06 - profibus fms

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PROFIBUS

Tecnologías de ControlTema 6

FMS (Fieldbus Message Specification)

PROFIBUS (PROcess FIeld BUS)

NIVEL DE APLICACIÓN

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Introducción

• TEMA: Profibus - FMS• Ubicación en la estructura jerárquica • Características de FMS• Dispositivo de Campo Virtual (VFD)• Relación de aplicación• Diccionario de Objetos (OD)• Objetos de comunicación• Servicios FMS• Ejecución de Servicio Confirmado• Ejecución de Servicio no Confirmado• Relaciones de comunicación• Servicios FMA7

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Ubicación en la estructura jerárquica

CNCPC/VME

VME/PC PLC DCS

AreaController

Ethernet/TCP/IP TCP/IP/Ethernet

PROFIBUS-FMS

PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA

Factory level

Bus CycleTime

< 1000 ms

Cell Level

Bus CycleTime

< 100 ms

Field Level

Bus Cycle-Time

< 10 ms

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Características de FMS (I)Arquitectura Profibus - FMS

FMA 7Fieldbus

Management

FMA1/2Fieldbus

Management

PROCESO DE APLICACION

DIN 19245Parte 2

EN 50 170

DIN 19245Parte 1

EN 50 170

Nivel 7. AplicaciónFieldbus Message Specification (FMS)

Lower Layer Interface (LLI)

Nivel 2. Enlace de datosFieldbus Data Link (FDL)

Nivel Físico

Nivel 6. PresentaciónNivel 5. SesiónNivel 4. SesiónNivel 3. Red

Application Layer Interface (ALI)

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Características de FMS (II)Arquitectura Profibus -FMS

• Interfaz de nivel de aplicación (ALI).- Relaciona el interfaz del proceso industrial concreto con el interfaz del nivel de aplicación estandarizado en Profibus.

- Relaciona objetos del proceso industrial con objetos de comunicación queson los conocidos por Profibus

• Especificación de mensajes de Fieldbus (FMS).- Implementa el protocolo entre los dispositivos- Genera y codifica las unidades de datos del protocolo (PDU)- Decodifica e interpreta la información en recepción

• Interfaz de bajo nivel (LLI).- Relaciona los servicios del nivel 7 aplicación con los servicios de nivel 2enlace de datos

• Gestión de red (FMA).- A través de este parte el usuario accede a las funciones de gestión de red

El nivel de aplicación puede dividirse en:

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Características de FMS (III)FMS: Fieldbus Message Specification

• FMS es una normalización de la capa de aplicación diseñada paraproporcionar servicios de mensajería entre y con dispositivosprogramables en entornos CIM.

• Define un conjunto de objetos FMS que pueden existir dentro de un dispositivo.

• Define un conjunto de servicios de mensajería para acceder ymanipular estos objetos.

• Define el comportamiento del dispositivo (de los objetos) frente adicho conjunto de servicios de mensajería.

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Características de FMS (IV)

• FMS está optimizado para comunicación de propósito general. Estáorientado a la comunicación de objetos entre dispositivos inteligentes a nivel de célula

• FMS es un subconjunto de las funciones MMS (ManufacturingMessage Specification, ISO 9506) definidas en MAP

• Comunicaciones orientadas a la conexión pueden ser permanentes o temporales

• Las principales áreas de aplicación son:

• Transmisión de gran cantidad de datos p.e. programas, bloques de datos....

• Integración varias partes del proceso descentralizadas en un proceso común

• Comunicación entre estaciones inteligentes

FMS: Fieldbus Message Specification

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Características de FMS (V)FMS: Fieldbus Message Specification

- FMS es un protocolo del nivel de aplicación que ofrece servicios para la comunicación con dispositivos industriales (PLCs, CNs, etc).

- FMS ofrece servicios de lectura o escritura de variables, carga y descargade programas y datos, etc

- FMS es un estándar internacional que define:. un conjunto de objetos, que representan recursos del dispositivo. un conjunto de servicios, que pueden ser usados para manipular los objetosdesde otro dispositivo remoto.

. un conjunto de mensajes, PDUs (Protocol Data Units), que transmiten laspeticiones y respuestas asociadas a los servicios.

. un conjunto de autómatas, indicando el servicio que puede ser llamado ycual es el estado del dispositivo.

- En la definición de FMS subyace una metodología de modelización basadaen objetos abstractos, representados por estructuras de datos, y una relaciónde servicios que se refieren a los objetos individuales o a grupos de objetos.

- Los sistemas reales se mapean en los objetos y en los servicios que el modeloofrece. Los objetos se caracterizan mediante atributos.

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Dispositivo de Campo Virtual, VFD (I)

• Es el objeto más significativo del FMS. Es un modelo querepresenta de manera abstracta el comportamiento de las máquinasreales, en sus características comunes, por lo que se refiere a suoperación externa visible desde el sistema de comunicaciones.

• La finalidad de este objeto es que todos los servicios se realicensobre este dispositivo virtual, y por lo tanto, obtener así unaindependencia de las máquinas reales específicas a las que estos servicios se refieren.

• La implementación específica de las transformaciones entre lasdirectivas sobre la VFD y las máquinas reales deberán organizarsede manera individualizada para cada máquina real conectada alsistema de conexiones Profibus - FMS.

VFD: Virtual Field Device

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Dispositivo de Campo Virtual, VFD (II)

Bus de campo

Serviciosdel VFD

Servicios de Programas Invocables

Servicios deDominios

Servicios devariables

Dispositivoreal

Dispositivo virtual

ProgramasDatos de programa

Area de datos

PLC

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Dispositivo de Campo Virtual, VFD (III)

Dispositivo de Campo Real

Dispositivo de Campo Virtual (VFD)Presión

Diccionario de Objetos (OD)Nivel Temperatura

Data Type DictionaryIndex Object Code Meaning

1 Data Type Integer 82 Data Type Integer 166 Data Type Floating Point

Static Object DictionaryIndex Object Data Internal Symbol

code type Address20 VAR 1 4711H Presion21 VAR 6 5000H Temp.

Disp. Campo 2

Disp. Campo1

VFD

VFD

Conexiónlógica

Conexiónlógica

ElVFD

es la partevisible del

Dispositivo Realpara la Comunicación

Consigna

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Relación de aplicaciónEsquema del Modelo Cliente- Servidor

PeticiónTransmisión PDU de

petición

APLICACION

PDU derespuestaRecepción

CLIENTE

Recepción

Transmisión

dominio

dominio

variable

variable

VMDSERVIDOR

Respuesta

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Diccionario de Objetos (OD)• Header

• Contiene información sobre la Estructura del OD

• Static List of Types• Contiene la Lista de Tipos de Datos y Estructuras de

datos soportados • Static Object Dictionary

• Contiene la Lista de Objetos de Comunicación Estáticos

• Dynamic List of Variable Lists• Contiene la Lista actual de las Lista de Variables conocidas

• Dynamic List of Program Invocations• Contiene la Lista de los Programas conocidos

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Objetos de comunicación (I)

• Objetos de la comunicación Estáticos• Variable simple: Unidad indivisible• Vector: Conjunto de variables simples del mismo tipo• Registro: Conjunto de variables simples, no necesariamente

del mismo tipo• Dominio: Área de memoria conectada lógicamente. Tipo de

dato siempre octeto.• Evento: Contiene un mensaje importante

• Objetos de la comunicación Dinámicos• Invocación de programa: Se combinan dominios en una unidad

que contiene un programa ejecutable.• Lista de Variables: Lista de las descripciones de objetos variables

Se puede hacer la siguiente clasificación de los objetos:

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Objetos de comunicación (II)

• Direccionamiento Lógico• Vía una dirección especial corta denominada en Profibus

“índices” que son listados en los Diccionarios de Objetos

Acceso a los objetos: Profibus reconoce cuatro tipos de direccionamiento,aunque su uso está restringido según el objeto y el tipo de servicio

• Direccionamiento Físico• Sólo utilizado en caso excepcionales

• Direccionamiento Implícito• Es un referencia de comunicación utilizada para direccionar VFD

y procesos de aplicación

• Direccionamiento con Nombres• Un objeto de comunicación puede ser direccionado por un

Nombre en vez de su dirección lógica

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Objetos de comunicación (III)• Los objetos de comunicación y su significado o estructura debe de darse a conoceral sistema de comunicación antes de que pueda producirse la comunicación.

• Esto se realiza con el OD

• La descripción del objeto se hace en la estación donde está realmente (Fuente OD)

• Las otras estaciones tienen una copiade las descripciones del objeto(Remoto OD)

• Cada estación tiene una “Fuente OD”para los objetos de comunicación localy uno o más “Remotos OD”

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Servicios FMS (I)

Manejo del contextoInitiate AbortReject

Manejo de ODGet ODInitiate Put ODPut ODTerminate Put OD

Soporte del VFDStatusUnsolicitedStatusIdentify

Acceso a VariablesRead ReadWithTypeWrite WriteWithTypePhysicalReadPhysicalWriteInformationReportInformationReportWithTypeDefineVariableListDeleteVariableList

Manejo de Programas InvocablesCreateProgramInvocationDeleteProgramInvocation

Start, Stop, Resume, Reset, Kill

• Los servicios FMS se han diseñado especialmente para los dispositivos defabricación, para su monitorización y control.

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Servicios FMS (II)

Manejo de eventosEventNotificationEventNotification With TypeAcknowledgeEventNotificatonAlterEventConditionMonitoring

Manejo del DominiosInitiateDownloadSequenceDownloadSegmentTerminateDownloadSequenceInitiateUploadSequenceUploadSegmentTerminateUploadSequenceRequestDomainDownloadRequestDomainUpload

Sólo los Servicios subrayadosdeben ser soportados por todos los dispositivos PROFIBUS

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Ejecución de un servicio confirmado

1. Request:Read.req, index = 20

4. Confirmation:Read.con, with Data

Layer 7 (FMS+LLI)Layers 1/2 (FDL+PHY)

Service Requester (Client)Application

3. Response:Read.res with Data

2.Indication:Read.ind (Index 20)


Service Responder (Server)Application

BUS

Object DictionaryIndex Typ Addr. Name20 Var 4711 Temp.21 Var 5000 Press.

Suministradordel servicio Servicio de

indicación

Servicio derespuesta

Servicio deconfirmación

Servicio depetición

CLIENTE SERVIDOR

20

Ejecución de un servicio no confirmado

1. Request:Information Report.req (Daten)


Service Requester (Server)

Application

2.Indication:Information Report.ind (Daten)


Service Responder (Client)

Application

BUS

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Relaciones de comunicación

Interfaz de bajo nivel (LLI):• En este subnivel los servicios de nivel 7 se relacionan con los servicios del nivel• 2 (FDL). Se realiza el control de flujo y la monitorización de la conexión

Relaciones de Comunicación:• Los usuarios comunican dos procesos a través de canales lógicos denominados“Relaciones de Comunicación”.

• Los datos de las relaciones de comunicación de una estación se gestionan en una“Lista de Relaciones de Comunicación” (CRL).

• Las lista tiene forma de tabla• Cada línea tiene los parámetros de una “Referencia de Comunicación” (CREF) la cual denota una relación específica entre dos procesos de aplicación constituidapor direcciones, puntos de acceso al servicio (SAPs), servicios FMS soportados, ..

• Pueden ser “Orientadas a la Conexión” o “Sin conexión”.• Una estación puede tener hasta 63 relaciones de comunicación

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Relaciones de comunicación

Relaciones de Comunicación

orientado a conexión sin conexión

Maestro - Maestro Maestro - Esclavo

a cíclicas cíclicas cíclicas a cíclicas

Broadcast Multicast

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Servicios FMA7 (I)

Gestión de red a nivel de aplicación (FMA 7):• La gestión de red se encuentra ubicada en la capa FMA 7.• Esta capa tiene interfaz con la capa de aplicación, con FMS, LLI y FMA ½• Se pueden clasificar:

• Por su localización: Locales o Remotos• Por su tipo: Servicios de gestión de errores, de configuración o de contexto

• Gestión de Contexto:Inicialización y liberación deconexiones de gestión

Manejo del contextoFMA7-InitiateFMA7-Abort (sólo del remoto)

• Gestión de Errores:Evaluación y diagnóstico de erroresen el bus o las estaciones

Manejo de fallosResetEvent (sólo en local)

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Servicios FMA7 (II)

Manejo de la configuraciónInitiate Load CRLLoad CRL Read CRLTerminate Load CRL

Set ValueRead ValueIdent (en local y remoto)

Get Live ListLSAP Status (sólo local)

• Gestión de configuración:Todos los parámetros que relacionan una estación con el resto de las estacionesdel bus.

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Servicios FMA7 (III)• Servicios de gestión locales:

- Permiten al usuario manipular los objetos de gestión locales a la estación.- No provocan actividad en el bus - Se pueden clasificar en :

- Carga, lectura y escritura de la lista CRL de la máquina- Lectura y escritura de las variables de gestión (contadores estadísticos)- Lectura de la identificación del dispositivo local- Lectura de los estados de los LSAPs- Reinicialización de la capa FMA 7- Notificación de eventos FMA 7 al usuario

• Servicios de gestión remotos:- Permiten al usuario manipular los objetos de gestión pertenecientes a otros

dispositivos- Se realizan mediante una comunicación orientada a la conexión específica - Se pueden indicar los siguientes servicios:

- Inicialización y terminación de FMA 7- Lectura y escritura de entradas en la CRL remota- Lectura y escritura de variables de la capa FDL- Lectura del estado de los SAPs del dispositivo

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Edit VFD Variables Editor. Edición de las variables del VFD

INDEX: Dirección lógica del objeto

TIPO: Tipos de datos y cantidad

ACC: Información sobre el tipo de acceso permitido

PASSW: Contraseña como mecanismo de protección

S5 ADDRESS: Dirección del PLC a la que está unida el INDEX

ANZW: Palabra de estado

SSNR:Número de pagina de la CP, forma la interfase entre la CPU y la CP

Aplicación en Simatic S5

Edición de variables del VFD servidor

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Creación del buffer de un servicio de “lectura” cliente

S5 DEST ADD: Dirección donde va a guardar lo leído

VAR ID: A donde va a leer

VAR TYPE: Que tipo de dato va a leer

NUMBER: Numero de elementos en el array

Nota: El index esta definido en el servidor


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• Programación en Step 5 cliente

DB101

0: KF = +00016;1: C ='V-RE';3: KF = +00100;4: KH = 0000;5: C ='DB';6: KY = 000,100;7: KF = +00001;8: C ='AR';9: KF = +00002;

10: C ='IN';11: KF = +00016;12: C ='VF';13: KH = 0202;14: KY = 000,100;15: KH = 0000;16: KF = +00016;

17: C ='V-WR';19: KF = +00100;20: KH = 0000;21: C ='DB';22: KY = 000,100;23: KF = +00003;24: C ='IN';25: KF = +00016;26: C =' ';27: KH = 0000;28: C ='VF';29: KH = 0202;30: KF = +00101;31: KH = 0000;32: KF = +00009;

42: C ='M-ID';44: KF = +00100;45: KH = 0000;46: C ='DB';47: KY = 000,111;48: KF = +00001;49: KF = -00001;50: KH = FFFF;51: C='STF_EDIT';

33: C ='M-ST';35: KF = +00100;36: KH = 0000;37: C ='DB';38: KY = 000,110;39: KF = +00001;40: KF = -00001;41: KF = +00009;


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Programación Step 5. Sincronización de la CP 5431 cliente

OB 21:SPA FB 249

Nomb. :SYNCHRONSSNR : KY 0,0BLGR : KY 0,0PAFE : MB 254

::U M 254.0:= A 7.7::SPA FB 249


::BE

OB 22

:SPA FB 249Nomb. :SYNCHRONSSNR : KY 0,0BLGR : KY 0,0PAFE : MB 254

::U M 254.0:= A 7.7::SPA FB 249


::BE


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Programación en Step 5. cliente

OB 1:SPA FB 230

Nomb. :ALL-S&R0::SPA FB 200

Nomb. :V-READANST :E 0.0

: :UN M 101.1 :BEB : :SPA FB 10

Nomb. :SUMAR: :BE

FB 230Nomb. :ALL-S&R0

:O M 0.0:ON M 0.0:SPA FB 244

Nomb. :SENDSSNR :KY 0,8A-NR :KY 0,0ANZW :MW 60QTYP :KC NNDBNR :KY 0,0QANF :KF +0QLAE :KF +0PAFE :MB 66

:O M 0.0:ON M 0.0::SPA FB 245

Nomb. :RECEIVESSNR :KY 0,8A-NR :KY 0,0ANZW :MW 70ZTYP :KC NNDBNR :KY 0,0ZANF :KF +0ZLAE :KF +0PAFE :MB 76

:BE


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Programación en Step 5 clienteFB 200Nomb.:V-READDes. :ANST E/A/D/B/T/Z: E BI/BY/W/D: BI

:SPA FB 247Nomb. :CONTROLSSNR :KY 0,8A-NR :KY 0,1ANZW :MW 100PAFE :MB 116

:U =ANST:UN M 10.0:S M 10.0:UN =ANST:R M 10.0:U M 10.0:SPB FB 244

Nomb. :SENDSSNR :KY 0,8A-NR :KY 0,1ANZW :MW 100QTYP :KC DBDBNR :KY 0,101QANF :KF +1QLAE :KF +15PAFE :MB 117

:SPB FB 244Nomb. :SENDSSNR :KY 0,8A-NR :KY 0,1ANZW :MW 100QTYP :KC DBDBNR :KY 0,101QANF :KF +33QLAE :KF +8PAFE :MB 118

::SPB FB 244

Nomb. :SENDSSNR :KY 0,8A-NR :KY 0,1ANZW :MW 100QTYP :KC DBDBNR :KY 0,101QANF :KF +42QLAE :KF +8PAFE :MB 119

:BE


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Programación en Step 5 cliente

FB 201Nomb. :V-WRITEDes. :ANST E/A/D/B/T/Z: E BI/BY/W/D: BI

: :SPA FB 247

Nomb. :CONTROLSSNR :KY 0,8 A-NR :KY 0,1 ANZW :MW 100 PAFE :MB 126

::U =ANST :UN M 11.0 :S M 11.0:UN =ANST:R M 11.0

FB 10Nomb. :SUMAR

:UN M 2.1:S M 5.0 :A DB 100:L DW 1 :T AW 4:L DW 2 :T AW 6:+F:T DW 3 ::SPA FB 201

Nomb. :V-WRITEANST : M 5.0

::BE

:U M 11.0:SPB FB 244

Nomb. :SENDSSNR :KY 0,8A-NR :KY 0,1ANZW :MW 100QTYP :KC DB DBNR :KY 0,101QANF :KF +17 QLAE :KF +15 PAFE :MB 127

::RB =ANST :BE


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Programación en Step 5servidor

OB 21

:SPA FB 249Nomb. :SYNCHRONSSNR :KY 0,0BLGR :KY 0,0PAFE :MB 254

::U M 254.0:= A 7.7::SPA FB 249

Nomb. :SYNCHRONSSNR :KY 0,8BLGR :KY 0,0PAFE :MB 255

::BE

OB 22

:SPA FB 249Nomb. :SYNCHRONSSNR :KY 0,0BLGR :KY 0,0PAFE :MB 254

::U M 254.0:= A 7.7::SPA FB 249

Nomb. :SYNCHRONSSNR :KY 0,8BLGR :KY 0,0PAFE :MB 255

::BE


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Programación en Step 5 servidor

OB 1

:SPA FB 230 Nomb. :ALL-S&R0

::SPA FB 10

Nomb. :VALOR 1::SPA FB 11

Nomb. :VALOR 2::A DB 200:L DW 3 :T AW 4::BE

FB 230Nomb. :ALL-S&R0

:O M 0.0:ON M 0.0:SPA FB 244

Nomb. :SENDSSNR :KY 0,8A-NR :KY 0,0ANZW :MW 60QTYP :KC NNDBNR :KY 0,0QANF :KF +0QLAE :KF +0PAFE :MB 66

:O M 0.0:ON M 0.0:SPA FB 245

Nomb. :RECEIVESSNR :KY 0,8A-NR :KY 0,0ANZW :MW 70ZTYP :KC NNDBNR :KY 0,0ZANF :KF +0ZLAE :KF +0PAFE :MB 76

::BE


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Programación en Step 5 servidorFB 10Nomb. :VALOR 1

:UN M 0.0 :UN M 2.0:L KT 050.0:SE T 1:U T 1:= M 2.0::A DB 200:U M 2.0 :ZV Z 1 :U M 2.5:R Z 1:LC Z 1 :T DW 1::L DW 1 :L KF +999 :>=F:SPB =M001:R M 2.5:BEA:

M001 :S M 2.5:BE

FB 11Nomb. :VALOR 2

:UN M 0.0:UN M 5.0:L KT 075.0:SE T 2:U T 2:= M 5.0::A DB 200:U M 5.0:ZV Z 2:U M 5.5:R Z 2:LC Z 2:T DW 2::L DW 2:L KF +999:>=F:SPB =M001:R M 5.5:BEA:

M001 :S M 5.5 :BE

DB200 0: KH = 0000;1: KF = +00000;2: KF = +00000;3: KF = +00000;4:


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Programación en Step 7


• Los pasos a seguir son los siguientes:- Hacer un proyecto con los dos PLCs que se van a comunicar. Tienen que llevarel procesador Profibus_FMS.

- En la configuración hardware establecer un enlace FMS- En el servidor crear la variable FMS. Se crea en la tabla de Simbolicos de unaforma especial. Aparece una banderita cuando es una variable FMS. En elservidor no hay que hacer más

- En el cliente. Hay dos FBs (FB 3 READ) (FB 6 WRITE) para solicitar el servicio.Estos FBs tienen dos punteros: uno del destino/origen de los datos que se leen/escribe y otro a un DB donde se le indica el “indice” de la variable que se tiene que leer o escribir. Hay que hacerlo utilizando un array

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Bibliografía. Referencias

• Presentaciones de la Organización de Usuarios Profibus (PNO)

• Presentaciones de Siemens, S.A.

• European Standard EN 50170. Volume 2/3 PROFIBUS. Diciembre 1.996.

• PROFIBUS. The Fieldbus for Industrial Automation. Klaus Bender. Edited by Klaus Bender. 1.993.

• PROFIBUS. Un Bus de Campo Industrial. V. Sempere, J. Silvestre, J. Mataix, J. Fuertes. Editorial CEA-IFA. 2.002.

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