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现场总线应用技术:Ethernet/IP

【摘要】:Ethernet/IP的一个数据包最多可达1500 B,数据传输速率达10/100 Mbit/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表示为Industrial Protocol。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制定,如气动设备等不同类型的规定。目前,CIP协议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和基于Ethernet/IP的技术结合安全机制实现的CIPSafety安全控制等。

1998年初,ControlNet国际组织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年底,CI、工业以太网协会(IEA)和开放的DeviceNet供应商协会(Open DeviceNet Vendor Association,ODVA)组织提出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),CIP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报文交换

Ethernet/IP的一个数据包最多可达1500 B,数据传输速率达10/100 Mbit/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表示为Industrial Protocol。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和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1-19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Con-trolNet和DeviceNet上,可以作为ControlNet和DeviceNet的应用层,三种网络共享相同的对象库、对象和用户设备行规使得多个供应商的装置能在上述三种网络中实现即插即用。

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图1-19 Ethernet/IP通信协议模型(www.chuimin.cn)

Ethernet/IP的成功是在TCP/UDP/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;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制定,如气动设备等不同类型的规定。目前,CIP协议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和基于Ethernet/IP的技术结合安全机制实现的CIPSafety安全控制等。