以太网络技术在工业控制领域的探索与发展——EtherNET/IP

工业以太网控制系统是集散控制系统(DCS)和现场总线控制系统(FCS)之后产生的一种新型的工业控制系统。由于以太网技术具有成本低、通信速率和带宽高、兼容性好、软硬件资源丰富、广泛的技术支持基础和强大的持续发展潜力等诸多优点，在过程控制领域的管理层已被广泛应用。事实证明，通过一些实时通信增强措施及工业应用高可靠性网络的设计和实施，以大网可以满足工业现场环境要求，并可直接向下延伸应用于工业现场设备间的通信。其中EtherNet/IP协议就在此列。

 

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EtherNET/IP是什么

EtherNet/IP协议从90年代后期开始开发并由国际组织ODVA于 2001年发布并管理。EtherNet/IP使用标准以太网的物理和数据链路层，协议通过TCP/IP数据包传输，是最成熟和最完整的工业以太网解决方案之一，在工业制造业中得到广泛使用。

 

EtherNET/IP是CIP（Commen Idustrial protocal）协议组中的一员。CIP定义了应用层的对象结构，且独立于物理层传输介质，提供了开放网络和开放系统所必需的互操作性和互换性。CIP用户在其统一的通信架构之下，可根据需求选择最适合的网络，DeviceNET是CIP使用CAN网络传输的实现，通过以太网传输的 CIP 协议即为 EtherNet/IP.

 

CIP是严格遵守面向对象方式的上层协议，每个CIP对象具有属性（数据）、服务（命令）、连接、和行为（属性和服务间的关系）。

 

CIP包括一个广泛的对象库（Object Library）来支持通用网络服务如文件传输，和自动化行业常用的模拟和数字IO的输入输出，HMI、运动控制等。为保证互操作性，同一对象在不同设备中实现的行为完全相同。一个设备包括的一组对象即为本设备的对象模型（Object Model）。

 

CIP将标准的对象组定义为Device Profiles。Device Profile指定配置选项和I/O数据格式，属于同一Device Profile的设备将响应所有相同的命令，并拥有相同的网络行为，以此保证网络中不同品牌设备间的互操作性。

 

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EtherNET/IP 协议架构

● 通常使用TCP传输的显示消息（explicit messages）和使用UDP传输隐式消息（implicit messages）。基于TCP面向连接的传输特性，显示消息通常是低实时性数据，但要求高准确性，例如配置设备信息，上传或下载程序等。而UDP则无需建立连接，可单点对多点的进行传输，也就是说UDP比TCP更加高效，因此常被用于如实时数据、运动控制数据等隐式消息的传输。

 

● EtherNet/IP在全球制造业中被广泛采用。通常，制造业厂商直接采购商用EtherNet/IP SDK，而美国Pryramid公司作为最知名的EtherNet/IP SDK提供商在行业内享有盛誉。美国Pryramid 公司成立于1990年，总部位于密歇根州。Pryramid公司的EtherNet/IP SDK是经过市场和产品验证的商用协议栈产品，保证协议的稳定和可靠性。

 

● 如所有通信协议的形式，EtherNet/IP SDK同样分为Adapter和Scanner两端。协议栈SDK可以软件源代码的形式提供给客户，为使用多个不同软硬件平台的客户提供自主移植的便利条件。同时，客户也可以选择编译好的DLL形式的SDK。

 

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EtherNet/IP SDK介绍

 

一、EtherNet/IP Scanner SDK，是用于开发EtherNet/IP扫描器设备的软件包。Pryramid公司提供的EtherNet/IP Scanner SDK 已经通过ODVA CT18一致性测试，客户购买的Scanner SDK包括如下内容：

 

平台兼容性和可移植性：

• 提供 Win XP，Vista和 Win 7，8，10 (32 and 64 bit)的例程；• 提供以下操作系统的模板：• Fido，Linux，Netburner，VxWorks，WinCE，Windows• 例程中的程序块与平台隔离，方便移植到其它平台• 通用的 API 接口：C, C#和C++ (Microsoft Windows DLL)

 

交付内容：

• EtherNet /IP Scanner 源码(源码版)，包括源文件、DLLs 和Windows的运行组件；• Scanner(Client) 例程源码 (Microsoft Visual C++, Visual C#, Visual Basic and .NET)• 用户手册• STC 文件示例 (用于ODVA EtherNet/IP 协议一致性测试软件)

• 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，是用于开发EtherNet/IP适配器设备的软件包。Pryramid公司提供的EtherNet/IP Adapter SDK 在兼容性和和交付内容上和Scanner SDK相同。Adapter提供的功能请可以参考如下功能列表：

 

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