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现场总线与工业以太网及应用技术Ethernet/IP

【摘要】:Ethernet/IP的规范是公开的,并由ODVA组织提供。图1-17 Ethernet/IP通信协议模型Ethernet/IP的成功是在TCP、UDP和IP上附加了CIP,提供了一个公共的应用层,其目的是为了提高设备间的互操作性。为了减少Ethernet/IP在各种现场设备之间传输的复杂性,Ethernet/IP预先制定了一些设备的标准规定,如气动设备等不同类型的规定。目前,CIP进行了以太网标准实时性和安全总线的实施工作,采用IEEE 1588标准的分散式控制器同步机制的CIPSync,基于Ether-net/IP技术,并结合安全机制实现CIP Safety的安全控制等。

1998年年初,ControlNet国际化组织(CI)开发了由ControlNet和DeviceNet共享的、开放的和广泛接收的基于Ethernet的应用层规范。利用该技术,2000年年底,CI、工业以太网协会(IEA)和ODVA组织提出了Ethernet/IP的概念,以后SIG(Special Interest Groups)进行了规范工作。Ethernet/IP技术采用标准的以太网芯片,并采用有源星形拓扑结构,将一组装置点对点地连接至交换机,而在应用层则采用已在工业界广泛应用的开放协议——控制和信息协议(CIP)。

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图1-16 IDA的协议栈

注:BootP——Bootstrap Protocol,(因特网)自引导协议;DHCP——Dynamic Host Configuration Protocol,(TCP/IP)动态主机配置协议

Ethernet/IP的一个数据包最多可达1500B,数据传输率达10/100Mbit/s,因而能实现大量数据的高速传输。基于Ethernet TCP或UDP_IP的Ethernet/IP是工业自动化数据通信的一个扩展,这里的IP为Industrial Protocol的缩写。Ethernet/IP的规范是公开的,并由ODVA组织提供。另外,除了办公环境上使用的HTTP、FTP、IMTP、SNMP的服务程序,Ethernet/IP还具有生产者/客户服务,允许有时间要求的信息在控制器与现场I/O模块之间进行数据传送。非周期性的信息数据的可靠传输(如程序下载、组态文件)采用TCP技术,而有时间要求和同期性控制数据的传输由UDP的堆栈来处理。Ethernet/IP实时扩展在TCP/IP之上附加CIP,在应用层进行实时数据交换和实时运行应用,其通信协议模型如图1-17所示。实际上,CIP除了作为Ethernet/IP的应用层协议外,所有的Ethernet/IP的CIP已运用在ControlNet和DeviceNet上,可以作为ControlNet和DeviceNet的应用层,3种网络共享相同的对象库、对象和用户设备行规,使多个供应商的装置能在上述3种网络中实现即插即用。(www.chuimin.cn)

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图1-17 Ethernet/IP通信协议模型

Ethernet/IP的成功是在TCP、UDP和IP上附加了CIP,提供了一个公共的应用层,其目的是为了提高设备间的互操作性。CIP一方面提供实时I/O通信;另一方面实现信息的对等传输。其控制部分用来实现实时I/O通信,信息部分用来实现非实时的信息交换,并且采用控制协议来实现实时I/O报文传输或者内部报文传输,采用信息协议来实现信息报文交换和外部报文交换。CIP采用面向对象的设计方法,为操作控制设备和访问控制设备中的数据提供服务集,运用对象来描述控制设备中的通信信息、服务、节点的外部特征和行为等。

为了减少Ethernet/IP在各种现场设备之间传输的复杂性,Ethernet/IP预先制定了一些设备的标准规定,如气动设备等不同类型的规定。目前,CIP进行了以太网标准实时性和安全总线的实施工作,采用IEEE 1588标准的分散式控制器同步机制的CIPSync,基于Ether-net/IP技术,并结合安全机制实现CIP Safety的安全控制等。