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

现场总线技术及其应用第4讲胡青松2023/1/91现场总线技术及其应用第4讲2023/1/814通用工业协议（CIP）4.1CIP网络概况4.2CIP的特点4.3CIP4.4CIP设备描述4.5CIP设备开发4.6CIP网络组网4.7小结2023/1/924通用工业协议（CIP）4.1CIP网络4.1CIP网络概况通用工业协议CommonIndustrialProtocal–CIPCIP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/IP2023/1/934.1CIP网络概况通用工业协议2023/1/83DeviceNet发展史时间发展2023/1/94DeviceNet发展史时间发展2023/1/841.ODVA（OpenDeviceNetVendorAssosiation)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3.ODVA网址：4.ODVACHINA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.ODVACHINA网址：ODVA&ODVACHINA简介2023/1/951.ODVA（OpenDeviceNetVendorAControlNet发展史1995年10月RockwellAutomation推出ControlNet1996年10月发布ControlNet规范1997年7月成立ControlNetInternational组织2000年1月成为IEC61158标准之一2023/1/96ControlNet发展史1995年10月RockwellControlNetInternational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（ControlNetInternational-CI）。同时，罗克韦尔自动化将ControlNet技术转让给了CI。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。截止1999年底，CI在全世界范围内拥有包括RockwellAutomation、ABB、Honeywell、Toshiba等70家著名厂商组成的成员单位。CI网址：2023/1/97ControlNetInternational简介为了促进IEA简介从1998年开始，CI的一个特别兴趣小组（SpecialInterestGroup–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（IndustrialEthernetAssociation–IEA）。2000年，ODVA、CI和IEA三个国际组织联合推出了EtherNet/IP。IEA网址：2023/1/98IEA简介从1998年开始，CI的一个特别兴趣小组（SpecCIP共享一个通用的应用层和用户层协议ACDrivesPneu

ValveSEMIDevicesPositionCntrllrsOtherProfilesApplication

ObjectLibraryCIPApplicationLayerExplicit,I/O,RoutingDeviceNetDLL&TransportControlNetDLL&TransportencapsulationFuture?Future?UDPTCPIPDeviceNetPhysicalLayerControlNetPhysicalLayerEthernetphysicalLayerCIP用户层物理层传输和数据链路层应用层ATM,FirewireUSB,BlueTooth,etc.2023/1/99CIP共享一个通用的应用层和用户层协议ACDrivesPThisisDeviceNetACDrivesPneuValveSEMIDevicesPositionCntrllrsOtherProfilesApplication

ObjectLibraryCIPApplicationLayerExplicit,I/O,RoutingDeviceNetDLL&TransportControlNetDLL&TransportencapsulationFutureFutureUDPTCPIPDeviceNetPhysicalLayerControlNetPhysicalLayerEthernetphysicalLayerCIPUserLayerPhysicalLayerTransportandDataLinkLayerApplicationLayerATM,FirewireUSB,BlueTooth,etc.2023/1/910ThisisDeviceNetACDrivesThisisControlNetACDrivesPneuValveSEMIDevicesPositionCntrllrsOtherProfilesApplicationObjectLibraryCIPApplicationLayerExplicit,I/O,RoutingDeviceNetDLL&TransportControlNetDLL&TransportencapsulationFutureFutureUDPTCPIPDeviceNetPhysicalLayerControlNetPhysicalLayerEthernetphysicalLayerCIPUserLayerPhysicalLayerTransportandDataLinkLayerApplicationLayerATM,FirewireUSB,BlueTooth,etc.2023/1/911ThisisControlNetACThisisEthernet/IP

(IPstandsforIndustrialProtocol)ACDrivesPneuValveSEMIDevicesPositionCntrllrsOtherProfilesApplication

ObjectLibraryCIPApplicationLayerExplicit,I/O,RoutingDeviceNetDLL&TransportControlNetDLL&TransportencapsulationFuture?Future?UDPTCPIPDeviceNetPhysicalLayerControlNetPhysicalLayerEthernetphysicalLayerCIPUserLayerPhysicalLayerTransportandDataLinkLayerApplicationLayerATM,FirewireUSB,BlueTooth,etc.2023/1/912ThisisEthernet/IP

(IPstands4.1CIP网络概况应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层ISO/OSICIP物理层CTDMAControlNetDeviceNetCIPCANCIP,HTTP,etc.以太网EtherNet/IPTCP/UDPIP,ICMP,etc.图4-1三种CIP网络的网络模型和ISO/OSI参考模型对照图同时间域多路访问2023/1/9134.1CIP网络概况应用层表示层会话层传输层网络层数据链路4.2CIP的特点----报文显式报文（ExplicitMessage）

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。2023/1/9144.2CIP的特点----报文显式报文（Explicit4.2CIP的特点----报文I/O报文（I/OMessage）在本质上是隐性的，因而有时也称为隐式报文（ImplicitMessage），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ProfibusFMS/ProfibusDP网络就是这种情况的表现。2023/1/9154.2CIP的特点----报文I/O报文（I/OMess4.2CIP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2023/1/9164.2CIP的特点----报文表4-2各种类型的数据对传输CAN的数据帧格式

帧结束1bit11bits1bit6bits0...8bytes15bits1bit1bit1bit7bits>=3bits帧间隔ACK分隔符ACK应答CRC分割符CRC序列数据场控制区RTR位标识符帧开始帧间隔仲裁区2023/1/917CAN的数据帧格式

帧结束111160...ControlNet的数据帧格式结束分隔符

CRC校验数据源MAC地址开始分隔符前导码

ControlNet的MAC帧格式（图中数字的单位为字节）2023/1/918ControlNet的数据帧格式4.2CIP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（ConnectionID-CID）连接显式连接隐式连接未连接报文管理器UnconnectedMessageManager-UCMM2023/1/9194.2CIP的特点----面向连接在通讯开始之前必须建立起4.2CIP的特点----面向连接节点A节点B未连接显式请求报文未连接显式响应报文图4-2显式连接的过程2023/1/9204.2CIP的特点----面向连接节点A节点B未连接显式请4.2CIP的特点----面向连接应用连接传输连接网络连接2023/1/9214.2CIP的特点----面向连接应用连接2023/1/8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。连接可以动态建立和撤消。2023/1/922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，目的表4-3CIP传输类类编号类名称特点典型应用场合0基本最简单，功能最少I/O数据传输、诊断信息传输、控制器和操作员界面设备之间的通讯等

1重复检测的在类0的基础上，增加了重复数据包检测功能2确认的在类1的基础上，增加了确认功能3校核的在类1的基础上，增加了校核功能4非阻塞的可进行双向数据传输两个应用之间的双向数据传输5非阻塞且破分的在类4的基础上，增加了报文的破分和重组功能两个应用之间的双向数据传输（最长65536B）6多播且破分的在类3的基础上，增加了报文的破分和重组功能报文的多播发送（最长65536B）

2023/1/923表4-3CIP传输类类编号类名称特点典型应用场合4.2CIP的特点----生产者/消费者模型现今的工业自动化网络中有两种主要的网络模型，即源/目的地模型(Source/Destination)和生产者/消费者(Producer/Customer)模型。典型的源/目的地模型的一个数据包

源地址目的地址 数据 循环冗余检验码 在主/从系统中经常用这种模型，主/从是一个层次体系，系统中包含一个发起所有通信的主机。点对点结构优于主/从结构，提供更多的灵活性，在点对点的系统中，设备既可以发起通信，也可以回应系统中其它设备的请求。由于所要求的灵活性，支持点对点的网络使用显性报文进行通信。为保证各节点设备都可有机会送信号到网络，大多数点对点的网络使用某种类型的CSMA/CD，并且经过多年的改善，算法使得节点对总线的访问更加公平。不论是主/从结构，还是点对点通信结构，基于源/目的地的网络在把同样数据发往不同节点时都消耗了过多带宽，另外要实现协同控制，想以同步的方式将一个设定值同时送达不同的驱动器将更加困难，因为数据到达每个驱动器(目的地)的时间是不同的。2023/1/9244.2CIP的特点----生产者/消费者模型现今的工业自4.2CIP的特点----生产者/消费者模型DeviceNet/ControlNet中采用了一个全新的生产者/消费者网络模型。一个典型的生产者/消费者模型的数据包结构如下：

标识符数据循环冗余检验码

在生产者/消费者模型中，信息按内容来标识，如果一个节点要接收一个数据，仅仅需识别与此信息相连的特定的标识符(在DeviceNet中用11位标识符-CID-连接ID），每个数据包不再需要源地址位和目标地址位。因为数据是按内容进行标识的，数据源只需将数据发送一次。许多需用此数据的节点通过在网上同时识别这个标识符，可同时地从同一生产者取用(消费)此同一数据。消费者节点之间可实现精确的同步，而且提高了带宽的有效使用率，其它的设备加入网络后并不增加网络负载，因为它们同样可以消费这些相同的信息，当节点发送多个数据组时，对每个数据组使用不同的标识符。2023/1/9254.2CIP的特点----生产者/消费者模型DeviceN生产者/消费者模型2023/1/926生产者/消费者模型2023/1/8264.2CIP的特点----通讯模式组A-主从的点对点（pointtopoint)通讯(poll,cyclic,cos)组B–多点传送(multicast)的主从通信方式(strob)组C-对等(peertopeer）2023/1/9274.2CIP的特点----通讯模式组A-主从的点对点10IdentityUsage98765432100MessageIDSourceMACIDMessageGroup1MessageGroup2MessageGroup3MessageGroup4InvalidCANIDMACIDMsgIDMsgIDSourceMACID011111111Group4MsgID1111111InvalidRange0-3FF400-5FF600-7BF7C0-7EF7F0-7FFMACID（媒体存取控制标识符）分配给DeviceNet上每个节点的一个整数标识值，用于在网络上识别该节点。MACID为六位二进制数，可标识64个节点。MessageID（报文ID）－用于标识一个连接所使用的通信通道。CID（连接ID）是MACID和报文ID的组合，也就是11位标识符

CAN/DeviceNet11位标识符区2023/1/92810IdentityUsage98765432100Mes4.3CIP对象有关的基本概念CIP对象模型类库2023/1/9294.3CIP对象有关的基本概念2023/1/8294.3.1对象有关的基本概念

DeviceNet使用抽象对象模型来描述产品的通信功能。对象模型是设备通信方面功能的完整定义的集。传统的面向对象编程（OOP）软件设计当中运用数据结构、函数和过程，在对象模型中，我们把这些捆绑到一起，改变这些术语的名字，分别称之为属性(Attributes)，服务(Service)和行为(Behavior)，整个称为对象(Objects)。

DeviceNet的每个设备都由两类基本的对象集组成，分别是与通信相关的对象和与应用相关的对象。2023/1/9304.3.1对象有关的基本概念DeviceN4.3.2CIP对象模型类(Class)构成一个设备需要不同的功能子集，也即需要不同类型的对象，我们称每类为不同的对象类，每个类有一个唯一的类标识号(0-65535).

属性(Attributes)对象含有一些数据变量，称之为属性(attribute),标识号范围为(0-255)，属性反映对象的状态信息或控制对象的操作行为.

实例(Instance)有时，设备中有必要包括某类对象的多个拷贝，我们称其中每个拷贝为类的一个实例(instance)，每个实例有相同的属性集，但其属性值是不同的，这样才使得每个实例是唯一的。每个实例有一个唯一的标识号，范围为0-65535。2023/1/9314.3.2CIP对象模型类(Class)2023/1/84.3.3CIP对象模型

服务(Service)对象提供的功能称为服务(Service)，它是对某个对象请求执行的任务。

对象编址前面所讨论的标识号主要用在通过网络上的显式报文协议对设备中的事物进行寻址，一个典型的显式报文将包括MAC地址，类ID，实例ID，属性ID和要求对象执行某个操作的服务代码。对象编址还用在电子数据表(ElectronicDataSheet-EDS)中对设备的可组态参数的识别和对象彼此间内在的绑定。如连接路径(connectionpath)典型地用类、实例、属性等的识别号来表示。2023/1/9324.3.3CIP对象模型服务(Service)2023/4.3.2CIP对象模型应用对象报文路由器对象汇编对象参数对象标识对象网络特有的对象连接类与应用有关的对象与通讯有关的对象隐式报文连接对象显式报文连接对象总线

图4-4CIP对象模型（其中灰色的对象为必需的，白色的对象为可选的）2023/1/9334.3.2CIP对象模型应用报文路由器对象汇编参数标识网络特4.3.2CIP对象模型CIP地址分为为3类公开的（Open）由ODVA/CI统一分配供应商指定的（VendorSpecific）由设备供应商自行分配类指定的（ObjectClassSpecific）由类进行分配的，只有服务的地址才有这个类型CIP通信显式通信隐式通信2023/1/9344.3.2CIP对象模型CIP地址分为为3类2023/1/84.3.2CIP对象模型显式报文显式报文设备A与应用有关的对象请求响应与通讯有关的对象设备B与应用有关的对象请求响应与通讯有关的对象显式通信用于传输对时间没有苛求的数据，它基于源/目的地模型，只能用于两个节点之间的通信，客户发出请求，服务器做出响应。显式通信可以访问任何对象的任何可从外部访问的数据。2023/1/9354.3.2CIP对象模型显式报文显式报文设备A与应用有关的对4.3.2CIP对象模型设备A与应用有关的对象I/O数据与通讯有关的对象设备B与应用有关的对象与通讯有关的对象隐式报文I/O数据图4-6CIP隐式通讯原理隐式通信用于传输对时间有苛求的数据(主要是I/O数据)，它基于生产者/消费者模型，支持多播。2023/1/9364.3.2CIP对象模型设备A与应用有关的对象I/O数据与通4.3.3类库类描述类描述是对类的功能的一个简短描述类编码类标识号(0-65535)属性类属性和对象属性服务CIP通用服务和类特有的服务行为行为给出当一个会改变对象状态的事件发生后对象的反应2023/1/9374.3.3类库类描述2023/1/8374.3.3类库链路生产者类链路消费者类链路生产者对象链路消费者对象连接对象应用对象发送接收图4-7链路生产者对象、链路消费者对象和连接对象关系图两个没有类编码，也没有在类库中给出定义的类2023/1/9384.3.3类库链路生产者类链路生产者对象链路消费者对象应用4.4CIP设备描述设备描述（DeviceProfile）

对某一类型设备的重要特性的描述CIP规范提供设备描述的目的

实现互操作和互换性CIP设备描述的内容

设备的对象模型的定义设备的I/O数据的格式设备配置的定义

2023/1/9394.4CIP设备描述设备描述（DeviceProfile4.4CIP设备描述表4-11现有的设备描述清单2023/1/9404.4CIP设备描述表4-11现有的设备描述清单2023/4.4CIP设备描述表4-12光电传感器用到的类2023/1/9414.4CIP设备描述表4-12光电传感器用到的类2023/表4-13光电传感器中各个对象对设备行为的影响对象对设备行为的影响标识对象支持复位服务报文路由器对象无影响网络特有的对象配置端口属性连接对象包含进出设备的逻辑端口数目汇编对象定义I/O数据格式参数对象为设备的可配置参数提供公共接口存在检测对象影响输出值4.4CIP设备描述2023/1/942表4-13光电传感器中各个对象对设备行为的4.4CIP设备描述表4-14光电传感器的对象接口对象接口标识对象报文路由器对象报文路由器对象显式连接对象网络特有的对象报文路由器对象连接对象报文路由器对象汇编对象报文路由器对象、I/O连接对象参数对象报文路由器对象存在检测对象报文路由器对象、汇编对象、参数对象

2023/1/9434.4CIP设备描述表4-14光电传感器的对象接口对4.4CIP设备描述表4-15光电传感器的汇编对象的“数据”属性格式第7位第6位第5位第4位第3位第2位第1位第0位保留保留保留保留保留保留诊断输出

2023/1/9444.4CIP设备描述表4-15光电传感器的汇编对象的“数4.4CIP设备描述

[Parms]Param1=0,$数据占位符2,”200e24013008”,$路径长度、路径0x0002,$描述符4,1$数据类型及大小（布尔型）“OperateMode”,$参数名称“”,$单位（没有使用）“”,$用户手册参考（没有使用）0,1,0,$最小值、最大值、缺省值0,0,0,0,$缩放有关参数值（没有使用）0,0,0,0,$缩放有关链接（没有使用）1;$小数位[EnumPar]Param1=“LightOperate”,$当值为0时“DarkOperate”;$当值为1时光电传感器的配置2023/1/9454.4CIP设备描述[Parms]光电传感器的配置202设备行规DeviceNet使用设备行规来实现设备之间的互操作性，同类设备的可互换性和行为一致性。 设备行规有专家达成一致意见的标准行规和一般的或厂商自定义的非标准行规。ODVA负责在技术规范中发布设备行规。根据DeviceNet技术规范的使用协议，每个厂商为其每个DeviceNet产品发布一致性兼容声明，其内容涉及此设备所遵循的技术规范的发布日期和版本号，设备中实现的所有协议的选项和设备遵循的设备行规。另外，厂商附加的任何性能都要求通过网络可以公开访问。设备行规是一个设备的基于对象模型的正式定义，包括以下内容：设备的内部构造（使用对象库中的对象或用户自定义对象，定义了设备行为的详细描述）I/O数据（数据交换的内容和格式，以及在设备内部的映象所表示的含义。）可组态的属性（怎样被组态，组态数据的功能，它可能包括EDS信息）2023/1/946设备行规DeviceNet使用设4.5CIP设备开发概念为设备开发某种CIP网络接口，使之具备该种CIP网络通讯能力CIP网络的技术规范硬件开发部分和软件开发编写EDS文件一致性测试测试CIP设备是否与相应的CIP网络规范保持一致

2023/1/9474.5CIP设备开发概念2023/1/8474.6CIP网络组网4.6.1网络规划和安装4.6.2设备配置2023/1/9484.6CIP网络组网4.6.1网络规划和安装2023/14.6.1网络规划和安装需求分析选择合适的网络选择各个网络部件制定详细的网络方案安装网络检查和调试网络并解决存在的问题2023/1/9494.6.1网络规划和安装需求分析2023/1/8494.6.1网络规划和安装需求分析需要上网的设备清单，以及每个设备对网络通讯功能的需求，即到底是传输对时间有苛求的数据，还是传输对时间没有苛求的数据，还是两者都需要；需要相互通讯的清单，即哪些设备之间需要进行通讯，通讯到底是实时通讯还是非实时通讯；每项通讯的性能指标要求，包括对实时性、确定性、可重复性的要求、通讯数据量的大小、I/O数据输入/输出的容许最大时间间隔、可以接受的费用等；网络工作的环境条件情况，如温度、湿度、有无腐蚀性化学物质、振动、电磁干扰等。2023/1/9504.6.1网络规划和安装需求分析2023/1/8504.6.1网络规划和安装制定网络方案

确定通讯波特率。选择通讯波特率要考虑多方面的因素，包括应用对带宽的需求、成本等。值得注意的是，通信波特率越低，抗电磁干扰能力就越强。确定各个设备的摆放位置。要确保各个设备的工作环境能够满足要求。确定每个连接的距离，保证网段的长度在限值以内。注意网络安全。控制网络与办公网络之间、控制网络与Internet之间应该有必要的隔离。2023/1/9514.6.1网络规划和安装制定网络方案2023/1/8514.6.2设备配置两种配置方式利用设备提供的拨码开关、跳线、拨轮、插针、人机界面等，直接在设备上进行配置在与CIP网络相连的计算机上进行远程配置提供设备配置所需要的信息的方式打印稿EDS文件参数对象描述EDS文件和参数对象描述两种方式相结合使用配置汇编对象2023/1/9524.6.2设备配置两种配置方式2023/1/8524.6.2设备配置EDS文件CIP设备配置软件DeviceNet设备配置软件RSNetworxforDeviceNetControlNet设备配置软件RSNetworxforControlNetEthernet设备配置软件RSNetworxforEthernet2023/1/9534.6.2设备配置EDS文件2023/1/853表4-1三种CIP网络对比CIP网络名称DeviceNetControlNetEtherNet/IP传输介质电缆同轴电缆、光纤同轴电缆、光纤、非屏蔽双绞线通讯波特率/（bit/s）0.125/0.25/0.5510/100最大节点数6499很多最大网段距离/(km)0.5（当通讯波特率为125kbit/s时）5km（同轴电缆）30km（光纤）因传输介质和通讯波特率而不同MAC数据包长度/B0-80-5100-1500是否网络供电是否否是否支持本质安全否是否是否支持介质冗余否是是节点成本低高高2023/1/954

4.7小结CIP协议技术上的先进性，给三种应用层使用CIP协议的网络（DeviceNet、ControlNet和EtherNet/IP）带来一些公共的特点，如功能强大、灵活性强，并且具有良好的实时性、确定性、可重复性和可靠性。可通过一个网络传输多种不同类型的数据，完成了以前需要两个网络才能完成的任务，体现了其功能的强大。对多种通讯模式和多种I/O数据触发方式的支持，体现了其灵活性。面向连接的特性，用基于生产者/消费者的方式发送对时间有苛求的报文，保证了其通讯的实时性、确定性、可重复性以及可靠性。每种CIP网络又有其各自的一些特点，因此其应用场合也有显著不同。DeviceNet通常是作为设备层网络使用的，而ControlNet和EtherNet/IP通常是作为控制层网络使用的。2023/1/9554.7小结CIP协议技术上的先进性，给三种应用层使用CIP现场总线技术及其应用第4讲胡青松2023/1/956现场总线技术及其应用第4讲2023/1/814通用工业协议（CIP）4.1CIP网络概况4.2CIP的特点4.3CIP4.4CIP设备描述4.5CIP设备开发4.6CIP网络组网4.7小结2023/1/9574通用工业协议（CIP）4.1CIP网络4.1CIP网络概况通用工业协议CommonIndustrialProtocal–CIPCIP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/IP2023/1/9584.1CIP网络概况通用工业协议2023/1/83DeviceNet发展史时间发展2023/1/959DeviceNet发展史时间发展2023/1/841.ODVA（OpenDeviceNetVendorAssosiation)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3.ODVA网址：4.ODVACHINA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.ODVACHINA网址：ODVA&ODVACHINA简介2023/1/9601.ODVA（OpenDeviceNetVendorAControlNet发展史1995年10月RockwellAutomation推出ControlNet1996年10月发布ControlNet规范1997年7月成立ControlNetInternational组织2000年1月成为IEC61158标准之一2023/1/961ControlNet发展史1995年10月RockwellControlNetInternational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（ControlNetInternational-CI）。同时，罗克韦尔自动化将ControlNet技术转让给了CI。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。截止1999年底，CI在全世界范围内拥有包括RockwellAutomation、ABB、Honeywell、Toshiba等70家著名厂商组成的成员单位。CI网址：2023/1/962ControlNetInternational简介为了促进IEA简介从1998年开始，CI的一个特别兴趣小组（SpecialInterestGroup–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（IndustrialEthernetAssociation–IEA）。2000年，ODVA、CI和IEA三个国际组织联合推出了EtherNet/IP。IEA网址：2023/1/963IEA简介从1998年开始，CI的一个特别兴趣小组（SpecCIP共享一个通用的应用层和用户层协议ACDrivesPneu

ValveSEMIDevicesPositionCntrllrsOtherProfilesApplication

ObjectLibraryCIPApplicationLayerExplicit,I/O,RoutingDeviceNetDLL&TransportControlNetDLL&TransportencapsulationFuture?Future?UDPTCPIPDeviceNetPhysicalLayerControlNetPhysicalLayerEthernetphysicalLayerCIP用户层物理层传输和数据链路层应用层ATM,FirewireUSB,BlueTooth,etc.2023/1/964CIP共享一个通用的应用层和用户层协议ACDrivesPThisisDeviceNetACDrivesPneuValveSEMIDevicesPositionCntrllrsOtherProfilesApplication

ObjectLibraryCIPApplicationLayerExplicit,I/O,RoutingDeviceNetDLL&TransportControlNetDLL&TransportencapsulationFutureFutureUDPTCPIPDeviceNetPhysicalLayerControlNetPhysicalLayerEthernetphysicalLayerCIPUserLayerPhysicalLayerTransportandDataLinkLayerApplicationLayerATM,FirewireUSB,BlueTooth,etc.2023/1/965ThisisDeviceNetACDrivesThisisControlNetACDrivesPneuValveSEMIDevicesPositionCntrllrsOtherProfilesApplicationObjectLibraryCIPApplicationLayerExplicit,I/O,RoutingDeviceNetDLL&TransportControlNetDLL&TransportencapsulationFutureFutureUDPTCPIPDeviceNetPhysicalLayerControlNetPhysicalLayerEthernetphysicalLayerCIPUserLayerPhysicalLayerTransportandDataLinkLayerApplicationLayerATM,FirewireUSB,BlueTooth,etc.2023/1/966ThisisControlNetACThisisEthernet/IP

(IPstandsforIndustrialProtocol)ACDrivesPneuValveSEMIDevicesPositionCntrllrsOtherProfilesApplication

ObjectLibraryCIPApplicationLayerExplicit,I/O,RoutingDeviceNetDLL&TransportControlNetDLL&TransportencapsulationFuture?Future?UDPTCPIPDeviceNetPhysicalLayerControlNetPhysicalLayerEthernetphysicalLayerCIPUserLayerPhysicalLayerTransportandDataLinkLayerApplicationLayerATM,FirewireUSB,BlueTooth,etc.2023/1/967ThisisEthernet/IP

(IPstands4.1CIP网络概况应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层ISO/OSICIP物理层CTDMAControlNetDeviceNetCIPCANCIP,HTTP,etc.以太网EtherNet/IPTCP/UDPIP,ICMP,etc.图4-1三种CIP网络的网络模型和ISO/OSI参考模型对照图同时间域多路访问2023/1/9684.1CIP网络概况应用层表示层会话层传输层网络层数据链路4.2CIP的特点----报文显式报文（ExplicitMessage）

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。2023/1/9694.2CIP的特点----报文显式报文（Explicit4.2CIP的特点----报文I/O报文（I/OMessage）在本质上是隐性的，因而有时也称为隐式报文（ImplicitMessage），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ProfibusFMS/ProfibusDP网络就是这种情况的表现。2023/1/9704.2CIP的特点----报文I/O报文（I/OMess4.2CIP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2023/1/9714.2CIP的特点----报文表4-2各种类型的数据对传输CAN的数据帧格式

帧结束1bit11bits1bit6bits0...8bytes15bits1bit1bit1bit7bits>=3bits帧间隔ACK分隔符ACK应答CRC分割符CRC序列数据场控制区RTR位标识符帧开始帧间隔仲裁区2023/1/972CAN的数据帧格式

帧结束111160...ControlNet的数据帧格式结束分隔符

CRC校验数据源MAC地址开始分隔符前导码

ControlNet的MAC帧格式（图中数字的单位为字节）2023/1/973ControlNet的数据帧格式4.2CIP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（ConnectionID-CID）连接显式连接隐式连接未连接报文管理器UnconnectedMessageManager-UCMM2023/1/9744.2CIP的特点----面向连接在通讯开始之前必须建立起4.2CIP的特点----面向连接节点A节点B未连接显式请求报文未连接显式响应报文图4-2显式连接的过程2023/1/9754.2CIP的特点----面向连接节点A节点B未连接显式请4.2CIP的特点----面向连接应用连接传输连接网络连接2023/1/9764.2CIP的特点----面向连接应用连接2023/1/8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。连接可以动态建立和撤消。2023/1/977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，目的表4-3CIP传输类类编号类名称特点典型应用场合0基本最简单，功能最少I/O数据传输、诊断信息传输、控制器和操作员界面设备之间的通讯等

1重复检测的在类0的基础上，增加了重复数据包检测功能2确认的在类1的基础上，增加了确认功能3校核的在类1的基础上，增加了校核功能4非阻塞的可进行双向数据传输两个应用之间的双向数据传输5非阻塞且破分的在类4的基础上，增加了报文的破分和重组功能两个应用之间的双向数据传输（最长65536B）6多播且破分的在类3的基础上，增加了报文的破分和重组功能报文的多播发送（最长65536B）

2023/1/978表4-3CIP传输类类编号类名称特点典型应用场合4.2CIP的特点----生产者/消费者模型现今的工业自动化网络中有两种主要的网络模型，即源/目的地模型(Source/Destination)和生产者/消费者(Producer/Customer)模型。典型的源/目的地模型的一个数据包

源地址目的地址 数据 循环冗余检验码 在主/从系统中经常用这种模型，主/从是一个层次体系，系统中包含一个发起所有通信的主机。点对点结构优于主/从结构，提供更多的灵活性，在点对点的系统中，设备既可以发起通信，也可以回应系统中其它设备的请求。由于所要求的灵活性，支持点对点的网络使用显性报文进行通信。为保证各节点设备都可有机会送信号到网络，大多数点对点的网络使用某种类型的CSMA/CD，并且经过多年的改善，算法使得节点对总线的访问更加公平。不论是主/从结构，还是点对点通信结构，基于源/目的地的网络在把同样数据发往不同节点时都消耗了过多带宽，另外要实现协同控制，想以同步的方式将一个设定值同时送达不同的驱动器将更加困难，因为数据到达每个驱动器(目的地)的时间是不同的。2023/1/9794.2CIP的特点----生产者/消费者模型现今的工业自4.2CIP的特点----生产者/消费者模型DeviceNet/ControlNet中采用了一个全新的生产者/消费者网络模型。一个典型的生产者/消费者模型的数据包结构如下：

标识符数据循环冗余检验码

在生产者/消费者模型中，信息按内容来标识，如果一个节点要接收一个数据，仅仅需识别与此信息相连的特定的标识符(在DeviceNet中用11位标识符-CID-连接ID），每个数据包不再需要源地址位和目标地址位。因为数据是按内容进行标识的，数据源只需将数据发送一次。许多需用此数据的节点通过在网上同时识别这个标识符，可同时地从同一生产者取用(消费)此同一数据。消费者节点之间可实现精确的同步，而且提高了带宽的有效使用率，其它的设备加入网络后并不增加网络负载，因为它们同样可以消费这些相同的信息，当节点发送多个数据组时，对每个数据组使用不同的标识符。2023/1/9804.2CIP的特点----生产者/消费者模型DeviceN生产者/消费者模型2023/1/981生产者/消费者模型2023/1/8264.2CIP的特点----通讯模式组A-主从的点对点（pointtopoint)通讯(poll,cyclic,cos)组B–多点传送(multicast)的主从通信方式(strob)组C-对等(peertopeer）2023/1/9824.2CIP的特点----通讯模式组A-主从的点对点10IdentityUsage98765432100MessageIDSourceMACIDMessageGroup1MessageGroup2MessageGroup3MessageGroup4InvalidCANIDMACIDMsgIDMsgIDSourceMACID011111111Group4MsgID1111111InvalidRange0-3FF400-5FF600-7BF7C0-7EF7F0-7FFMACID（媒体存取控制标识符）分配给DeviceNet上每个节点的一个整数标识值，用于在网络上识别该节点。MACID为六位二进制数，可标识64个节点。MessageID（报文ID）－用于标识一个连接所使用的通信通道。CID（连接ID）是MACID和报文ID的组合，也就是11位标识符

CAN/DeviceNet11位标识符区2023/1/98310IdentityUsage98765432100Mes4.3CIP对象有关的基本概念CIP对象模型类库2023/1/9844.3CIP对象有关的基本概念2023/1/8294.3.1对象有关的基本概念

DeviceNet使用抽象对象模型来描述产品的通信功能。对象模型是设备通信方面功能的完整定义的集。传统的面向对象编程（OOP）软件设计当中运用数据结构、函数和过程，在对象模型中，我们把这些捆绑到一起，改变这些术语的名字，分别称之为属性(Attributes)，服务(Service)和行为(Behavior)，整个称为对象(Objects)。

DeviceNet的每个设备都由两类基本的对象集组成，分别是与通信相关的对象和与应用相关的对象。2023/1/9854.3.1对象有关的基本概念DeviceN4.3.2CIP对象模型类(Class)构成一个设备需要不同的功能子集，也即需要不同类型的对象，我们称每类为不同的对象类，每个类有一个唯一的类标识号(0-65535).

属性(Attributes)对象含有一些数据变量，称之为属性(attribute),标识号范围为(0-255)，属性反映对象的状态信息或控制对象的操作行为.

实例(Instance)有时，设备中有必要包括某类对象的多个拷贝，我们称其中每个拷贝为类的一个实例(instance)，每个实例有相同的属性集，但其属性值是不同的，这样才使得每个实例是唯一的。每个实例有一个唯一的标识号，范围为0-65535。2023/1/9864.3.2CIP对象模型类(Class)2023/1/84.3.3CIP对象模型

服务(Service)对象提供的功能称为服务(Service)，它是对某个对象请求执行的任务。

对象编址前面所讨论的标识号主要用在通过网络上的显式报文协议对设备中的事物进行寻址，一个典型的显式报文将包括MAC地址，类ID，实例ID，属性ID和要求对象执行某个操作的服务代码。对象编址还用在电子数据表(ElectronicDataSheet-EDS)中对设备的可组态参数的识别和对象彼此间内在的绑定。如连接路径(connectionpath)典型地用类、实例、属性等的识别号来表示。2023/1/9874.3.3CIP对象模型服务(Service)2023/4.3.2CIP对象模型应用对象报文路由器对象汇编对象参数对象标识对象网络特有的对象连接类与应用有关的对象与通讯有关的对象隐式报文连接对象显式报文连接对象总线

图4-4CIP对象模型（其中灰色的对象为必需的，白色的对象为可选的）2023/1/9884.3.2CIP对象模型应用报文路由器对象汇编参数标识网络特4.3.2CIP对象模型CIP地址分为为3类公开的（Open）由ODVA/CI统一分配供应商指定的（VendorSpecific）由设备供应商自行分配类指定的（ObjectClassSpecific）由类进行分配的，只有服务的地址才有这个类型CIP通信显式通信隐式通信2023/1/9894.3.2CIP对象模型CIP地址分为为3类2023/1/84.3.2CIP对象模型显式报文显式报文设备A与应用有关的对象请求响应与通讯有关的对象设备B与应用有关的对象请求响应与通讯有关的对象显式通信用于传输对时间没有苛求的数据，它基于源/目的地模型，只能用于两个节点之间的通信，客户发出请求，服务器做出响应。显式通信可以访问任何对象的任何可从外部访问的数据。2023/1/9904.3.2CIP对象模型显式报文显式报文设备A与应用有关的对4.3.2CIP对象模型设备A与应用有关的对象I/O数据与通讯有关的对象设备B与应用有关的对象与通讯有关的对象隐式报文I/O数据图4-6CIP隐式通讯原理隐式通信用于传输对时间有苛求的数据(主要是I/O数据)，它基于生产者/消费者模型，支持多播。2023/1/9914.3.2CIP对象模型设备A与应用有关的对象I/O数据与通4.3.3类库类描述类描述是对类的功能的一个简短描述类编码类标识号(0-65535)属性类属性和对象属性服务CIP通用服务和类特有的服务行为行为给出当一个会改变对象状态的事件发生后对象的反应2023/1/9924.3.3类库类描述2023/1/8374.3.3类库链路生产者类链路消费者类链路生产者对象链路消费者对象连接对象应用对象发送接收图4-7链路生产者对象、链路消费者对象和连接对象关系图两个没有类编码，也没有在类库中给出定义的类2023/1/9934.3.3类库链路生产者类链路生产者对象链路消费者对象应用4.4CIP设备描述设备描述（DeviceProfile）

对某一类型设备的重要特性的描述CIP规范提供设备描述的目的

实现互操作和互换性CIP设备描述的内容

设备的对象模型的定义设备的I/O数据的格式设备配置的定义

2023/1/9944.4CIP设备描述设备描述（DeviceProfile4.4CIP设备描述表4-11现有的设备描述清单2023/1/9954.4CIP设备描述表4-11现有的设备描述清单2023/4.4CIP设备描述表4-12光电传感器用到的类2023/1/9964.4CIP设备描述表4-12光电传感器用到的类2023/表4-13光电传感器中各个对象对设备行为的影响对象对设备行为的影响标识对象支持复位服务报文路由器对象无影响网络特有的对象配置端口属性连接对象包含进出设备的逻辑端口数目汇编对象定义I/O数据格式参数对象为设备的可配置参数提供公共接口存在检测对象影响输出值4.4CIP设备描述2023/1/997表4-13光电传感器中各个对象对设备行为的4.4CIP设备描述表4-14光电传感器的对象接口对象接口标识对象报文路由器对象报文路由器对象显式连接对象网络特有的对象报文路由器对象连接对象报文路由器对象汇编对象报文路由器对象、I/O连接对象参数对象报文路由器对象存在检测对象报文路由器对象、汇编对象、参数对象

2023/1/9984.4CIP设备描述表4-14光电传感器的对象接口对4.4CIP设备描述表4-15光电传感器的汇编对象的“数据”属性格式第7位第6位第5位第4位第3位第2位第1位第0位保留保留保留保留保留保留诊断输出

2023/1/9994.4CIP设备描述表4-15光电传感器的汇编对象的“数4.4CIP设备描述

[Parms]Param1=0,$数据占位符2,”200e24013008”,$路径长度、路径0x0002,$描述符4,1$数据类型及大小（布尔型）“OperateMode”,$参数名称“”,$单位（没有使用）“”,$用户手册参考（没有使用）0,1,0,