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(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 Access―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： 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: 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：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: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 -链路消费者类：负责低层次的报文接收 此两类对象不对外提供接口，它们的服务 和属性描述的都只是内部行为，必须通过 连接对象的属性和服务才能访问到。 CIP设备必须实现的类：标识类、信息路由 器类、连接类、网络特有的类以及实现该 设备基本功能所需要的若干类、汇编类、 UCMM。

CIP设备描述 3个方面的内容： -给出设备的对象模型的定义 -给出设备的I/O数据的格式 -给出设备配置的定义