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)
Layer 7 (FMS+LLI)Layers 1/2 (FDL+PHY)
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
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Ejecución de un servicio no confirmado
1. Request:Information Report.req (Daten)
Layer 7 (FMS+LLI)Layers 1/2 (FDL+PHY)
Service Requester (Server)
Application
2.Indication:Information Report.ind (Daten)
Layer 7 (FMS+LLI)Layers 1/2 (FDL+PHY)
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
Aplicación en Simatic S5
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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;
Aplicación en Simatic S5
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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
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
Aplicación en Simatic S5
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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
Aplicación en Simatic S5
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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
Aplicación en Simatic S5
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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
Aplicación en Simatic S5
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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
Aplicación en Simatic S5
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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
Aplicación en Simatic S5
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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:
Aplicación en Simatic S5
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Programación en Step 7
Aplicación en Simatic S7
• 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.