Common Industrial Protocol（CIP）とは何ですか？

最近の記事では、プログラムやアプリケーションとネットワークとの相互作用を管理するトップ層、つまりアプリケーション層を含むOSI(Open Systems Interconnection)プロトコルの七つの層について説明しました。 特殊なアプリケーション層の一例は、一般的な産業用プロトコルです。

Cipとも呼ばれ、Common Industrial ProtocolはRockwellによって開発され、現在は業界団体ODVAによって管理されています。 産業用アプリケーション向けに開発されたCIPは、データの整理と表現、接続の管理、ネットワーク上のメッセージングの促進のための方法を提供します。

一般的な産業用プロトコルにより、ユーザーは制御、安全、同期、モーションなどのオートメーションアプリケーションをビジネスのあらゆる側面にわたって統合できます。 これはオブジェクト指向プロトコルです: デバイスはオブジェクトモデルで表され、ネットワーク固有のオブジェクトはパラメータの構成方法を定義し、通信オブジェクトは通信を確立し、ネットワー

すべてのオブジェクトには、CIPオブジェクトライブラリで定義されている属性(データ)、サービス(コマンド)、接続、および動作(イベントへの反応)があります。 オブジェクトライブラリは、アナログおよびデジタルI/O、バルブ、モーションシステム、センサー、アクチュエータなど、多くの一般的な自動化デバイスと機能をサポートしています。 したがって、同じオブジェクトが複数のデバイスに実装されている場合、各デバイスで同じように動作します。 デバイス内のオブジェクトのグループ化は、デバイスの「オブジェクトモデル」と呼ばれます。”

共通産業プロトコルは、デバイスタイプも定義しており、各デバイスタイプはデバイスプロファイルを持ちます。 デバイスプロファイルでは、実装する必要があるCIPオブジェクト、可能な構成オプション、およびI/Oデータの形式が指定されます。 これは、特定のタイプのデバイスがすべて共通のアプリケーションインターフェイスを持つことを意味します。 ルーティングメカニズムを定義するオブジェクトは、異なるCIPネットワーク(EtherNet/IPやDeviceNetなど)間でメッセージをシームレスに渡すこともできます。

CIPのもう一つの重要な特徴は、明示的および暗黙的な二つのタイプの通信、またはメッセージを定義することです。 明示的なメッセージは、”必要に応じて”データ（情報）に使用され、TCP（transmission control protocol）を介して送信されます。 暗黙的なメッセージは、高速で低レイテンシが重要な制御データ（入力と出力）に使用され、UDP（user datagram protocol）を介して送信されます。 UDPプロトコルは、メッセージをより小さなパケットサイズで送信することを可能にし、これらの重要な暗黙のメッセージにプロデューサ-コンシューマ-モデルを使用することを可能にする。

producer-consumerモデルでは、メッセージは一人のproducerによって一度に多くのconsumer(receiving device)に送信されます。 これは、各コンシューマに到達するためにプロデューサーがメッセージを複数回送信する必要がある従来の送信元-宛先モデルとは対照的です。 生産者-消費者モデルでは、消費者は、データパケットに含まれる識別子に基づいてデータを消費するかどうかを決定します。 これにより、生産者-消費者モデルは、送信元-宛先モデルよりもネットワーク帯域幅をより効率的に使用し、全体的な速度を向上させることができます。

セッション、プレゼンテーション、およびアプリケーション層にCIPを組み込んだ”CIPネットワーク”と呼ばれることもあります。 EtherNet/IPは、標準イーサネット上のCIPを実装します。 同様に、CANネットワーク上で適用されるCIPは、DeviceNetの基礎を形成します。 ControlNetはCTDMA（concurrent time division multiple access）データリンク層上でCIPを使用し、CompoNetはTDMA（time division multiple access）データリンク層上でCIPを実装します。

上記のネットワークファミリーに加えて、CIPには、機能安全実装におけるフェイルセーフ通信のためのCIP Safety、デバイス間のリアルタイム同期のためのCIP Sync、決定論的なリアルタイム制御を備えた多軸分散モーションのCIP Motion、エネルギー使用量の最適化（OEU）を確実にするためのエネルギー消費の監視と管理のためのCIP Energyなどの機能を強化する拡張機能も含まれている。