現場總線技術標準化的思考
CIP應運而生
CIP協議規范的英文全稱為“Control and Information Protocol”,即“控制與信息通訊協議”, 它是疊加在ControlNet、DeviceNet和EtherNet這三種完全不同的網絡技術平臺之上的“與網絡硬件技術無關”的公共的“網絡傳輸層、應用層、用戶層”協議規范,也就是說它可以實現“異構網絡”下的系統的“互連”、“互通”,直至“互換”功能。
CIP與其它現場總線技術通訊協議一個很大的不同就是有一個具有“網絡傳輸層”功能的“CIP Messaging”協議規范。其中最核心的部分就是將應用對象之間通訊關系抽象為“連接(Connection)”,并與之相應制定了應用對象的邏輯地址規范,從而使CIP協議可以不依賴于某一具體的網絡硬件技術,而是用邏輯對象地址來定義“連接(Connection)”關系。
同時,將某一種具體的網絡技術平臺抽象為與網絡接口相關的“物理鏈路對象(Link Object)”,這樣使得CIP協議在不同的網絡技術平臺上具體實現時唯一需要的接口就是與該網絡平臺相對應的“物理鏈路對象”,如“DeviceNet Link Object”、“ControlNet Link Object”和“Ethernet Link Object”等等,而其上層的協議都可不受影響并保持一致,這也就為在跨平臺的“異構網絡”條件下實現系統的“互連”、“互通”,直至“互換”功能奠定了基礎。
更進一步,與其它眾多“自底向上”構筑“垂直一體化”通訊協議的現場總線技術不同,它不是根據物理層和數據
I/O Connection:主要是針對傳送用于監視、控制等有一定的實時性要求的數據時的通訊關系,其中絕大部分應該是傳送傳統上用于實時監控的I/O數據,故以此命名。這種“連接(Connection)”關系的特點是必須預先通過配置工具逐一對與該“連接(Connection)”相關聯的應用對象及整個數據鏈路上的各個節點進行配置和分配固定的資源后才能建立起來,其優勢就是一旦建立起這一“連接(Connection)”,則所有加入這一通訊關系的應用對象之間已經對數據內容達成共識,因此所有傳送數據均為“元數據”,無需對數據類型或數據本身作任何標識說明或功能描述,傳輸效率最高,而且整個數據鏈路已預分配資源,傳輸可靠性也最高,所以可以滿足“實時”控制數據的傳送要求。
Explicit Message Connection:主要是針對傳送用于工程設計組態、集中管理維護、故障診斷調試等過程中所需傳送的非實時信息。它通常是通過點對點的報文傳送在兩個應用對象之間以相互交互的方式傳送,由于報文中的數據內容會隨著雙方的狀態變化和交互過程而變化,因此報文本身必須同時攜帶對傳送數據的類型標識和功能描述,因此將其命名為“顯式報文連接(Explicit Message Connection)。這種“連接(Connection)”關系的特點是通訊雙方的任何一方應用對象均可應自身的信息傳送需求動態發起和建立這種“連接(Connection)”關系,而且是“點對點”的“雙工”通訊模式,非常便于應用對象之間的“交互式對話”。通訊過程結束后即拆除“連接(Connection)”并回收資源,這一模式對“陣發式”信息類數據傳送是非常合適的。
Bridged Connection:由于在任何一個較大規模的系統中都不可能或不會將所有的控制元器件集中在一個物理網段中,即一般都可能配置成多個網段互連,可能是“同構網段”,也可能是“異構網段”。而當若有數據需從某一個網段傳送到另一網段時,不論是I/O數據還是Explicit Message,則其所要經過的跨網段的中間節點(Bridge)必須承擔路由所需的“連接(Connection)”關系,實際上即是該節點必須在其內部分別創建與每個網段“Link Object”相應的“背靠背”的“連接(Connection)”對象。 縱觀整個CIP協議規范,其中最具特色的是其“Connection”這一抽象對象,以及非常符合“控制和信息”傳送需求的“Connection”分類模型:“I/O Connection”、“Explicit Message Connection”、“Bridged Connection”。這使得CIP協議真正成為一個“與網絡硬件無關的具有路由功能的跨網絡的網絡通訊協議”,同時也使得它成為在“異構網絡”環境下實現系統的“互連”、“互通”,直至“互換”功能的核心技術規范。
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