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EtherNet/IP ™ 标准工业以太网

EtherNet/IP ™ 标准工业以太网. 何华 ODVA 中国 罗克韦尔自动化. 目录 EtherNet/IP 技术交流. 标准和开放 EtherNet/IP is Standard& open 功能全面 EtherNet/IP, one network for all 智慧设计，使用简单 EtherNet/IP, smart& simply 广泛认可及成功应用 EtherNet/IP is well established. EtherNet/IP = 标准 TCP/IP 以太网 + CIP. Upper Layers

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EtherNet/IP ™ 标准工业以太网

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Presentation Transcript

  1. EtherNet/IP™标准工业以太网 何华 ODVA 中国 罗克韦尔自动化

  2. 目录EtherNet/IP技术交流 • 标准和开放 • EtherNet/IP is Standard& open • 功能全面 • EtherNet/IP, one network for all • 智慧设计，使用简单 • EtherNet/IP, smart& simply • 广泛认可及成功应用 • EtherNet/IP is well established

  3. EtherNet/IP =标准TCP/IP以太网+CIP Upper Layers (Session, Presentation, Application, Device Profiles) BOOTP DHCP FTP HTTP OPC CIP SNMP UDP UDP TCP TCP Transport Layer OSPF IGMP ICMP IGRP Network Layer ARP IP IP RARP Real-time I/OControl Explicit Messaging IEEE 802.3 Ethernet Data Link & Physical Layers EtherNet/IPIEC61158 及IEC61784 标准工业以太网

  4. EtherNet/IPIP头部和UDP头部结构 IP协议的数据格式 UDP数据报格式

  5. EtherNet/IP = 标准TCP/IP以太网+CIP • 为什么使用标准TCP/IP以太网？ • 技术完全开放，“全球范围最大化参与”。其生命力和推动力，是那些只被某家或某些家公司推动的技术所不能比拟的。 • EtherNet/IP工业用户能直接受益于标准TCP/IP以太网的持续创新、功能增强和成本降低等带来的好处。 • EtherNet/IP产品生产商可以自由、自主地选择任何符合工业要求的TCP/IP以太网ASIC进行开发和生产。 在EtherNet/IP产品开发和制造中， 中国厂商和全球范围内其他厂商完全站在同一条起跑线上。

  6. CIP：ODVA和CI共同推动的开放技术 • ODVA（Open DeviceNet Vendor Association）和CI（ControlNet International）两大工业网络组织 汇聚了全球范围内众多的、领先的工业自动化公司。 • ODVA和CI已经正式签署协议， • 共同推动基于CIP™（通用工业协议）的工业网络，包括： • DeviceNet™ • EtherNet/IP™ • ControlNet™ • 注：CIP技术的最新扩展包括 – • CIP Safety™, CIP Sync™, and CIP Motion™

  7. Common Industrial Protocol (CIP)通用工业协议 CIP包含了各种工业实时控制需要的服务和行规 (Profiles); CIP将网络上数据按照有实时控制要求和没有实时控制要求以不同的优先等级区别对待。 通用工业协议CIP（Common Industrial Protocol） 设备应用描述 App Profiles Semi- conductor Valves Drives Robots Other CIP Application Layer Application Object Library Lay 7 应用层 CIP Data Management Services Explicit Messages, I/O Messages CIP Message Routing, Connection Management

  8. Motor Starter Pneumatic Valves AC Drives Position Controller Other Profiles CIP Device Profiles CIP Application Layer Application Object Library Application CIP CIP Data Management Services Explicit Messages, I/O Messages Presentation CIP Message Routing, Connection Management Session CIP Encapsulation DeviceNet Specification ControlNet Specification Future ??? Transport TCP UDP Network Internet Protocol Ethernet CSMA/CD (IEEE 802.3) CAN (ISO 11898) CTDMA Data Link Ethernet (IEEE 802.3) DeviceNet Specification ControlNet Specification Physical 未来网络技术 EtherNet/IP DeviceNet ControlNet 对于用户而言，所有CIP工业网络是无缝集成的“一种”网络 CIP • 就象同一种语言让不同地区的人们能够直接进行交流，CIP让DeviceNet、ControlNet以及EtherNet/IP网络无缝集成； • 无须附加编程，用户即可直接从任意一点访问、组态并维护以上任意网络中的任意设备。 B CIP B DeviceNet CIP CIP B B ControlNet EtherNet/IP

  9. 目录EtherNet/IP技术交流 • 标准和开放 • EtherNet/IP is Standard& open • 功能全面 • EtherNet/IP, one network for all • 智慧设计，使用简单 • EtherNet/IP, smart& simply • 广泛认可及成功应用 • EtherNet/IP is well established

  10. 信息交换，包括诊断及数据采集 远程组态及维护 常规I/O实时控制 同步及伺服 本安及防爆 安全系统 EtherNet/IP 功能全面 One Industrial Network? 过程自动化 工厂自动化 继电保护及电力SCADA SOE I/O Continuous Process or Batch Discrete Control Devices Motion Control CNC Robotics Protection Device Machine Safety Safety inc. ESD, FAS Measurement

  11. EtherNet/IP: 常规IO实时控制基于100Mbps全双工线速传送交换机 • 100Mbps全双工线速传送交换机: • 每个端口都具有100Mbps带宽 • 各端口同时以100Mbps点对点传送，没有丢包和信息碰撞。 以太网 交换机 • 交换机工作过程： • 接收数据并缓冲； • 对照MAC地址表，根据数据包目的MAC地址，通过高速背板将数据发往对应端口。

  12. EtherNet/IP: 常规IO实时控制基于100Mbps全双工线速传送交换机 • 100Mbps全双工线速传送交换机意味着： • 对于每个端口，当数据包大小为300 byte时，每秒钟可发送/接受超过39,062个数据包。 • 在工业控制中，常用IO刷新时间为1ms~ 500ms。以平均采样速率5ms（数据包大小300Byte）考虑，对于每个IO站，每秒钟需传送200个数据包。 • 39000/交换机端口 • = 200* 195个IO站 交换机 控制器 #N IO #1 IO #2 IO

  13. EtherNet/IP: 常规IO实时控制基于100Mbps全双工线速传送交换机 • 工业控制中，通常是多个IO站同时向主控制器发送数据。也就是说，在EtherNet/IP分布式IO应用中，“与IO站相连” 的多个交换机端口向“与主控制器相连”的某一端口发送数据。 • 实际应用中，在达到网络实时限制之前，限制你系统设计的往往是各通讯模块的缓存限制。 控制器

  14. 结合CIP Sync（基于 IEEE-1588技术）EtherNet/IP实现+-100ns高精度时间同步 Time is : 1# 框架 2# 框架 Time is : 1234500ns 1234500ns EtherNet/IP Time is : Time is : 1234500ns 1234500ns 3# 框架 N# 框架

  15. 结合CIP Sync（基于 IEEE-1588技术）EtherNet/IP实现+-100ns高精度时间同步 • 通过CIP Sync（遵从IEEE1588技术）实现 • IEEE1588 工作原理： • 网络中不同设备具有各自的本地时钟，同步的基本原理包括时间发出和接收时间信息的记录，并且对每一条信息“加盖”时间标记。有了时间记录，接收方就可以计算出自己在网络中的时钟误差和延时。

  16. 结合CIP Sync（基于 IEEE-1588技术）EtherNet/IP实现+-100ns高精度时间同步 • 由于交换机基于队列和存储转发机制，在网络负载较大的情况下，每个数据包的延迟时间是不等的，这样计算出的时间同步精度不高。 • 当采用IEEE1588边界时钟，由于是点－点连接，主时钟和从时钟之间几乎没有延迟时间抖动，而且与交换机的内部队列延迟、抖动和时间的传输方向无关

  17. 结合CIP Sync（基于 IEEE-1588技术）EtherNet/IP实现+-100ns高精度时间同步 • 集成的Intel网络处理器 v.s 多个独立硬件。

  18. 结合CIP Sync™及CIP Motion™,EtherNet/IP实现分布式伺服控制应用 • 方式1: EtherNet/IP为多个伺服控制器提供同步服务， • 实现更大范围的纯电轴的多轴应用。 • 如果伺服控制器与驱动器之间使用SERCOS， EtherNet/IP 也能够无缝路由相应数据，组态、诊断和维护所有设备， • 包括SERCOS伺服驱动器。 EtherNet/IP Ethernet Switch (100 Mbps) 至工厂信息系统 伺服 控制器 Vendor A 伺服 控制器 Vendor B SERCOS IDN 组态及监视 SERCOS Servo Drive SERCOS Servo Drive EtherNet/IP EtherNet/IP

  19. 结合CIP Sync™及CIP Motion™,EtherNet/IP实现分布式伺服控制应用 至工厂信息系统 • 方式2: EtherNet/IP不仅用于伺服控制器之间联网,也可用于 • 伺服控制器和伺服驱动器的联网， • 在标准TCP/IP以太网连接上的完全分布式伺服控制。 EtherNet/IP Ethernet Switch (100 Mbps) Ethernet Switch (100 Mbps) 组态及监视 伺服 控制器 伺服 控制器 EtherNet/IP Servo Drive EtherNet/IP Servo Drive EtherNet/IP Servo Drive EtherNet/IP Servo Drive

  20. 结合CIP Sync™及CIP Motion™,EtherNet/IP实现分布式伺服控制应用 位置指令 位置指令 位置指令 11,000,000ns触发 12,000,000ns触发 13,000,000ns触发 收到位置指令时， 网络延迟时间：980us 收到位置指令时， 网络延迟时间：900us 收到位置指令时， 网络延迟时间：950us 位置指令 位置指令 位置指令 • 伺服控制意味着，每隔确定 • （要求每次位置信息触发的抖动很小，典型<1us） • 的时间周期， • （要求网络延迟时间很小，典型ms级，甚至250us） • 伺服驱动器接受控制器位置指令，并且，将实际位置反馈给控制器。 • 为实现这一目标，不同技术选择不同的方式来实现伺服控制： • 方式1：不带时间标签的位置信息 -- 网络延迟的抖动直接影响伺服精度。 • 方式2：带时间标签的位置信息，根据所带时间标签，定周期触发伺服装置。-- 网络上控制设备的分布式时钟的同步精度影响伺服精度。（在保证位置信息的最大网络延迟时间 < 规定的周期性刷新时间） 1ms 1ms 伺服驱动器位置刷新 1ms 1ms

  21. CIP Motion™使用标准QOS服务支持数据包优先 低优先权 最高优先权 最高优先权 低优先权 高优先权 高优先权

  22. CIP Safety提供附加措施以减少错误发生并检测相关错误,以保证通讯整体安全 Safety I/O Profiles Other Safety Profiles Safety Application Object Library CIP CIP Safety Application Layer 标准信息 安全信息 Encapsulation TCP UDP IP (CSMA/CD) Ethernet Physical Layer Semicon Devices Drives Valves Other Profiles User Layer Application Object Library CIP Application Layer Explicit, I/O, Routing Application Layer DeviceNet Data Link Layer (CAN) ControlNet Data Link Layer (CTDMA) Futures Adaptation and Data Link Layer DeviceNet Physical Layer ControlNet Physical Layer Future (Firewire,USB, Blue Tooth) Physical Layer Other Networks EtherNet/IP DeviceNet ControlNet

  23. CIP Safety提供附加措施以减少错误发生并检测相关错误,以保证通讯整体安全 采用下列方法来检测错误

  24. CIP Safety提供附加措施以减少错误发生并检测相关错误,以保证通讯整体安全 长数据格式、多播传输、安全连接的数据格式

  25. IT商业 • 应用 通用工业协议 (CIP) CTDMA CAN TCP/UDP/IP CSMA/CD Physical layer EtherNet/IPIT集成，包括Web等等 • 举例： • 无须专用软件，使用普通网络浏览器软件如IE即可远程监视和组态EtherNet/IP。 • EtherNet/IP设备可将故障或报警以邮件方式自动发送 • 工业控制系统与信息管理系统直接耦合：无需中间件，控制设备直接与关系型数据库交换数据

  26. 针对工业应用， EtherNet/IP制定严格的物理层设计规定和测试标准 • 根据应用场合要求，使用相应抗电磁干扰和防护等级的以太网交换机及线缆。 • 对于工业环境，选择EtherNet/IP认证的设备。 • 如果只是普通商业环境，可使用商业标准的以太网交换机及线缆，进一步节约成本。 IP67交换机

  27. 目录EtherNet/IP技术交流 • 标准和开放 • EtherNet/IP is Standard& open • 功能全面 • EtherNet/IP, one network for all • 智慧设计，使用简单 • EtherNet/IP, smart& simple • 广泛认可及成功应用 • EtherNet/IP is well established

  28. Behavior Attributes Struct { Status byte; Count Int; } Idle Services Fault Void calc() { y=mx+b; b++; } Run CIP“对象”技术 v.s 传统设计让EtherNet/IP产品开发及应用更简单 Object Model Operations Data Functions Application Connection Application Device #1 Device #2 Application Object Connection Object Connection Object Application Object

  29. CIP“对象”技术编程举例Logix+EtherNet/IP变频器

  30. CIP通讯模式: Producer/Consumer更有效的实时工业网络通讯 src dst data crc “现在时间八点整” “现在时间八点整” “现在时间八点整” “现在时间八点整” “现在时间八点整” • 生产者/消费者通讯模式 • Producer/Consumer • 又称之为出版者/订户模式 （Publisher/Subscriber） • 可实现点对多点Multicast、广播及轮循 • 更高的数据传输效率 identifier data crc • 传统“源/目的”通讯模式，常又称为“主/从”模式 • 数据传输效率低

  31. C P U C P U C P U C P U C P U Producer/ Consumer v.s 主/从 1 输入模块共享 2 控制器之间实时数据通讯 先进的通讯管理模式Producer/Consumer：输入模块或某一控制器数据能同时送到同一 EtherNet/IP上的多个控制器以及上位机。而在传统方式下，则需要通过主控制器先存储该输入后，再转发给其他需要的设备。 输入 1# I/O框架 N# I/O框架

  32. 目录EtherNet/IP技术交流 • 标准和开放 • EtherNet/IP is Standard& open • 功能全面 • EtherNet/IP, one network for all • 智慧设计，使用简单 • EtherNet/IP, smart& simply • 广泛认可及成功应用 • EtherNet/IP is well established

  33. EtherNet/IP™产品相关情况 • Programmable Logic Controllers • Process Controllers • Human Machine Interfaces • Multiple I/O Platforms • Weigh Scales • Motion Controller • Drive Controllers • Vision Systems • Resolver Interface • EtherNet/IP to Serial Interfaces • Windows Driver/OPC Server • EtherNet/IP to Other Industrial Networks Interfaces • RFID& Bar Code • IP67 EtherNet/IP Connector 已经发布了 超过80种产品

  34. EtherNet/IP™产品相关情况

  35. CompactLogix L35E • Up to 30 local modules of any type • 1.5 M memory and CompactFlash port • DeviceNet explicit msg support through 1769-SDN • EtherNet/IP driver supported

  36. 1794-AENT Flex IO Adapter • Interface for Flex I/O to EtherNet/IP • Twisted Pair (RJ-45) Media adapter • Compatible with all existing FLEX I/O modules, bases, and accessories • I/O Modules configured using RSLogix5000 (compatible with existing profiles) • EtherNet/IP driver supported

  37. 1734-AENT Point I/O Adapter • Interface for Point I/O to EtherNet/IP • Twisted Pair Media • Pen push switches for setting network address (192.168.1.xxx) • Requires Series C Point I/O modules • EtherNet/IP driver supported

  38. 1738-AENT PointArmor I/O Adapter • Interface for Point I/O to EtherNet/IP • Twisted Pair Media • Pen push switches for setting network address (192.168.1.xxx) • Requires Series C Point I/O modules • EtherNet/IP driver supported

  39. 20-COMM-E PowerFlex EtherNet/IP Adapter • Internal adapter for PowerFlex 7-Class drives and other DPI-based Host products • Selectable Communication Fault Actions • Fault, Stop, Zero Data, Hold Last State, User Configurable • Peer-to-Peer capability • RSLogix5000 v12 has specific 20-COMM-E profiles • EtherNet/IP driver supported • Note: SMC Flex can work with the module to connect EtherNet/IP

  40. EtherNet/IP和汽车行业: GM标准

  41. EtherNet/IP和DeviceNet成为半导体制造行业标准

  42. 灌装线/ 每小时70000瓶OEM：Krones AG, 德国 • 最终用户： • 百威啤酒，美国 • 生产线简介： • 啤酒灌装线 (包括从洗瓶、传送、灌装到贴标的完整过程） • 控制方案简介： • 8 ControlLogix控制器 • 245 PowerFlex变频器 • 120 Flex IO 现场站 • 5 PanelView人机界面

  43. 灌装线/ 每小时70000瓶为什么Krones和百威选择Ethernet/IP? • 基于“对象”技术的编程和设备组态 • 系统启动快速：在设备组态完成后，不到1小时即完成整个生产线的启动 • 工厂甚至企业对设备统一的IP地址管理 • 与企业信息系统的一致和集成 • 无需附加软件即可远程监视和诊断（Web browser)

  44. Networks Built on aCommonIndustrialProtocol 帮助工业企业响应 今天的挑战 并且为明天做好准备 谢谢 Thank You !

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