通用工業(yè)協(xié)議(CIP)

1、1 1Common Industrial Protocol Common Industrial Protocol 通用工業(yè)協(xié)議通用工業(yè)協(xié)議（CIPCIP）第十章第十章2 2l10.110.1 CIPCIP協(xié)議簡(jiǎn)介協(xié)議簡(jiǎn)介l10.210.2 CIPCIP的特點(diǎn)的特點(diǎn)l10.310.3 CIPCIP的對(duì)象模型的對(duì)象模型l10.410.4 CIPCIP的設(shè)備描述的設(shè)備描述l10.510.5 DeviceNetDeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)l10.6 10.6 ControlNetControlNet現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)3 3l10.110.1 CIPCIP協(xié)議簡(jiǎn)介協(xié)議簡(jiǎn)介l10.210.2 CIPC

2、IP的特點(diǎn)的特點(diǎn)l10.310.3 CIPCIP的對(duì)象模型的對(duì)象模型l10.410.4 CIPCIP的設(shè)備描述的設(shè)備描述l10.510.5 DeviceNetDeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)l10.6 10.6 ControlNetControlNet現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)4 4 ODVAODVA（Open Open DeviceNetDeviceNet Vendor Association Vendor Association）和）和CICI（ControlNetControlNet International International）兩大工業(yè)網(wǎng)絡(luò)組織匯聚了全）兩大工業(yè)網(wǎng)絡(luò)組織匯聚了全球范圍

3、內(nèi)眾多的、領(lǐng)先的工業(yè)自動(dòng)化公司。球范圍內(nèi)眾多的、領(lǐng)先的工業(yè)自動(dòng)化公司。ODVAODVA和和CICI已經(jīng)正式簽署協(xié)議，已經(jīng)正式簽署協(xié)議，共同推動(dòng)基于共同推動(dòng)基于CIPCIP（通用工業(yè)協(xié)議）的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，包括：（通用工業(yè)協(xié)議）的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，包括：EtherNetEtherNet/IP/IPControlNetControlNetDeviceNetDeviceNet5 5信息信息設(shè)備設(shè)備自動(dòng)化和控制自動(dòng)化和控制24vdc509 -BOD24vdc509 -BOD以太網(wǎng)控制網(wǎng)設(shè)備網(wǎng)6 6Common Industrial Protocol (CIP)Common Industrial Protocol (

4、CIP)通用工業(yè)協(xié)議通用工業(yè)協(xié)議lCIP包含了各種工業(yè)實(shí)時(shí)控制需要的服務(wù)和行規(guī) (Profiles);lCIP將網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)按照有實(shí)時(shí)控制要求和沒(méi)有實(shí)時(shí)控制要求以不同的優(yōu)先等級(jí)區(qū)別對(duì)待。CIP Message Routing, Connection ManagementCIP Data Management ServicesExplicit Messages, I/O MessagesCIP Application Layer Application Object LibrarySemi-conductorValvesDrivesRobotsOther通用工業(yè)協(xié)議通用工業(yè)協(xié)議CIPCIP （C

5、Common I Industrial P Protocol）設(shè)備應(yīng)設(shè)備應(yīng)用描述用描述App ProfilesLay 7應(yīng)用層應(yīng)用層7 7對(duì)于用戶(hù)而言，對(duì)于用戶(hù)而言，所有所有CIPCIP工業(yè)網(wǎng)絡(luò)是無(wú)縫集成的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)是無(wú)縫集成的“一種一種”網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)DeviceNetSpecificationEthernet (IEEE 802.3)CAN(ISO 11898)ControlNetSpecificationControlNet SpecificationApplicationCIP DeviceProfilesData LinkPhysicalNetworkTransportSessionPres

6、entationDeviceNet SpecificationEthernet CSMA/CD(IEEE 802.3)Future?Internet ProtocolUDPTCPCIP EncapsulationCIP Message Routing, Connection ManagementCIP Data Management ServicesExplicit Messages, I/O MessagesCIP Application LayerApplication Object LibraryMotor StarterPneumatic ValvesAC DrivesPosition

7、 ControllerOther ProfilesCIPDeviceNetEtherNet/IPControlNetCTDMA就象同一種語(yǔ)言讓不同地區(qū)的人們能夠直接進(jìn)行交流，CIP讓DeviceNet、ControlNet以及EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫集成；無(wú)須附加編程，用戶(hù)即可直接從任意一點(diǎn)訪(fǎng)問(wèn)、組態(tài)并維護(hù)以上任意網(wǎng)絡(luò)中的任意設(shè)備。DeviceNetControlNetEtherNet/IPCIPCIPCIPCIP8 8從上圖中可以看出:lDeciveNet是一種基于CAN的網(wǎng)絡(luò)，除了其物理層的傳輸介質(zhì)、收發(fā)器是自己定義的以外，其他部分和數(shù)據(jù)鏈路層都采用的是CAN的協(xié)議lControlN

8、et的物理層是自己定義的，數(shù)據(jù)鏈路層用的是同時(shí)間域多路訪(fǎng)問(wèn)（CTDMA）協(xié)議lEtherNet/IP是一種基與以太網(wǎng)技術(shù)和TCP/IP技術(shù)的工業(yè)以太網(wǎng)，其物理層和數(shù)據(jù)鏈路層用的是以太網(wǎng)的協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層用的是TCP/IP協(xié)議族中的協(xié)議，應(yīng)用層出了使用CIP之外，也可以使用TCP/IP的HTTP協(xié)議。9 9從上圖中可以看出，這三種網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用層都是使用CIP協(xié)議的，相對(duì)而言，CIP網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大，具有很多特性：l 實(shí)時(shí)性：數(shù)據(jù)傳輸所花的時(shí)間少。l 確定性：數(shù)據(jù)傳輸所花費(fèi)的時(shí)間可預(yù)測(cè)性強(qiáng)。l 可重復(fù)性：增加或減少網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸所花費(fèi)的時(shí)間影響較小。l 可靠性：數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_率高。1010從圖

9、中也可以看出，這三種網(wǎng)絡(luò)底層采用的協(xié)議是不同的，因此每種CIP網(wǎng)絡(luò)又有了一些新的特點(diǎn)，對(duì)比如下圖示表表10-1 310-1 3種種CIPCIP網(wǎng)絡(luò)對(duì)比網(wǎng)絡(luò)對(duì)比1111Adaptation and Data Link LayerOther NetworksApplication Object LibraryCIP Application LayerExplicit, I/O, RoutingCIPApplicationLayerUser LayerPhysicalLayerSemicon DevicesValvesDrivesOther ProfilesDeviceNet Data Link L

10、ayer(CAN)ControlNet Data Link Layer (CTDMA)FuturesDeviceNet Physical LayerControlNet Physical LayerFuture (Firewire,USB, Blue Tooth)DeviceNetControlNetEtherNet/IP(CSMA/CD)TCPUDPEncapsulationEthernet Physical LayerIPOther Safety ProfilesSafety Application Object LibraryCIP Safety Application LayerSaf

11、ety I/O Profiles標(biāo)準(zhǔn)信息標(biāo)準(zhǔn)信息安全信息安全信息CIP Safety提供附加措施以減少錯(cuò)誤發(fā)生并檢測(cè)相關(guān)錯(cuò)誤,以保證通訊整體安全 1212時(shí)間時(shí)間標(biāo)記標(biāo)記發(fā)送方和發(fā)送方和接收方接收方ID號(hào)號(hào)安全安全CRC數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)冗余冗余 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài) 檢測(cè)檢測(cè)重復(fù)數(shù)據(jù)包重復(fù)數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)丟失數(shù)據(jù)丟失數(shù)據(jù)插入數(shù)據(jù)插入錯(cuò)誤順序錯(cuò)誤順序數(shù)據(jù)損壞數(shù)據(jù)損壞數(shù)據(jù)延遲數(shù)據(jù)延遲安全數(shù)據(jù)間的結(jié)合安全數(shù)據(jù)間的結(jié)合安全數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)間的結(jié)合安全數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)間的結(jié)合數(shù)據(jù)在網(wǎng)橋和路由器中增加的數(shù)據(jù)在網(wǎng)橋和路由器中增加的延遲時(shí)間延遲時(shí)間采用下列方法來(lái)檢測(cè)錯(cuò)誤CIP Safety提供附加措施以減少錯(cuò)誤發(fā)生并檢測(cè)相關(guān)錯(cuò)誤,以保證通

12、訊整體安全 1313長(zhǎng)數(shù)據(jù)格式、多播傳輸、安全連接的數(shù)據(jù)格式CIP Safety提供附加措施以減少錯(cuò)誤發(fā)生并檢測(cè)相關(guān)錯(cuò)誤,以保證通訊整體安全 14141、報(bào)文 CIP根據(jù)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)對(duì)傳輸服務(wù)質(zhì)量要求的不同，把報(bào)文分成了兩種：顯式報(bào)文和隱式報(bào)文。l 顯式報(bào)文：用于傳輸對(duì)時(shí)間沒(méi)有苛求的數(shù)據(jù)，這種報(bào)文包含解讀該報(bào)文所需要的信息。例如程序的上載下載、系統(tǒng)維護(hù)、故障診斷、設(shè)備配置等。l 隱式報(bào)文：用于傳輸對(duì)時(shí)間有苛求的數(shù)據(jù)，這種報(bào)文不包含解讀該報(bào)文所需要的信息，其含義是在網(wǎng)絡(luò)配置時(shí)就確定好了的。例如I/O報(bào)文、實(shí)時(shí)互鎖報(bào)文等。10.2 CIP10.2 CIP的特點(diǎn)的特點(diǎn)15152、面向連接 CIP是一

13、個(gè)面向連接的協(xié)議，也就是在通信開(kāi)始之前必須建立起連接，獲取唯一的標(biāo)識(shí)符CID。建立連接時(shí)需要用到未連接報(bào)文管理器（UCMM）。根據(jù)報(bào)文的種類(lèi)不同，連接也分為顯式連接和隱式連接。l 顯式連接：若節(jié)點(diǎn)A將與B建立顯示連接，則它先以廣播的方式發(fā)送一個(gè)顯式連接的為連接報(bào)文，網(wǎng)絡(luò)上所有的節(jié)點(diǎn)都接受到該請(qǐng)求，并判斷是否是發(fā)給自己的，當(dāng)B檢測(cè)到是發(fā)給自己的后，其UCMM就會(huì)以廣播的方式發(fā)送一個(gè)包含CID的未連接報(bào)文，A收到后得到CID，顯式連接就建立了。l 隱式報(bào)文：它是在網(wǎng)絡(luò)配置時(shí)建立的，建立過(guò)程較復(fù)雜，其中需要用到多種顯式報(bào)文傳輸服務(wù)。10.2 CIP10.2 CIP的特點(diǎn)的特點(diǎn)16163、生產(chǎn)者/消費(fèi)

14、者模型根據(jù)所基于的模型不同，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)可以分為兩類(lèi):l 基于源/目的地模型的網(wǎng)絡(luò) 在基于源/目的地模型的網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)報(bào)文都要指明源和目的地，如下圖示。發(fā)送節(jié)點(diǎn)把報(bào)文發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中，接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)上報(bào)文的目的地址段是否與自己的地址相同來(lái)判斷是否是發(fā)給自己的。該模型的網(wǎng)絡(luò)只支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。源地址目的地址數(shù)據(jù)校驗(yàn)和基于源基于源/ /目的地模型的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文格式目的地模型的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文格式1717l 基于生產(chǎn)者/消費(fèi)者模型的網(wǎng)絡(luò) 在基于生產(chǎn)者/消費(fèi)者模型的網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)報(bào)文都有唯一的報(bào)文標(biāo)識(shí)符（MID），格式如下圖所示。在發(fā)送報(bào)文之前，要在發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間建立連接，這樣接收節(jié)點(diǎn)就知道應(yīng)該接收的報(bào)文的MID是

15、哪樣的？然后發(fā)送節(jié)點(diǎn)把報(bào)文發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上，接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)報(bào)文的MID來(lái)判斷是否是發(fā)給自己的。該模型的網(wǎng)絡(luò)既支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，也支持多播通信。 MID數(shù)據(jù)校驗(yàn)和圖圖3-413-41基于生產(chǎn)者基于生產(chǎn)者/ /消費(fèi)者模型的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文格式消費(fèi)者模型的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文格式1818“現(xiàn)在時(shí)間八點(diǎn)整現(xiàn)在時(shí)間八點(diǎn)整”“現(xiàn)在時(shí)間八點(diǎn)整現(xiàn)在時(shí)間八點(diǎn)整”“現(xiàn)在時(shí)間八點(diǎn)整現(xiàn)在時(shí)間八點(diǎn)整”“現(xiàn)在時(shí)間八點(diǎn)整現(xiàn)在時(shí)間八點(diǎn)整”傳統(tǒng)“源/目的”通訊模式，常又稱(chēng)為“主/從”模式 數(shù)據(jù)傳輸效率低“現(xiàn)在時(shí)間八點(diǎn)整現(xiàn)在時(shí)間八點(diǎn)整”生產(chǎn)者/消費(fèi)者通訊模式Producer/Consumer 又稱(chēng)之為出版者/訂戶(hù)模式 （Publisher/Subscrib

16、er） 可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)Multicast、廣播及輪循 更高的數(shù)據(jù)傳輸效率srcdstdatacrcidentifierdatacrcCIP通訊模式: Producer/Consumer更有效的實(shí)時(shí)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊1919 1# I/O框架框架 N# I/O框架框架輸入先進(jìn)的通訊管理模式Producer/Consumer：輸入模塊或某一控制器數(shù)據(jù)能同時(shí)送到同一 EtherNet/IP上的多個(gè)控制器以及上位機(jī)。而在傳統(tǒng)方式下，則需要通過(guò)主控制器先存儲(chǔ)該輸入后，再轉(zhuǎn)發(fā)給其他需要的設(shè)備。CPUCPUCPUCPUCPUProducer/ Consumer v.s 主/從 1 輸入模塊共享 2 控制器之間實(shí)時(shí)

17、數(shù)據(jù)通訊2020生產(chǎn)者/消費(fèi)者模型（續(xù)） 需要注意的是，CIP中僅隱式報(bào)文傳輸是基于生產(chǎn)者/消費(fèi)者模型的，可以采用多播的方式，而顯示報(bào)文傳輸都是基于源/目的地模型的。Profibus網(wǎng)絡(luò)也是基于源/目的地模型的。4、通信模式和I/O數(shù)據(jù)觸發(fā) CIP支持多種通信模式：包括主從、多主、對(duì)等、或者這三種的任意組合。 CIP支持多種I/O數(shù)據(jù)觸發(fā)方式：包括位選通、輪詢(xún)、狀態(tài)改變和循環(huán)。通過(guò)合理的I/O數(shù)據(jù)觸發(fā)方式可以提高網(wǎng)絡(luò)的利用率。2121 1、對(duì)象有關(guān)的基本概念 對(duì)象，是人在其大腦中為客觀(guān)世界中的某個(gè)東西建立的模型，而類(lèi)是對(duì)一組對(duì)象的抽象，是這一組對(duì)象的模板，因而一個(gè)對(duì)象就是類(lèi)的一個(gè)實(shí)例。 對(duì)象是

18、一些數(shù)據(jù)和操作的組合，它有屬性、標(biāo)識(shí)、狀態(tài)、行為、方法、接口，并且通常對(duì)外提供一些服務(wù)。10.310.3 CIPCIP的對(duì)象模型的對(duì)象模型2222CIP“對(duì)象”技術(shù)v.s 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)讓CIP產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及應(yīng)用更簡(jiǎn)單Struct Status byte; Count Int; Void calc() y=mx+b; b+; IdleRunFaultDataFunctionsOperationsObject ModelServicesAttributesBehaviorApplicationApplicationConnectionDevice #2Device #1ConnectionObjectCo

19、nnectionObjectApplicationObjectApplicationObject2323 2、CIP對(duì)象模型 CIP對(duì)象（如下圖）可以分為：l與通信有關(guān)的對(duì)象（如連接對(duì)象）l與應(yīng)用有關(guān)的對(duì)象（如參數(shù)對(duì)象）圖圖10-1 CIP10-1 CIP對(duì)象模對(duì)象模型（其中灰色的對(duì)型（其中灰色的對(duì)象是必須的，白象是必須的，白色的是可選的）色的是可選的）2424 CIP對(duì)象模型主要實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)功能：一是給出了工業(yè)應(yīng)用對(duì)象的標(biāo)準(zhǔn)定義，二是實(shí)現(xiàn)通信。在此主要講是如何實(shí)現(xiàn)通信的。 尋址是實(shí)現(xiàn)通信的前提，CIP尋址分為四級(jí)：設(shè)備、類(lèi)、對(duì)象、屬性或服務(wù)。地址分為三類(lèi)：公開(kāi)的、供貨商指定的和對(duì)象指定的。 由

20、于CIP的報(bào)文分為顯式報(bào)文和隱式報(bào)文，所以根據(jù)通信時(shí)發(fā)送的報(bào)文類(lèi)型的不同通信也分成兩種:即顯式通信和隱式通信。2525 CIP顯式通信用于傳輸對(duì)時(shí)間沒(méi)有苛求的數(shù)據(jù)，它是基于源/目的地模型的，只能用于兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信，客戶(hù)發(fā)出請(qǐng)求，服務(wù)器做出響應(yīng)。顯式通信可以訪(fǎng)問(wèn)任何對(duì)象的任何可從外部訪(fǎng)問(wèn)的數(shù)據(jù)。圖圖10-2 CIP10-2 CIP顯式通信原理顯式通信原理2626 CIP隱式通信用于傳輸對(duì)時(shí)間有苛求的數(shù)據(jù)，基于生產(chǎn)者/消費(fèi)者模型的，可以采用多播的方式。圖圖10-3 CIP10-3 CIP隱式通信原理隱式通信原理2727CIP“對(duì)象”技術(shù)編程舉例2828 設(shè)備描述是指對(duì)某一類(lèi)型設(shè)備的重要性的描述

21、。CIP提供設(shè)備描述的目的是為了使不同設(shè)備供應(yīng)商提供的設(shè)備能夠相互操作，即在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行，且同一類(lèi)型的設(shè)備能夠互換。CIP設(shè)備描述要給出三方面的描述:l 設(shè)備對(duì)象模型的定義l 設(shè)備I/O數(shù)據(jù)的格式l 設(shè)備配置的定義10.410.4 CIPCIP的設(shè)備描述的設(shè)備描述292910.5.1 DeviceNet概述 l DeviceNet由原AB公司、即現(xiàn)在的羅克韋爾自動(dòng)化公司于1994年開(kāi)發(fā)，1995年4月交由開(kāi)放式設(shè)備網(wǎng)供貨商協(xié)會(huì)ODVA（Open DeviceNet Vendors Association）組織和管理。l ODVA是一個(gè)非盈利的獨(dú)立組織，它負(fù)責(zé)DeviceNet規(guī)范的管理、修

22、訂、完善和發(fā)行，促進(jìn)DeviceNet在全球的推廣與應(yīng)用。 10.510.5 DeviceNetDeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)3030l ODVA China于2000年7月6日成立，現(xiàn)有會(huì)員39家，其中33家為供貨商會(huì)員，6家為用戶(hù)會(huì)員。l DeviceNet現(xiàn)已成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC62026-3，歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50325，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18858.3-2002。 3131l DeviceNet可以用來(lái)連接低級(jí)工業(yè)設(shè)備（如傳感器，變送器或電機(jī)等）和高級(jí)工業(yè)設(shè)備（如PLC和工業(yè)計(jì)算機(jī)）。l DeviceNet的底層使用的是CAN總線(xiàn)規(guī)范。3232 DeviceNet是20世紀(jì)90年代中期

23、發(fā)展起來(lái)的一種基于CAN技術(shù)的開(kāi)放型、符合全球工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的低成本、高性能的通信網(wǎng)絡(luò)。它通過(guò)一根電纜將PLC、傳感器、光電開(kāi)關(guān)、操作員終端、電動(dòng)機(jī)、軸承座、變頻器和軟啟動(dòng)器等現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備連接起來(lái)，是分布式控制系統(tǒng)減少現(xiàn)場(chǎng)I/O接口和布線(xiàn)獨(dú)立、將控制功能下載到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的理想解決方案。3333 DeviceNet協(xié)議是一個(gè)簡(jiǎn)單、廉價(jià)而且高效的協(xié)議，適用于最低層的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，DeviceNet也是一種串行通信鏈接，可以減少昂貴的硬接線(xiàn)，它所提供的直接互連性不僅改善了設(shè)備間的通信，而且同時(shí)提供了相當(dāng)重要的設(shè)備級(jí)診斷功能，這是通過(guò)硬接線(xiàn) I/O 接口很難實(shí)現(xiàn)的，下圖是一個(gè)典型的DeviceNet通信連接。圖圖

24、10-4 10-4 DeviceNetDeviceNet通信連接圖通信連接圖3434l 采用CAN物理層和數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)約，使用CAN規(guī)約芯片，得到了國(guó)際上主要芯片制造商的支持；l 網(wǎng)絡(luò)中最多容納64個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的I/O數(shù)量不限。l 網(wǎng)絡(luò)通信速率是125-500kbit/s。l 支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、多主或主/從通信。l 可帶點(diǎn)更換網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、在線(xiàn)修改網(wǎng)絡(luò)配置。l 支持選通、輪詢(xún)、循環(huán)、狀態(tài)變化和應(yīng)用觸發(fā)的數(shù)據(jù)傳送。l 采用無(wú)損位仲裁機(jī)制實(shí)現(xiàn)按優(yōu)先級(jí)發(fā)送信息。DeviceNet 的技術(shù)特點(diǎn)3535l 具有通信錯(cuò)誤分級(jí)檢測(cè)、故障的自動(dòng)判斷和恢復(fù)功能l 每個(gè)電源最大容量可達(dá)16A，同時(shí)支持網(wǎng)絡(luò)供電傳感器及自

25、供電執(zhí)行器設(shè)備。l 既適用于連接低端工業(yè)設(shè)備，又能連接復(fù)雜設(shè)備。l 是一種低成本、高可靠性的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，具有誤接線(xiàn)保護(hù)功能。l 得到眾多廠(chǎng)商的支持，可實(shí)現(xiàn)不同廠(chǎng)商同類(lèi)設(shè)備的互換DeviceNet 的技術(shù)特點(diǎn)3636l DeviceNet是一種低端網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)解決方案簡(jiǎn)單。其設(shè)備具有互換性和互操作性，用戶(hù)可對(duì)不同廠(chǎng)商的設(shè)備進(jìn)行最佳系統(tǒng)集成，大大減少了系統(tǒng)安裝、調(diào)試和接線(xiàn)的成本和時(shí)間。l DeviceNet是一種低成本現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)。它將可編程控制器、操作員終端、傳感器、光電開(kāi)關(guān)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)器等現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備連接成網(wǎng)絡(luò)，省去了昂貴和繁瑣的電纜硬接線(xiàn)。l DeviceNet為系統(tǒng)提供了重要的設(shè)備級(jí)診斷功

26、能，這是在傳統(tǒng)I/O上很難實(shí)現(xiàn)的。l DeviceNet是一個(gè)開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，任何人都能從ODVA獲得其規(guī)范，任何制造或打算制造DeviceNet產(chǎn)品的公司均可加入ODVA 。DeviceNet的優(yōu)點(diǎn)3737l 汽車(chē)工業(yè)l 半導(dǎo)體芯片制造和半導(dǎo)體產(chǎn)品制造l 食品飲料l 搬運(yùn)業(yè)l 電力系統(tǒng)l 石油l 化工l 樓宇自動(dòng)化l 冶金l 制藥DeviceNet的應(yīng)用行業(yè)3838DeviceNet的體系結(jié)構(gòu)離 散 量 /模 擬 量輸 入 / 輸出設(shè)備指示燈：狀態(tài)指示光電傳感器：檢測(cè)開(kāi)關(guān)操作員接口 ：輸入操作命令 閥和交流驅(qū)動(dòng)器：執(zhí)行器，輸出設(shè)備 變送器（傳感器）：輸入設(shè)備控制器：主站、從站 人機(jī)界面 ：輸

27、入/輸出設(shè)備參數(shù)、命令、顯示393910.5.2 DeviceNet技術(shù)特性 1）DeviceNet與ISO/OSI標(biāo)準(zhǔn)參考模型 DeviceNet遵循ISO/OSI標(biāo)準(zhǔn)參考模型，如下圖所示。它的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。 物理層：與ISO/OSI的相同，主要功能是用物理傳輸介質(zhì)為數(shù)據(jù)鏈路提供物理連接。圖圖10-5 10-5 DeviceNetDeviceNet 與與ISO/OSIISO/OSI標(biāo)準(zhǔn)參考模型標(biāo)準(zhǔn)參考模型4040 數(shù)據(jù)鏈路層：DeviceNet的數(shù)據(jù)鏈路層分為MAC子層和LLC字層。MAC子層的功能：傳送規(guī)則、控制幀結(jié)構(gòu)、仲裁和檢錯(cuò)LLC子層的功能：報(bào)文濾波、報(bào)文處

28、理和提供應(yīng)用層借口應(yīng)用層： DeviceNet的應(yīng)用層主要完成建模、設(shè)備描述、對(duì)象程序及其使用和擴(kuò)展功能。41412）DeviceNet總線(xiàn)技術(shù)簡(jiǎn)介l 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)元件l拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) DeviceNet是一種特別適合于工業(yè)控制底層的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是干線(xiàn)-分支方式的。如下圖所示。圖圖10-6 10-6 DeviceNetDeviceNet總線(xiàn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖總線(xiàn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖42424343l 終端電阻 DeviceNet要求在每條干線(xiàn)的末端安裝終端電阻，電阻的要求為：121歐，1%金屬膜電阻、1/4W，終端電阻不可包含在節(jié)點(diǎn)中，包含在節(jié)點(diǎn)中后很容易使網(wǎng)絡(luò)由于布線(xiàn)錯(cuò)誤而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)故障。l 連接器

29、所有連接器支持5針類(lèi)，即一對(duì)信號(hào)線(xiàn)、一對(duì)電源線(xiàn)和一根屏蔽線(xiàn)。l 設(shè)備分接頭 設(shè)備端子提供連接到干線(xiàn)的連接點(diǎn)。4444l 電源分接頭 通過(guò)電源分接頭將電源連接到干線(xiàn)，它包括兩個(gè)部分：一個(gè)連在電源V+上的肖特二極管和兩根熔絲或斷路器。l 網(wǎng)絡(luò)接地 DeviceNet應(yīng)在一點(diǎn)接地，多出接地會(huì)造成接地回路，不接地會(huì)增加靜電放電和外部噪聲的敏感度l 臨時(shí)終端支持 臨時(shí)終端支持允許在帶電狀態(tài)下拔出或插入終端電纜。l 物理層信號(hào) DeviceNet的物理層信號(hào)采用的是CAN的物理層信號(hào)。4545l對(duì)象建模與對(duì)象編址 DeviceNet使用抽象的對(duì)象建模描述使用通信服務(wù)系列、DeviceNet節(jié)點(diǎn)的外部可視行

30、為以及DeviceNet產(chǎn)品中存取及交換信息的通用方式。DeviceNet節(jié)點(diǎn)使用一個(gè)對(duì)象的稽核建立模型。 對(duì)象編址指的是在DeviceNet上對(duì)節(jié)點(diǎn)、類(lèi)、實(shí)例、屬性、服務(wù)等分配編址值。 尋址范圍包括三個(gè)部分：l 開(kāi)放部分l 制造商專(zhuān)用l 對(duì)象類(lèi)專(zhuān)用4646l生產(chǎn)者/消費(fèi)者網(wǎng)絡(luò)模型 DeviceNet采用的是生產(chǎn)者/消費(fèi)者模型，生產(chǎn)者是發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)設(shè)備，消費(fèi)者是指接受數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)設(shè)備，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以配置為生產(chǎn)者、消費(fèi)者或者兩者都是。在生產(chǎn)者/消費(fèi)者模型下，當(dāng)一個(gè)設(shè)備欲給其它多個(gè)設(shè)備發(fā)送同一信息時(shí)只需發(fā)送一次就都可以收到。l網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)狀態(tài)機(jī)制和指示燈 網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)狀態(tài)機(jī)制貫穿整個(gè)DeviceNet規(guī)范

31、，它優(yōu)先于所有的網(wǎng)絡(luò)通信任務(wù)，分為存在、通信錯(cuò)誤、發(fā)送重復(fù)MAC ID 檢測(cè)請(qǐng)求報(bào)文、等待重復(fù)MAC ID 檢測(cè)報(bào)文和在線(xiàn)幾個(gè)部分。 指示燈是DeviceNet的可選部分，可以幫助維修人員快速地識(shí)別設(shè)備的運(yùn)行和出錯(cuò)狀態(tài)。4747lDeviceNet使用的數(shù)據(jù)幀和出錯(cuò)幀格式 CAN的MAC子層中定義了4中幀格式，而DeviceNet并沒(méi)有全部使用，只是用了數(shù)據(jù)幀來(lái)傳輸數(shù)據(jù)和錯(cuò)誤幀來(lái)處理以外情況和錯(cuò)誤。 DeviceNet的出錯(cuò)幀包括兩個(gè)場(chǎng)：第一個(gè)場(chǎng)由來(lái)自不同節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)誤標(biāo)志疊加給出，第二個(gè)場(chǎng)為錯(cuò)誤定界符。圖圖10-7 10-7 DeviceNetDeviceNet數(shù)據(jù)幀的格式數(shù)據(jù)幀的格式4848l

32、DeviceNet的連接和報(bào)文組 DeviceNet是基于“連接”的網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)在開(kāi)始通信之前要先建立連接， DeviceNet不僅允許預(yù)先設(shè)置或取消連接，而且允許動(dòng)態(tài)建立或撤銷(xiāo)連接。這個(gè)連接使用一系列的參數(shù)和屬性來(lái)描述，如連接標(biāo)識(shí)符、傳送報(bào)文的類(lèi)型、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度等。并使用連接將優(yōu)先級(jí)不同的報(bào)文分為四組。 在DeviceNet中每個(gè)連接使用一個(gè)11bit的連接標(biāo)識(shí)符（CID）來(lái)標(biāo)識(shí)，它包括媒體訪(fǎng)問(wèn)控制標(biāo)識(shí)符（MAC ID）和報(bào)文標(biāo)識(shí)符（報(bào)文ID）。l MAC ID是分配給DeviceNet中節(jié)點(diǎn)的一個(gè)整數(shù)值，用來(lái)標(biāo)識(shí)該節(jié)點(diǎn)。l 報(bào)文ID用于標(biāo)識(shí)一個(gè)連接所使用的通信通道。4949lDeviceNet的

33、報(bào)文 DeviceNet定義了兩種報(bào)文：I/O報(bào)文和顯式報(bào)文。l I/O報(bào)文：適用于實(shí)時(shí)性較高和面向控制的數(shù)據(jù)，它提供了在報(bào)文發(fā)送過(guò)程和多個(gè)報(bào)文接收過(guò)程之間的專(zhuān)用通信路徑。它通常使用的是高優(yōu)先級(jí)的連接標(biāo)識(shí)符。l 顯式報(bào)文：適用于設(shè)備設(shè)備間多用途的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)報(bào)文傳遞，是典型的請(qǐng)求/響應(yīng)通信方式，常用于程序的上/下載、修改設(shè)備組態(tài)、機(jī)載數(shù)據(jù)日志中。需要注意的是如果顯式報(bào)文的長(zhǎng)度大于8B，則必須在DeviceNet上以分段方式傳輸。5050lDeviceNet對(duì)象模型 DeviceNet使用抽象的對(duì)象模型來(lái)表示如何建立和管理設(shè)備的特性和通信關(guān)系。DeviceNet的節(jié)點(diǎn)被模型化為對(duì)象的集合 Device

34、Net的每個(gè)設(shè)備都包括與通信有關(guān)的對(duì)象和與應(yīng)用有關(guān)的對(duì)象兩部分。按照組件每個(gè)設(shè)備又可分為：組件屬性、服務(wù)和行為3部分，這三部分包含的對(duì)象有：l連接對(duì)象連接對(duì)象lDeviceNet對(duì)象對(duì)象l報(bào)文路由對(duì)象報(bào)文路由對(duì)象l匯編對(duì)象匯編對(duì)象l應(yīng)用對(duì)象應(yīng)用對(duì)象l參數(shù)對(duì)象參數(shù)對(duì)象l標(biāo)識(shí)對(duì)象標(biāo)識(shí)對(duì)象5151lDeviceNet連接技術(shù) DeviceNet連接建立的方式有兩種：l “一般模式”規(guī)則：建立的連接包括顯式信息連接和動(dòng)態(tài)I/O連接，它可以動(dòng)態(tài)地分配和釋放信道，具有較好地動(dòng)態(tài)處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)，但建立過(guò)程較為復(fù)雜。l 預(yù)定義組/從連接組：它使用的是DeviceNet協(xié)議中已經(jīng)定義好的信道進(jìn)行連接與數(shù)據(jù)交

35、換，這使得主/從站間的通信變得更加容易，而且該連接建立的過(guò)程容易，適用的資源少，因此可用它來(lái)構(gòu)建各種DeviceNet網(wǎng)絡(luò)。下頁(yè)的示意圖給出了一個(gè)連接建立的過(guò)程5252圖圖10-8 10-8 DeviceNetDeviceNet的連接過(guò)程示意圖的連接過(guò)程示意圖535310.5.3 DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)和CAN現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn) DeviceNet使用的是CAN總線(xiàn)的技術(shù)，下圖描述的是在DeviceNet總線(xiàn)技術(shù)中使用CAN協(xié)議作為媒體訪(fǎng)問(wèn)控制（MAC）和物理層（PLS）的協(xié)議規(guī)范。 需要注意的是：DeviceNet總線(xiàn)只使用了CAN2.0種的定義，并不支持CAN2.0B中的擴(kuò)展報(bào)文格式。圖圖3-6

36、2 3-62 二者二者的活動(dòng)范圍的活動(dòng)范圍545410.5.4 DeviceNet產(chǎn)品介紹 由于DeviceNet采用的是CAN的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，所以其開(kāi)發(fā)也與CAN有很大的相似，現(xiàn)在已經(jīng)有了一些很成熟的DeviceNet產(chǎn)品，包括：l DeviceNet掃描器或控制器l DeviceNet PC通信接口卡l 網(wǎng)橋/網(wǎng)關(guān)及設(shè)備接口模塊l 顯示/操作員接口l 電動(dòng)機(jī)控制設(shè)備l I/O設(shè)備l 網(wǎng)絡(luò)組態(tài)工具軟件555510.6.1 ControlNet概述lControlNet最早由Rockwell公司于1995年10月提出。lRockwell公司等22家企業(yè)于1997年7月聯(lián)合發(fā)起成立了Con

37、trolNet International組織。 ControlNet是一種高速的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，是開(kāi)放、實(shí)時(shí)、具有確定性和可重復(fù)性的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，也是目前世界上增長(zhǎng)最快的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)之一。10.6 10.6 ControlNetControlNet現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)5656ControlNet的主要應(yīng)用領(lǐng)域l對(duì)于要求確定性、可重復(fù)性、產(chǎn)生并傳輸大量I/O數(shù)據(jù)、由控制器到DCS通信、連接多控制器和多人機(jī)界面的網(wǎng)絡(luò)可提供滿(mǎn)意的效果。l汽車(chē)傳輸線(xiàn)、涂裝流水線(xiàn)、裝配線(xiàn)l水/廢水處理l食品處理l制藥5757ControlNet的優(yōu)點(diǎn)：l ControlNet是高速的控制和I/O網(wǎng)絡(luò)，具有增強(qiáng)的I/O性能和點(diǎn)對(duì)

38、點(diǎn)通信能力，支持多主方式l 對(duì)于離散和連續(xù)的控制場(chǎng)合，均具有確定性和可可復(fù)性l 先進(jìn)的生產(chǎn)者/消費(fèi)者模型網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化寬帶利用率，并可構(gòu)成多主、主/從、對(duì)等的通信結(jié)構(gòu)l ControlNet具有靈活的選擇安裝5858ControlNet概述（續(xù)）- ControlNet 技術(shù)指標(biāo)l 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模 : 在無(wú)重復(fù)器情況下最多 48 個(gè)節(jié)點(diǎn)。 l 網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)度 : 5Mb/s時(shí)達(dá)1000m (同軸電纜),有重復(fù)器時(shí)達(dá)5000m ；1000m 2個(gè)節(jié)點(diǎn)，250m 48個(gè)節(jié)點(diǎn)；5Mb/s時(shí)達(dá)3000m (光纖),有重復(fù)器時(shí)達(dá)30Km 。l 通信速率：可調(diào)l 總線(xiàn)拓?fù)?: 線(xiàn)性，樹(shù)型、星型、或三種混合，也支持冗余方式

39、5959ControlNet 技術(shù)指標(biāo)（續(xù)）l尋址模式：對(duì)等、多主和主從、輪詢(xún)、循環(huán)或狀態(tài)改變 l系統(tǒng)特性 : 帶電插拔設(shè)備，確定性，可重復(fù)性，本安選擇，充分節(jié)點(diǎn) ID 檢測(cè)，報(bào)文組幀下圖是一個(gè)典型的ControlNet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖： 606010.6.2 ControlNet技術(shù)特性 1）ControlNet與ISO/OSI參考模型 從右圖中可以看出從右圖中可以看出ControlNetControlNet沒(méi)有沒(méi)有OSIOSI的會(huì)的會(huì)話(huà)層、其對(duì)象與對(duì)象模話(huà)層、其對(duì)象與對(duì)象模型相當(dāng)于型相當(dāng)于OSIOSI的應(yīng)用層、的應(yīng)用層、數(shù)據(jù)管理相當(dāng)于數(shù)據(jù)管理相當(dāng)于OSIOSI的表的表示層、報(bào)文路由傳輸與示層、報(bào)

40、文路由傳輸與連接管理相當(dāng)于連接管理相當(dāng)于OSIOSI的傳的傳輸層與網(wǎng)絡(luò)層輸層與網(wǎng)絡(luò)層圖圖10-9 10-9 ControlNetControlNet協(xié)議協(xié)議分層與分層與OSIOSI模型的比較模型的比較6161 ControlNet規(guī)范把物理層從上到下分為三個(gè)子層：l 物理層信號(hào)（PLS）子層：定義與信號(hào)有關(guān)的內(nèi)容，包括通信波特率、信號(hào)編碼等，其波特率只有5Mbit/s一種，編碼采用的是曼徹斯特編碼l 物理媒體連接（PMA）子層：定義設(shè)備內(nèi)的物理部件，如收發(fā)器、連接器等l 傳輸介質(zhì)子層：定義與傳輸介質(zhì)有關(guān)的內(nèi)容，如線(xiàn)纜、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、分接頭等。ControlNet規(guī)范在物理層還規(guī)定了三個(gè)接口：l 數(shù)據(jù)鏈路層的MAC子層與PLS子層的接口l PLS子層與PMA子層的接口l PMA子層與傳輸介質(zhì)子層的接口62622）ControlNet網(wǎng)絡(luò)元件 ControlNet支持多種媒體類(lèi)型，包括同軸電纜、光纖和中繼器，它也支持屏蔽雙絞線(xiàn)，只是雙絞線(xiàn)只用于兩個(gè)NAP之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，而其兩個(gè)NAP之間的距離不能超過(guò)10m。3）數(shù)據(jù)鏈路層的媒體訪(fǎng)問(wèn)控制（MAC）協(xié)議 ControlNet中，數(shù)據(jù)鏈路層為網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層提供接收和發(fā)送的服務(wù)，它是以網(wǎng)絡(luò)刷新時(shí)間NUT固定而重復(fù)的時(shí)間周期為基準(zhǔn)的。 MAC協(xié)議負(fù)