以太網絡技術在工業(yè)控制領域的探索與發(fā)展——EtherNET/IP

工業(yè)以太網控制系統(tǒng)是集散控制系統(tǒng)(DCS)和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)之后產生的一種新型的工業(yè)控制系統(tǒng)。由于以太網技術具有成本低、通信速率和帶寬高、兼容性好、軟硬件資源豐富、廣泛的技術支持基礎和強大的持續(xù)發(fā)展?jié)摿Φ戎T多優(yōu)點，在過程控制領域的管理層已被廣泛應用。事實證明，通過一些實時通信增強措施及工業(yè)應用高可靠性網絡的設計和實施，以大網可以滿足工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境要求，并可直接向下延伸應用于工業(yè)現(xiàn)場設備間的通信。其中EtherNet/IP協(xié)議就在此列。

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EtherNET/IP是什么

EtherNet/IP協(xié)議從90年代后期開始開發(fā)并由國際組織ODVA于 2001年發(fā)布并管理。EtherNet/IP使用標準以太網的物理和數(shù)據(jù)鏈路層，協(xié)議通過TCP/IP數(shù)據(jù)包傳輸，是最成熟和最完整的工業(yè)以太網解決方案之一，在工業(yè)制造業(yè)中得到廣泛使用。

EtherNET/IP是CIP（Commen Idustrial protocal）協(xié)議組中的一員。CIP定義了應用層的對象結構，且獨立于物理層傳輸介質，提供了開放網絡和開放系統(tǒng)所必需的互操作性和互換性。CIP用戶在其統(tǒng)一的通信架構之下，可根據(jù)需求選擇最適合的網絡，DeviceNET是CIP使用CAN網絡傳輸?shù)膶崿F(xiàn)，通過以太網傳輸?shù)?CIP 協(xié)議即為 EtherNet/IP.

CIP是嚴格遵守面向對象方式的上層協(xié)議，每個CIP對象具有屬性（數(shù)據(jù)）、服務（命令）、連接、和行為（屬性和服務間的關系）。

CIP包括一個廣泛的對象庫（Object Library）來支持通用網絡服務如文件傳輸，和自動化行業(yè)常用的模擬和數(shù)字IO的輸入輸出，HMI、運動控制等。為保證互操作性，同一對象在不同設備中實現(xiàn)的行為完全相同。一個設備包括的一組對象即為本設備的對象模型（Object Model）。

CIP將標準的對象組定義為Device Profiles。Device Profile指定配置選項和I/O數(shù)據(jù)格式，屬于同一Device Profile的設備將響應所有相同的命令，并擁有相同的網絡行為，以此保證網絡中不同品牌設備間的互操作性。

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EtherNET/IP 協(xié)議架構

● 通常使用TCP傳輸?shù)娘@示消息（explicit messages）和使用UDP傳輸隱式消息（implicit messages）?；赥CP面向連接的傳輸特性，顯示消息通常是低實時性數(shù)據(jù)，但要求高準確性，例如配置設備信息，上傳或下載程序等。而UDP則無需建立連接，可單點對多點的進行傳輸，也就是說UDP比TCP更加高效，因此常被用于如實時數(shù)據(jù)、運動控制數(shù)據(jù)等隱式消息的傳輸。

● EtherNet/IP在全球制造業(yè)中被廣泛采用。通常，制造業(yè)廠商直接采購商用EtherNet/IP SDK，而美國Pryramid公司作為最知名的EtherNet/IP SDK提供商在行業(yè)內享有盛譽。美國Pryramid 公司成立于1990年，總部位于密歇根州。Pryramid公司的EtherNet/IP SDK是經過市場和產品驗證的商用協(xié)議棧產品，保證協(xié)議的穩(wěn)定和可靠性。

● 如所有通信協(xié)議的形式，EtherNet/IP SDK同樣分為Adapter和Scanner兩端。協(xié)議棧SDK可以軟件源代碼的形式提供給客戶，為使用多個不同軟硬件平臺的客戶提供自主移植的便利條件。同時，客戶也可以選擇編譯好的DLL形式的SDK。

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EtherNet/IP SDK介紹

一、EtherNet/IP Scanner SDK，是用于開發(fā)EtherNet/IP掃描器設備的軟件包。Pryramid公司提供的EtherNet/IP Scanner SDK 已經通過ODVA CT18一致性測試，客戶購買的Scanner SDK包括如下內容：

平臺兼容性和可移植性：

? 提供 Win XP，Vista和 Win 7，8，10 (32 and 64 bit)的例程；? 提供以下操作系統(tǒng)的模板：? Fido，Linux，Netburner，VxWorks，WinCE，Windows? 例程中的程序塊與平臺隔離，方便移植到其它平臺? 通用的 API 接口：C, C#和C++ (Microsoft Windows DLL)

交付內容：

? EtherNet /IP Scanner 源碼(源碼版)，包括源文件、DLLs 和Windows的運行組件；? Scanner(Client) 例程源碼 (Microsoft Visual C++, Visual C#, Visual Basic and .NET)? 用戶手冊? STC 文件示例 (用于ODVA EtherNet/IP 協(xié)議一致性測試軟件)

? EDS 文件示例

部分API列表：? ScannerStart? ScannerStop? RegisterObjectsForClientProcessin? RegisterRequestsForClientProcessing? OpenConnection? OpenConnectionByteEPATH? CloseConnection? ReconfigureConnection? ResetConnection? AddAssemblyInstance? RemoveAssemblyInstance? RemoveAllAssemblyInstances? AddAssemblyMember? ...

二、EtherNet/IP Adapter SDK，是用于開發(fā)EtherNet/IP適配器設備的軟件包。Pryramid公司提供的EtherNet/IP Adapter SDK 在兼容性和和交付內容上和Scanner SDK相同。Adapter提供的功能請可以參考如下功能列表：

部分API列表：? RegisterEventCallBack? LogEventCallbackType? RegisterMessageCallBack? LogMessageCallbackType? AdapterStartAdapterStop? GetNumConnections? GetConnectionInstances? GetConnectionState? GetConnectionRunIdleFlag? GetConnectionInternalCfg? GetConnectionStats? SendUnconnectedRequest? ReturnValue? GetUnconnectedResponse? GetClientRequest? StartRequestGroup? StopRequestGroup...? ...