband”TimeNetworkUpdateTime(NUT)隐性令牌传递依据extNetworkUpdateInte94预定时段CTDMA协议传输I/O报文，即对时间有苛刻要求的报文。CTDMA协议保证每个有I/O报文发送需求的节点在该时段中有一次发送机会。预定时段CTDMA协议传输I/O报文，即对时间有苛刻要求的报95预定时段ext1

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n该边界的移动取决于预定性带宽的利用率Example:node#3等待一个slottime因为#2设备关闭Time预定时段ext11SMAX1该边界的移动取决于预定性带宽96非预定时段CTDMA传输所谓的显式报文，即对时间没有苛求的报文，如程序的上载/下载报文、故障诊断报文、设备配置报文等。UMAX表示有显式报文发送需求的节点中的最大节点地址。非预定时段CTDMA传输所谓的显式报文，即对时间没有苛求的报97非预定时段ext7

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9UMAX最大的非预定性网络节点地址Default=998

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每个节点可能传送多次或一次都不传送l前一时段的网络地址加1获取机会传送数据Time

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非预定时段ext7UMAX8每个节点可能传送多次前一时段的98CTDMA技术实例NetworkUpdateTimeNetworkInterval#1TimeNetworkInterval#2NetworkInterval#3NetworkInterval#4NetworkInterval#5123434512123451

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ScheduledUnscheduledNetworkInterval1ScheduledUnscheduledNetworkInterval2ScheduledUnscheduledNetworkInterval3CTDMA技术实例NetworkNetworkTi99网络维护时段协调帧用于同步网络上所有节点的内部时钟，以及公布一些重要的网络参数，如NUT、SMAX、UMAX等。由网络地址最小的节点，发送“协调帧”进行维护，其他所有节点不发送数据。网络维护时段协调帧用于同步网络上所有节点的内部时钟，以及公布100网络编址赋予发送有时间苛求I/O和控制器之间互锁信息的节点比较低的地址；网络不能有比SMAX小的空地址，保留1~2个比UMAX小的空地址。网络编址赋予发送有时间苛求I/O和控制器之间互锁信息的节点比101看守节点（Keeper）ControlNet网络上至少有一个节点充当Keeper。保存和应用网络参数（包括NUT、SMAX、UMAX等）和预定连接信息的能力。可把ControlNet分为单看守网络和多看守网络。看守节点（Keeper）ControlNet网络上至少有一个102ControlNet数据链路层介质访问控制原理MAC帧格式ControlNet数据链路层介质访问控制原理103MAC帧格式前导码开始分隔符SourceMACID0-510BytesMaxCRC结束分隔符LpacketLpacketLpacket.........MACPacketMAC帧格式前导码开始分隔符Source0-510By104Lpacket格式大小控制数据标签大小域表示整个Lpacket的字节对数目（3~255），大小1B。Lpacket格式大小控制数据标签大小域表示整个Lpacke105Lpacket的CID实例PLC-5Adapter#1Adapter#2Adapter#3LpacketLpacketLpacketMACPacketLpacketLpacketLpacketPLC-5传送1个MAC数据帧包含3个LpacketsAdapter#1通过CID#1并抛弃CID#2和#3Adapter#2通过CID#2并抛弃CID#1和#3Adapter#3通过CID#3并抛弃CID#1和#2CID#1CID#2CID#3CID#1CID#2CID#3ControlNetLpacket的CID实例PLC-5Adapter#1A106ControlNet组网网络规划与安装设备和网络配置ControlNe