Was ist das Common Industrial Protocol (CIP)?

In einem kürzlich erschienenen Beitrag haben wir die sieben Schichten des OSI-Protokolls (Open Systems Interconnection) erläutert, einschließlich der obersten oder Anwendungsschicht, die die Interaktion zwischen Programmen oder Anwendungen und dem Netzwerk verwaltet. Ein Beispiel für eine spezielle Anwendungsschicht ist das Common Industrial Protocol.

Das Common Industrial Protocol, auch CIP genannt, wurde von Rockwell entwickelt und wird heute von der Industriegruppe ODVA verwaltet. CIP wurde für industrielle Anwendungen entwickelt und bietet eine Methode zum Organisieren und Darstellen von Daten, zum Verwalten von Verbindungen und zum Erleichtern von Nachrichten in einem Netzwerk.

Das Common Industrial Protocol ermöglicht Benutzern die Integration von Automatisierungsanwendungen – einschließlich Steuerung, Sicherheit, Synchronisation und Bewegung — in alle Aspekte des Unternehmens. Es ist ein objektorientiertes Protokoll: geräte werden durch ein Objektmodell dargestellt, und netzwerkspezifische Objekte definieren, wie Parameter konfiguriert werden, während Kommunikationsobjekte die Mittel bereitstellen, um Kommunikation herzustellen und auf Daten und Dienste von Geräten über das Netzwerk zuzugreifen.

Jedes Objekt verfügt über Attribute (Daten), Dienste (Befehle), Verbindungen und Verhaltensweisen (Reaktionen auf Ereignisse), die in der CIP-Objektbibliothek definiert sind. Die Objektbibliothek unterstützt viele gängige Automatisierungsgeräte und -funktionen wie analoge und digitale E / A, Ventile, Bewegungssysteme, Sensoren und Aktoren. Wenn also dasselbe Objekt in zwei oder mehr Geräten implementiert ist, verhält es sich in jedem Gerät gleich. Eine Gruppierung von Objekten in einem Gerät wird als „Objektmodell“ des Geräts bezeichnet.“

Das Common Industrial Protocol definiert auch Gerätetypen, wobei jeder Gerätetyp ein Geräteprofil aufweist. Die Geräteprofile legen fest, welche CIP-Objekte implementiert werden müssen, welche Konfigurationsmöglichkeiten möglich sind und welche Formate der E/A-Daten vorliegen. Dies bedeutet, dass Geräte eines bestimmten Typs alle über eine gemeinsame Anwendungsschnittstelle verfügen. Objekte, die Routing-Mechanismen definieren, ermöglichen auch die nahtlose Übertragung von Nachrichten zwischen verschiedenen CIP-Netzwerken (z. B. EtherNet / IP und DeviceNet).

Ein weiteres wichtiges Merkmal von CIP ist, dass es zwei Arten von Kommunikation oder Nachrichten definiert: explizit und implizit. Explizite Nachrichten werden für „bedarfsgerechte“ Daten (Informationen) verwendet und über TCP (Transmission Control Protocol) übertragen. Implizite Nachrichten werden für Steuerdaten (Ein— und Ausgänge) verwendet — wobei hohe Geschwindigkeit und niedrige Latenz wichtig sind – und werden über UDP (User Datagram Protocol) übertragen. Das UDP-Protokoll ermöglicht das Senden von Nachrichten in kleineren Paketgrößen und ermöglicht die Verwendung des Producer-Consumer-Modells für diese kritischen, impliziten Nachrichten.

Beim Producer-Consumer—Modell wird eine Nachricht von einem Producer einmal an viele Consumer (Empfangsgeräte) gesendet – eine Methode, die als Multicasting bezeichnet wird. Dies steht im Gegensatz zum traditionellen Quell-Ziel-Modell, bei dem eine Nachricht vom Hersteller mehrmals übertragen werden muss, um jeden Verbraucher zu erreichen. Im Producer-Consumer-Modell entscheidet ein Consumer basierend auf einer im Datenpaket enthaltenen Kennung, ob er die Daten konsumieren soll. Dies ermöglicht dem Hersteller-Verbraucher-Modell eine effizientere Nutzung der Netzwerkbandbreite und eine höhere Gesamtgeschwindigkeit als dem Quell-Ziel-Modell.

Es gibt vier industrielle Netzwerke, die manchmal als „CIP-Netzwerke“ bezeichnet werden und CIP auf Sitzungs-, Präsentations- und Anwendungsebene enthalten. EtherNet/IP implementiert CIP über Standard-Ethernet. In ähnlicher Weise bildet CIP, das über ein CAN-Netzwerk angewendet wird, die Grundlage für DeviceNet. ControlNet verwendet CIP über eine CTDMA-Datenverbindungsschicht (Concurrent Time Division Multiple Access), und CompoNet implementiert CIP auf einer TDMA-Datenverbindungsschicht (Time Division Multiple Access).

Zusätzlich zu der oben genannten Familie von Netzwerken enthält CIP auch Erweiterungen, die seine Funktionalität verbessern: CIP Safety für die ausfallsichere Kommunikation in Implementierungen der funktionalen Sicherheit; CIP Sync für die Echtzeitsynchronisation zwischen Geräten; CIP Motion für mehrachsige, verteilte Bewegung mit deterministischer Echtzeitsteuerung; und CIP Energy zur Überwachung und Verwaltung des Energieverbrauchs zur Optimierung des Energieverbrauchs (OEU).