Beckhoff产品中的EthernetIP解决方案

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此为《Beckhoff产品中的EthernetIP解决方案》之篇姊妹篇。

1.    EthernetIP技术介绍

本节文字完全来自百度文库：

Ethernet/IP协议简介

日期：2010.05.25

仅抽取其关键信息，而对常识性的介绍不再引用。

1.1.       EthernetIP如何增强实时性

在传统Ethernet网络的(CSMA/C)基础上，EthernetIP采用了星形连接代替总线型连接。星形连接用网桥或路由器等设备将网络分割成多个网段(Segment)，在每个网段上以一个多口集线器为中心，将若干个设备或节点连接起来，这样挂接在同一网段上的所有设备形成一个冲突域(Collision)。每个冲突域均采用CSMA/CD机制来管理网络冲突。这种分段方法可以使每个冲突域的网络负荷减轻、碰撞几率减小。

1.2.       EthernetIP协议的通讯模型

EtherNet/IP(EtherNetIndustry Protoco1)和DeviceNet以及ControlNet一样，它们都是基于CIP(Control and Informal/on Protoco1)协议的网络。它是一种是面向对象的协议，可传输实时I/0信息和组态参数设置、诊断等。

EtherNet/IP采用标准的EtherNet和TCP/IP技术来传送CIP通信包，CIP协议通用且开放，加上EtherNet和TCP/IP协议，就构成EtherNet/IP协议的体系结构。协议的各层结构下图所示：



图2 应用CIP的EtherNet/IP

EtherNet/IP在物理层和数据链路层采用以太网，其主要由以太网控制器芯片来实现。

EtherNet/IP在网络层和传输层采用标准的TCP/IP技术。实时I/0数据，采用UDP/IP传送，优先级较高，而组态、参数设置和诊断等信息则采用TCP/IP来传送，其优先级较低。

1.3.            控制及信息协议(ClP)

控制及信息协议(CIP)是一种为工业应用开发的应用层协议，被DeviceNet、ControlNet、EtherNet/IP等3种网络所采用，因此这3种网络相应地统称为CIP网络。EtherNet/IP 其特色就是被称作控制和信息协议的CIP 部分。CIP 一方面提供实时I/O 通信，一方面实现信息的对等传输。其控制部分通过隐形报文来实现实时I/O 通信，信息部分则通过显性报文来实现非实时的信息交换。CIP 协议的一个重要的特性，是其介质无关性。即CIP 作为应用层协议的实施与底层介质无关。

了解CIP必须掌握的3个概念：

1.3.1.   报文

CIP协议最重要的特点是可以传输多种类型的数据。CIP根据所传输的数据对传输服务质量要求的不同，把报文分显式报文和隐式报文。显式报文用于传输对时间没有苛求的数据，比如程序的上载下载、系统维护、故障诊断、设备配置等。由于这种报文包含解读该报文所需要。

隐式报文用于传输对时间有苛求的数据，如I/O、实时互锁等。由于这种报文不包含解读该报文所需要的信息，其含义是在网络配置时就确定的，所以称为隐式报文。由于隐式报文通常用于传输I/O数据，隐式报文又称为I/O报文或隐式I/O报文。

在网络底层协议的支持下，CIP用不同的方式传输不同类型的报文，以满足它们对传输服务质量的不同要求。DeviceNet给予不同类型的报文不同的优先级，隐式报文使用优先级高的报头，显式报文使用优先级低的报头。ControlNet在预定时问段发送隐式报文，在非预定时问段发送显式报文。而Ethemet/IP用TCP来发送显式报文，用UDP来发送隐式报文。

1.3.2.   面向连接

CIP还有一个重要特点是面向连接，即在通信开始之前必须建立起连接，获取惟一的连接标识符(connectionID)。如果连接涉及到双向的数据传输，就需要两个CID。CID的定义及格式是与具体网络有关的，比如，DeviceNet的CID定义是基于CAN标识符的。通过获取CID，连接报文就不必包含与连接有关的所有信息，只需要包含CID即可，从而提高了通信效率。不过，建立连接需要用到未连接报文。未连接报文需要包括完整的目的地节点地址、内部数据描述符等信息，如果需要应答，还要给出完整的源节点地址。

对应于两种CIP报文传输，CIP连接也有两种，即显式连接和隐式连接。建立连接需要用到未连接报文管理器(unconnectedMessage Manager—UCMM)，它是CIP设备中专门用于处理未连接报文的一个部件。如果节点A试图与节点B建立显式连接，它就以广播的方式发出一个要求建立显式连接的未连接请求报文，网络上所有的节点都接收到该请求，并判断是否发给自己的，节点B发现是发给自己的，其UCMM就做出反应，也以广播的方式发出一个包含CID的未连接响应报文，节点A接收到后，得知CID，显式连接就建立了。隐式连接的建立更为复杂，它是在网络配置时建立的，在这一过程中，需要用到多种显式报文传输服务。CIP把连接分为多个层次，从上往下依次是应用连接、传输连接和网络连接。一个传输连接是在一个或两个网络连接的基础上建立的，而一个应用连接是在一个或两个传输连接的基础上建立的。

CIP 报文的通信分为无连接的通信和基于连接的通信。无连接的报文通信是CIP 定义的最基本的通信方式。设备的无连接通信资源由无连接报文管理器UCMM 管理。无连接通信不需要任何设置或任何机制保持连接激活状态; 基于连接的报文通信是CIP 网路传递报文的另一种方式,可用来传递I/O数据和显式报文。这种通信方式支持生产者/消费者模式的多点传输关系, 一次向多个目的节点进行高效的数据传输。

1.3.3.   生产者/消费者模型

在EtherNeL/IP所采用生产者/消费者通信模式下，数据之间的关联不是由具体的源、目的地址联系起来，而是以生产者和消费者的形式提供，允许网络上所有节点同时从一个数据源存取同一数据。在生产/消费模式中，数据被分配一个唯一的标识，每一个数据源一次性的将数据发送到网络上，其他节点选择性的读取这些数据。

2.    Beckhoff的EthernetIP通讯组件

由于倍福公司会持续推出新产品，最新的完整版EthernetIP通讯组件列表见官网链接：

https://www.beckhoff.com/english/fieldbus_components/system_ethernet_ip.htm?id=91444869144491

2.1.       倍福产品做EthernetIP主站（EthernetIP Scanner）

A：TwinCAT软件功能包+控制器集成网卡或扩展网卡	B：EthernetIP网关模块
订货号： 适用于TC2下没有EIP主站的Supplement TF6281-00xx：适用于TC3，只分CPU等级，不分OS	订货号： EL6652-0000：不区分TwinCAT版本，不区分操作系统，不区分CPU性能等级
Processdata：无限制	Processdata：Input<1KB, Output<1KB
从站数量：<128	从站数量：<16个
硬件接口： 控制器集成的Intel 网卡或者 CX控制器上的CCAT网卡没有EIP主站选件 扩展的Intel网卡FC90xx CU2508	硬件接口：模块EL6652-0000

注意：

EL6652-0000必须是在倍福控制器的EtherCAT网络中才能工作。

挂在第三方控制器下面的倍福耦合器上的EL6652不能作为EthernetIP网关。

EthernetIP可以和其它协议共存，但是考虑到EthernetIP通讯繁忙时可能对其它通讯造成影响，所以尽量使用专门的网卡。

使用控制器的网口加TC3软件Funtion的方式和使用EL6652模块，性能对比如下：

TF6281	4022.0
Remote Nodes (Boxes) [Producer Object counts 1]	128
Client Connections	128
Server Connections	128
CIP Connections	256
Produced Tag	12
Consumed tag for each EtherNet/IP device	12

Technical data	EL6652
Description	Master (Scanner)
Number of possible slave devices	16 slaves
Number of ports/channels	2 (switched)
Ethernet interface	100 MB Ethernet with 2 x RJ45
Data width	max. 1 kByte input and 1 kByte output data

2.2.       倍福产品做EthernetIP从站

2.2.1.   整个倍福控制系统做为第三方控制器的EthernetIP从站

可以通过TwinCAT软件包或者EtherCAT网关模块，实现EthernetIP从站。

A：TwinCAT软件功能包+控制器集成网卡或扩展网卡	B：EthernetIP网关模块
订货号： TS6280：适用于TC2，Windows标准版或嵌入版 TS6280-0030：适用于TC2，Windows CE TF6280-00xx：适用于TC3，只分CPU等级，不分OS	订货号： EL6652-0010：不区分TwinCAT版本，不区分操作系统，不区分CPU性能等级
Processdata：无限制	Processdata：1kB
硬件接口： 控制器集成的Intel 网卡或者 CX控制器上的CCAT网卡CXxxxx-B950和CX8095 扩展的Intel网卡FC90xx，FC9x51 CU2508	硬件接口：模块EL6652-0010

注意：

EL6652-0010必须是在倍福控制器的EtherCAT网络中才能工作。

挂在第三方控制器下面的倍福耦合器上的EL6652-0010不能作为EthernetIP网关。

EthernetIP可以和其它协议共存，因此CX10x0及CX90x0等内置交换机的网口也可以用于EthernetIP从站。但是考虑到EthernetIP通讯繁忙时可能对其它通讯造成影响，所以尽量使用专门的网卡。

2.2.2.   倍福耦合器作为第三方控制器的EthernetIP从站

包括IP20的Profnet IO耦合器：

K-Bus产品：BK9105，BK9055，

EtherCAT产品：EK9500（预计2018第3季度供货）

IP67的EthernetIP IO耦合器：

K-Bus产品：IL230x-B905，

EtherCAT产品：EP9000（？？官网型号为EP9000）

2.2.3.   倍福产品的EthernetIP从站方案概览图



3. Beckhoff的EthernetIP主站配置步骤

3.1. 找到EthernetIP主站

3.1.1. EL6652-0000作为主站

3.1.2.  Intel网卡作为主站

3.1.3. CU2508作为主站

3.2. EthernetIP 主站的设置

3.2.1. 从Device的EthernetIP页面查看软件版本

3.2.2. 同步任务设置

3.2.3. EIP主站设置

3.2.4. 扫描ETHERNETIP 网络

3.3. 添加和配置EthernetIP从站

3.3.1. 添加EIP从站

3.3.2. 确定从站的IP地址

3.3.3. 设置从站的IO Connection连接信息

3.3.4. 设置从站的IO变量

3.4. 注意事项

3.5. 现场测试

3.5.1. EL6652连接TRIO控制器

3.5.2. EL6652连接Rexroth的阀

3.5.3. TC3+TF6781连接BK9105

3.5.4. TC3+TF6781连接TRIO

4. TwinCAT作为EthernetIP从站的配置步骤

4.1. 在TwinCAT开发环境中找到EthernetIP从站

4.1.1. EL6652-0010

4.1.2. Intel网卡和TF6280

4.1.3. CXxxxx-B950作为从站

4.1.4. CU2508作为从站

4.2. 在TwinCAT开发环境中配置EthernetIP从站

4.2.1. 设置同步任务

4.2.2. 配置EthernetIP从站

4.2.3. 配置IO Connection

4.2.4. 配置IO Connection的数据

4.3. 在第三方的EthernetIP主站开发环境中配置从站

4.3.1. TC2+TS6280与Rockwell的1769控制器做EIP通讯

4.3.2. TC2+TS6280与OMRON的NJ控制器做EIP通讯

5. 耦合器作为EthernetIP从站配置步骤

5.1. BK9105与AB的PLC通讯

5.2. EK9500（未供货）

6.  FAQ

6.1. 关于EDS文件

对于EIP通讯，EDS文件不是必须的。EDS的作用之一，是给工程师阅读以找到该从站的Connection ID。通常同一个厂家的CIP从站设备，都会使用同一套的Connection ID。这里所说的CIP从站设备，就包括了Devicenet、ControlNet和EthernetIP，所以某些Devicenet的测试经验也可以用于EIP通讯测试。
6.2. 从站的IP和主站的IP

EIP设备在网络上通过IP地址被识别。对于网卡类的从站，IP地址很容易理解。对于EL6652-0010，它的IP就是专门设置来让主站搜索到它的。因为它本身是靠EtherCAT地址在本系统中定位的。通常默认设置的网卡IP就会作为EIP的网络识别IP，但是有时候用户换了控制器或者换了网口，却不记得更新EIP网络的IP设置。
6.3. 与第三方设备通讯的调试

EIP通讯常常是与第三方设备通讯，如果是倍福产品做从站，测试时切记与第三方设备的厂家工程师一起测试，或者用户确信自己对该设备的EIP主站通讯操作熟练。因为第三方厂家的软件也在不断升级，倍福提供的第三方主站配置界面难免跟最新版本对不上。

如果倍福产品做主站，则务必要到从站厂家提供的EDS文件，最好能找到从站厂家提供的通讯手册或者测试文档。
6.4. 最常见的错误

因为IP是扫描出来的，所以不容易出错。如果出错，通常重新扫描都可以配上。

最容易出错的是通讯双方的IO数据大小对不上，所以如果有可能，有效通讯数据从0字节或者2字节开始。

正文仍然放在

www.baclizzy.com.cn/20180526 Beckhof的EthernetIP解决方案全解/

Beckhoff系列产品中的EthernetIP解决方案.pdf

附《配套文档》，包括各种通讯组合的TwinCAT配置文件

直接链接：

http://www.baclizzy.com.cn/20180526%20Beckhoff%E7%9A%84EthernetIP%E8%A7%A3%E5%86%B3%E6%96%B9%E6%A1%88%E5%85%A8%E8%A7%A3/

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