EtherNet/IP ™ 标准工业以太网

罗克韦尔自动化 www.controlnet.org© 2005 ODVA 中国 . All rights reserved. www.odva.org

EtherNet/IP™ 标准工业以太网

何华

ODVA 中国

罗克韦尔自动化

http://www.gold.org/jewellery/index.html

The CIP Advantage, page 2© 2004 Open DeviceNet Vendor Association, Inc. Al rights reserved.

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/IPIEC61158 及 IEC61784 标准工业以太网

UDPUDP

ARPARP IP RARPRARP

ICMPICMPOSPFOSPF

TCP

FTP HTTPBOOTPDHCPOPC SNMP

IGMPIGMPIGRPIGRP

IEEE 802.3 Ethernet

UDPUDP

IP

TCP

CIPUpper Layers

(Session, Presentation, Application,

Device Profiles)

Data Link & Physical Layers

Network Layer

Transport Layer

ExplicitMessaging

Real-timeI/O Control

EtherNet/IP = 标准 TCP/IP 以太网 + CIP



EtherNet/IPIP 头部和 UDP 头部结构

UDP 数据报格式

31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 09 08 07 06 05 04 03 02 01 00

源端口目标端口 UDP长度 UDP校验和

IP 协议的数据格式31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 09 08 07 06 05 04 03 02 01 00

版本 IHL 服务类型空总长度

标识 C D 分段偏移生命期协议头部校验和源地址目的地址选项 (0或多个字节 )



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。



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™



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。

CIP Message Routing, Connection Management

CIP Data Management ServicesExplicit Messages, I/O Messages

CIP Application Layer Application Object Library

Semi-conductor

Valves Drives Robots Other

通用工业协议 CIP （ Common Industrial Protocol ）

设备应用描述App

Profiles

Lay 7应用层



DeviceNetSpecification

Ethernet (IEEE 802.3)

CAN(ISO 11898)

ControlNetSpecification

ControlNet Specification

Application

CIP DeviceProfiles

Data Link

Physical

Network

Transport

Session

Presentation

DeviceNet Specification

Ethernet CSMA/CD(IEEE 802.3)

Future

???

Internet Protocol

UDPTCP

CIP Encapsulation

CIP Message Routing, Connection Management

CIP Data Management ServicesExplicit Messages, I/O Messages

CIP Application LayerApplication Object Library

Motor Starter

Pneumatic Valves

AC Drives Position Controller

Other Profiles

CIP

DeviceNetEtherNet/IP ControlNet

CTDMA

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。

BB

BB

DeviceNet

ControlNet

EtherNet/IP

BB

CIP

CIP

BB

CIPCIP

对于用户而言，所有 CIP 工业网络是无缝集成的“一种”网络




• 标准和开放


• 功能全面








ContinuousProcessor Batch

One Industrial Network?

过程自动化工厂自动化

DiscreteControlDevices

RoboticsCNC

继电保护及电力SCADA

SOE I/O

Protection Device

Measurement

Motion Control

Safety inc. ESD, FAS

Machine Safety

EtherNet/IP 功能全面

常规 I/O 实时控制

信息交换，包括诊断及数据采集远程组态及维护

安全系统

本安及防爆

同步及伺服



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。

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

#N IO #2 IO #1 IO

控制器




• 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。

TCP Connections Limits

IO Connection Limits

Max Frames/Sec for I/O

ＸＸ网卡 64 32 5000

ＸＸ扫描器 64 31 9500

ＸＸ适配器 64 20 4000

控制器




结合 CIP Sync （基于 IEEE-1588 技术） EtherNet/IP 实现+-100ns高精度时间同步

3# 框架 N# 框架

EtherNet/IP

1# 框架 2# 框架 Time is :1234500ns

Time is :1234500ns

Time is :1234500ns

Time is :1234500ns



• 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。

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

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。

TXRX

HWRealtime

ClockTSU

TSU - TimeStamp Unit

PHY

Sync & Delay_Req sending and receipt time

(x)MII

Synchronization Element

Set/Gettime

IEEE1588Precision Time Protocol

TimeStampInterface

ClockInterface

PortInterface

MAC

NetworkProtocol

stack

HW

SW

结合 CIP Sync （基于 IEEE-1588 技术） EtherNet/IP 实现+-100ns高精度时间同步



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 Switch

(100 Mbps)

伺服控制器

Vendor B

伺服控制器

Vendor A

至工厂信息系统

SERCOS Servo Drive

EtherNet/IP

SERCOS IDN组态及监视

SERCOS Servo Drive

EtherNet/IP EtherNet/IP



Ethernet Switch

(100 Mbps)

伺服控制器

至工厂信息系统

EtherNet/IP Servo Drive

EtherNet/IP

组态及监视


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。


伺服控制器



Ethernet Switch

(100 Mbps)



• 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）

伺服驱动器位置刷新1ms 1ms 1ms 1ms

收到位置指令时，网络延迟时间： 980us



11,000,000ns触发

位置指令12,000,000ns触发

位置指令13,000,000ns触发

位置指令

位置指令位置指令位置指令




低优先权

最高优先权高优先权低优先权最高优先权

CIP Motion™ 使用标准 QOS 服务支持数据包优先

高优先权



Adaptation and

Data Link Layer

Other Networks

Application Object Library

CIP Application LayerExplicit, I/O, Routing

CIP

ApplicationLayer

User Layer

PhysicalLayer

Semicon

Devices

Valves

Drives

Other Profile

s

DeviceNet Data Link

Layer(CAN)

ControlNet Data Link

Layer (CTDMA)

Futures

DeviceNet Physical

Layer

ControlNet Physical

Layer

Future (Firewire,US

B, Blue Tooth)

DeviceNet

ControlNet EtherNet/IP

(CSMA/CD)

TCP UDP

Encapsulation

Ethernet Physical

Layer

IP

Other Safety Profile

s

Safety Application

Object Library

CIP Safety Application

Layer

Safety I/O

Profiles

标准信息

安全信息

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




时间标记

发送方和接收方 ID号

安全 CRC 数据冗余

动态检测

重复数据包 √ √

数据丢失 √ √

数据插入 √ √ √

错误顺序 √ √

数据损坏 √ √

数据延迟 √

安全数据间的结合 √

安全数据和标准数据间的结合 √ √ √ √ √

数据在网桥和路由器中增加的延迟时间

√

采用下列方法来检测错误




长数据格式、多播传输、安全连接的数据格式



EtherNet/IP IT 集成，包括 Web 等等

IT 商业应用

CAN

CTDMATCP/UDP/IP

Physical layer

CSMA/CD

通用工业协议(CIP)

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



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。

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

IP67 交换机




• 标准和开放


• 功能全面



EtherNet/IP, smart& simple





CIP“ 对象”技术 v.s 传统设计让 EtherNet/IP 产品开发及应用更简单

Struct { Status byte; Count Int; }

Void calc() { y=mx+b; b++; }

Idle

Run

Fault

Data

Functions

Operations

Object Model

Services

Attributes Behavior

Application ApplicationConnection

Device #2Device #1

ConnectionObject

ConnectionObject

ApplicationObject

ApplicationObject



CIP“CIP“ 对象”技术编程举例对象”技术编程举例Logix+EtherNet/IPLogix+EtherNet/IP变频器变频器



“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”

传统“源 / 目的”通讯模式，常又称为“主 / 从”模式

数据传输效率低

“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

src dst data crc

identifier data crc

CIPCIP 通讯通讯模式模式 : Producer/Consumer: Producer/Consumer更有效的实时工业网络通讯更有效的实时工业网络通讯



1# I/O框架 N# I/O框架

输入

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。

CPU

CPU

CPU

CPU

CPU

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




• 标准和开放


• 功能全面








– 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

EtherNet/IP™ 产品相关情况



EtherNet/IP™ 产品相关情况



CompactLogix L35E

Up to 30 local modules of any type1.5 M memory and CompactFlash port DeviceNet explicit msg support through 1769-SDNEtherNet/IP driver supported

Data Rate (MB) 10/100

Duplex Supported Half/full

Autonegotiation Support Yes

Assign Address Methods BootP, Manual

Web Server Yes

CIP Message Support Yes (incl. email)

CIP I/O Support Yes: 4000 pps rate



1794-AENT Flex IO Adapter



Autonegotiation Support

Yes (manual also)

Assign Address Methods

BootP only initially, then BootP or manual

Web Server Yes

CIP Message Support Limited – to adapter only (not to I/O modules)


Interface for Flex I/O to EtherNet/IPTwisted Pair (RJ-45) Media adapterCompatible with all existing FLEX I/O modules, bases, and accessoriesI/O Modules configured using RSLogix5000 (compatible with existing profiles)EtherNet/IP driver supported



1734-AENT Point I/O Adapter



Autonegotiation Support Yes (manual also)

Assign Address Methods DHCP, Manual, Switches

Web Server Yes

CIP Message Support Yes


Interface for Point I/O to EtherNet/IPTwisted Pair MediaPen push switches for setting network address (192.168.1.xxx)Requires Series C Point I/O modulesEtherNet/IP driver supported



1738-AENT PointArmor I/O Adapter



Autonegotiation Support Yes (manual also)

Assign Address Methods DHCP, Manual, Switches

Web Server Yes



Interface for Point I/O to EtherNet/IPTwisted Pair MediaPen push switches for setting network address

(192.168.1.xxx)Requires Series C Point I/O modulesEtherNet/IP driver supported



20-COMM-E PowerFlex EtherNet/IP Adapter


Duplex Supported Half/Full

Autonegotiation Support Auto (manual also)

Assign Address Methods BootP, Manual

Web Server Yes

CSP Support No


CIP I/O Support Yes (fr/s notmeasured)

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 capabilityRSLogix5000 v12 has specific 20-COMM-E profilesEtherNet/IP driver supportedNote: SMC Flex can work with the module to connect EtherNet/IP



EtherNet/IP 和汽车行业 : GM 标准



EtherNet/IP 和 DeviceNet成为半导体制造行业标准



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



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)



帮助工业企业响应帮助工业企业响应今天的挑战今天的挑战并且为明天做好准备并且为明天做好准备

谢谢 Thank You !谢谢 Thank You !

Networks Built on a Common Industrial Protocol


Documents

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