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FIPPrésentation

Patrick MONASSIERUniversité Lyon 1 France

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Historique FIP

IEC Central Office3, rue de VarembéP.O. Box 131CH - 1211 GENEVA 20SwitzerlandPhone: +41 22 919 02 11Fax: +41 22 919 03 00http://www.iec.org

La Commission Electrotechnique Internationale (CEI) est la première organisation mondiale qui élabore et publie des normes internationales pour tout ce qui a trait à l'électricité, à l'électronique et aux technologies apparentées. Celles-ci servent de base à la normalisation nationale et de références lorsqu'il s'agit de rédiger des soumissions et des contrats internationaux.

L’association WorldFIP a été créée en mars 1987, sous le nom originel de CLUB FIP (Flux Information Process)

Le processus de décision de créer un réseau de terrain industriel a été initié avec le ministère de l’industrie en 1982

En 1984, le groupe projet publia les concepts FIP. Plusieurs constructeurs viennent rejoindre le groupe en 1986- TELEMECANIQUE- MERLIN GERIN- CGEE ALSTOM- CSEE (CETIA)

FIP Flux Information Process

http://www.worldfip.orgFIP est standardisé sous la norme WordFip EN50170 (européenne) et IEC61158

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FIP permet la répartition de l’intelligence, du contrôle, des données

Unité deTraitement

Capteurs /Actionneurs

FIP

FIPPrésentation

Le mécanisme de diffusion des données, mécanisme de base de FIP, assure les cohérences spatiales et temporelles de données chez tous les abonnés consommant un ensemble de variables.

Modèle PRODUCTEUR / CONSOMMATEUR

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Topologie générale

Cable principal 2

Cable principal 1

Segmentsterminaux

FIP

JB Boîte de jonctionTAP DérivateurREP RépéteurDB Boîte de diffusionDS Abonné déconnectable localementDNS Abonné non déconnectable localement

Vitesses :Norme couche physique cuivre3 normes :- S1 : 31,25 Kb/s basse vitesse- S2 : 1 Mb/s haute vitesse- S3 : 2,5 MB/s haute vitesse- Fibre optique 5 Mb/s

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Codage Bit

Logique « 1 »ou EB+

Logique « 0 »ou EB-

Violation V+ Violation V-

Le codage bit est du type MANCHESTER

FIP

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PRE FSD FED

PRE permet de synchroniserl’horloge de réception

FSD indique à la couche liaison de données le début de l’information utile (CAD)

FED permet à la couche liaison de trouver la fin du champ CAD

CAD contient les contrôles et les donnéesutile

Trame FIP

PRE Préambule PreambuleFSD Délimiteur de début de trame Framse Start Delimiter CAD Contrôle et données Control and dataFED Délimiteur de fin de trame Frame End delimiter

La couche physique ajoute 21 symboles à toute trame émise - 672 us à 31,25 Kb/s - 21 us à 1 Mb/s - 8,4 us à 2,5 Mb/s

Toute trame FIP est composée de 3 parties : - La séquence de début de trame - Le champ de contrôle et données - La séquence de fin de trame

FIP

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Couche liaison de données FIP

Couche liaisonÉchange de variables identifiées

Transfert de messages

2 types de services de transmissions :

Echanges Cycliquement - périodicité par variable définie à l'initialisation

Sur demande - sur demandes explicite des utilisateurs

Les échanges peuvent se faire :

Adressages variables - 1 identifieur 16 bits par variable

messages - en point à point uniquement, adresses codées sur 24 bits

Adressage :

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Couche liaison de données

Interface couche application – couche liaison de données

Un buffer produit correspond à l’identifieur K Un buffer consommé correspond à l’identifieur A

K

A

Ne génère aucune activité sur le bus

FIP

Sur cet exemple, la couche liaison de données contient :

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Tranfert de buffer

Les buffers produits ou consommés sont également accessibles par le bus, qui prélève ou dépose des valeurs de buffer.Ce mécanisme s’appelle le transfert de buffer.

FIP

Les buffers sont à double accès, la couche liaison de données doit résoudre les problèmes posés par les conflits d’accès.

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Pour réaliser le mécanisme de transfert de buffer, l’arbitre de bus émet des trames question ID_DAT, en précisant le Numéro d’Identifieur

FIPTranfert de buffer

Indication d’émission de la valeur sur le bus

Indication de réception de la valeur

Donnée produite K

Donnée consommée A

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Mécanisme d’allocation du medium

Le réseau FIP est constitué de stations possédant deux types de fonctionnalités :

- L’arbitrage de bus : gestion d’accès au medium

- La fonction production / consommation

L’arbitre de BusBA : Bus arbitrercontient la table de scrutation des variables

FIP

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Production d’une variable

Le modèle producteur - Consommateur

FIP

L’arbitreur de bus C fenvoie une demande de valeur concernant la variable A

La valeur de la variable A est mise en diffusion générale

Producteur Consommateur Consommateur

Consommateur

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Table d’arbitrage de bus

L’exemple ci-dessous indique comment configurer l’arbitre de bus pour garantir une scrutation déterministe

Exemple

Le temps indiqué comprend l’émission et la réception, ainsi qu’un temps de retournement de 20 us.

FIP

Les variables identifiées produites ou consommées par un utilisateur peuvent être :

de type simple :- Booléen- Entier (notation complémentaire à 2)- Chaine binaire (maxi 32 octets)- Chaine d'octets (maxi 126 octets)- Chaine visible (maxi 126 octets)- Temps 14 caractères : AAA MM JJ HH MM SS- Flottant simple précision 4 octets (ANSI IEEE 754)

- Flottant double précision 8 octets (ANSI IEEE 754) - BCD

De type structuré :- structure de type simple- structure de structure- tableau- tableau de tableau-tableau de structure

…………

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Scrutation des variables

Le dessin ci-dessous représente une répartition possible des identifieurs A à F sur un axe de temps, en fonction des périodicités de chacune des variables

Chaque tranche de temps constitue un cycle élémentaire : ici égal à 5 ms

A 5 msB 10 msC 15 msD, E 20 msF 30 ms

FIP

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Scrutation des variables

En fonction des renseignements précédents, on peut dresser la table de charge du réseau

Temps pour le trafic apériodique

temps

1 Mb/s5 ms

Charge trafic

Traficpériodique

A 5 msB 10 msC 15 msD, E 20 msF 30 ms

FIP

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Scrutation des variables

Cycle élémentaire

Macrocycle temps

Durée du cycle élémentaire

L’arbitre de bus déroulera à l’infini les mêmes cycles

A 5 msB 10 msC 15 msD, E 20 msF 30 ms

FIP

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Scrutation des variables

Temps pour le trafic apériodique

Une autre répartition plus uniforme des identifieurs au sein des cycles élémentaires pourrait être la suivante

A 5 msB 10 msC 15 msD, E 20 msF 30 ms

FIP

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Cycle élémentaire

Fenêtre d’échange des variables cycliques

Fenêtre d’échange des variables apériodiques

Fenêtre d’échange des messages apériodiques

Fenêtre de synchronisation – remplissage (padding)

Chaque cycle élémentaire est composé de 4 fenêtres

FIP

Echanges cycliques Déterministes

Echanges acycliques Non Déterministes

Remplissage

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Demande de transfert variable périodique

Le modèle producteur - Consommateur

FIP

L’arbitreur de bus C fenvoie une demande de valeur concernant la variable A

La valeur de la variable A est mise en diffusion générale

Producteur Consommateur Consommateur

Consommateur

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Ce mécanisme se déroule en 3 étapes :

Demande de transfert variable apériodique

Etape 1

File d’attente- normal- urgent

Pendant le trafic périodique : positionnement d’une requête

Requête

FIP

Producteur Consommateur Consommateur

Consommateur

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Demande de transfert variable apériodique

Etape 2

Dans la fenêtre des variables apériodiques : émission de la requête

Liste des variablesapériodiques à servir (identifieurs)

File d’attente spécifique

FIP

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Demande de transfert variable apériodique

Etape 3

L’arbitre de bus diffuse la valeur de l’identifieur qui sera produit puis consommé par les autres stations.

Une station demandant un transfert apériodique peut être :

- Productrice de la variable- Consommatrice- Productrice et consommatrice

L’arbitre sert une ou plusieurs variables, en fonction du temps apériodique disponible

FIP

Producteur Consommateur

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Demandes apériodiques

File « urgent »

File « normal »

Buffer producteurIdentifieur K

Fenêtre périodique

Fenêtre apériodique

Les demandes peuvent être de deux natures - Libres (L_FREE_UPDATE.req)

- Spécifiées (L_SPEC_UPDATE.req)

Le mécanisme « spécifié » fonctionne à peu près de la même façon. La file d’attente est remplacée par un buffer de la variable. Il est uniquement utilisé par la couche application pour réaliser le mécanisme de cohérence spatiale. Ce mécanisme est interne à la couche application

Le mécanisme «libre »

FIP

Puis B

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Demande de transfert de messages SANS acquittement

En point à point ou en diffusion générale

Ce mécanisme se déroule en 3 étapes :

Etape 1

File d’attente des messages

FIP

Requête indiquée par positionnement du bit « requête de message »

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Demande de transfert de messages SANS acquittement

Etape 2

FIP

Producteur

Consommateurs

Message en diffusion générale

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Demande de transfert de messages SANS acquittement

Etape 3

FIP

Le producteur envoie un signal de fin de transaction message

Producteur

Toutes les stations recoivent l’indication de fin de message

Fin de transaction

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Demande de transfert de messages AVEC acquittement

En point à point

Ce mécanisme se déroule en 4 étapes :

Etape 1

File d’attente des messages

FIP

Requête indiquée par positionnement du bit « requête de message »

Permet de fiabiliser des échanges en Point à Point

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Demande de transfert de messages AVEC acquittement

Etape 2

FIP

Envoi du message

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Demande de transfert de messages AVEC acquittement

Etape 3

FIP

Etape 4

Acquittement du message

Fin de transaction message

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Classes de conformité

Transfert de buffer

Ecriture de buffer

Lecture de buffer

Demande explicite libre

Demande explicite spécifiée

Message sans acquittement

Message avec acquittement

Service supporté

Service non supporté

FIP

Définit la classe de la station. Toute station FIP possède au moins les mécanismes de transfert de buffer et d’écriture de buffer

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Trames transfert de buffer

Trames de question : ID_DAT, ID_RQ et ID_MSG Elles ne diffèrent que de quelques bits dans le champ de contrôle

Trames de réponse : RP-DAT réponse à une trame ID_DAT

FIP

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Trames de réponse

Trames de réponse requête : RP_RQ réponse à une trame ID_RQ

Trames de réponse : RP_MSG_xx réponse à une trame ID_MSG

Une station répond à une trame ID_MSG parune trame RP_MSG_NOACK ou RP_MSG_ACK

FIP

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Trames de réponse

Trames de réponse requête : RP_ACK suite à une trame de message avec demande d’acquittement

Trames de réponse : RP_FIN suite à une émission de message, fin de transaction de message

FIP

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Performance – transfert de buffer

La trame RP suit une trame ID. TR est le temps de retournement. La trame RP_DAT doit intervenir dans ce délai borné.

Le temps de retournement TR est défini dans la norme gestion de réseau.

10 TMAC <= TR <= 70 TMAC

TMAC = temps d’émission d’un symbole de couche physique 1, 0, V+, V- , 0

à 31,25 Kb/s 22,4 us < TR < 320 usà 1 Mb/s 10 us < TR < 70 usà 2,5 Mb/s 4 us < TR < 28 us

FIP

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Informations de service

Chaque couche ajoute de l’information de service à ce qu’elle reçoit de la couche supérieure

Le nombre de bits ajoutés est de 61 bits, qu’elle que soit la longueur des données

Couche utilisateur

Couche application

Couche liaison

Couche physique

+2 octets

+3 octets

+21 bits

Longueur des données utiles

FIP

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Temps de transaction

Le temps total d’une transaction est composé des durées suivantes :- Emission de la trame question- Temps de retournement- Émission de la trame réponse- Temps de retournement

Durée d’émission de la trame question : 61 TMAC (constant)

Durée d’émission de la trame réponse = 61 TMAC + n*8 TMC (n=nombre d’octets utilisateur)

Durée temps de retournement = 2*TR TMAC (TR>=10 et TR<=70)

L’efficacité est égale au temps d’émission de l’information utile divisé par la durée de la transaction

Efficacité = n*8 TMAC / (61 TMAC + TR TMAC + 61 TMAC + n*8 TMAC + TR TMAC)

Efficacité = n * 8 TMAC / ( 122 TMAC + 2 TR TMAC + n * 8 TMAC )

FIP

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Calculs selon TR

Longueur utile efficacité débit réel pour 1 Mb/s débit réel pour 2,5 Mb/s

Longueur utile efficacité débit réel pour 1 Mb/s débit réel pour 2,5 Mb/s

Calculs pour TR = 70

Calculs pour TR = 10

FIP

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Couche application MPS

Les services de FIP se regroupent en 3 ensembles distincts :

- ABAS – Services application d'arbitrage de bus- MPS – Services périodiques / apériodiques variables- subMMS – Sous-ensemble de service de messagerie

La couche applicaton MPS offre à l'utilisateur :- Des services de lectures/écritures locales- Des services de lectures/écritures distantes- Des indications d'émission/réception variables- Des informations de fraîcheur des informations consommées- Des informations de cohérences spatiales et temporelles des données

Couche 7

Couche 2

Couche 1

FIP

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Lectures / écritures locales FIP

Bus activity

Aucune activité déclenchée sur le bus

Les buffers des variables sont écrits ou lus depuis la couche applicative, sans déclencher d’activité bus

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Indications de réception / émission FIP

La couche applicative reçoit des indications, fonction de l’activité du bus

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Lectures / Ecritures distances FIP

AP

Mécanisme de lecture de la variable A

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Resynchronisation

Le mécanisme de resynchronisation en consommation consiste à recopier le contenu du buffer public dans le buffer privé, sur réception d'une variable de synchronisation

FIP

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Synchronisation des variables

Les contenus des buffers privés et publics, en fonction du temps, pour une variable produite resynchronisée

FIP

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Promptitudes et rafraîchissements

Rafraîchissement asynchrone

Chaque consommateur, par l'intermédiaire d'un service de lecture, en accédant au status, sait si le producteur de la variable a respecté le délai de production attaché à la variable

FIP

Etat du rafraichissement :Mécanisme de l’élaboration de la période de production (ms)

Ecriture asynchrone (valeur) Lecture asynchrone (valeur, status)

Producteur Consomateur

Status , Valeur

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Promptitudes et rafraîchissements

Rafraîchissement asynchrone

A chaque nouvelle écriture de valeur, la couche application arme le timer associé à la variable, avec la valeur de la période de production.

Le status est vrai tant que ce timer n'expire pas.

FIP

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Promptitudes et rafraîchissements

Rafraîchissement synchrone

A chaque réception de variable de synchronisation, le timer est réarmé avec la valeur de la période de production, le status passe à faux.

Lorsque l’utilisateur dépose une nouvelle valeur, si le timer n’a pas expiré, le status devient vrai et le restera jusqu’à expiration ou réception d’une nouvelle variable de synchronisation

FIP

s = point de réception de la variable de synchronisationp = point de la variable en production (A_WRITELOC)

Période de production

TrueStatus False

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Promptitudes et rafraîchissements

Promptitude asynchrone

Dans cet exemple: pour la même variable, une station élabore un status de promptitude asynchrone, l'autre pas.

Lors d'une lecture, récupération de la valeur de la variable ainsi que la status de promptitude. La station saura si le producteur respecte sa période de production, et si le mécanisme de transfert de buffer fonctionne correctement

FIP

Ecriture asynchrone (valeur) Valeur, status lecture asynchrone Valeur lecture asynchrone

valeur

consommateurProducteur consommateur

Etat de promptitudeMécanisme d’élaboration de la période de consommation (ms)

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Promptitudes et rafraîchissements

Lorsque l'entité de communication reçoit une nouvelle valeur, elle arme un timer de promptitude asynchrone associé à la variable consommée avec la valeur de la période de consommation. Il le restera tant que le timer n'expire pas.

Promptitude asynchrone

FIP

C = réception de la variable consommée

Timer de période de

consommation

TrueStatus False

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Cohérences temporelles et spatiales

Cohérence temporelle de production

t1 t2 t3 t4a V V V Vb V F V Vc F V V V

ET logique des états F F V V

Etat des Rafraîchissementsindividuels

Exemple de 3 capteurs : Débit Pression Température

La cohérence temporelle de consommation est un ET logique sur tous les états de proptitudes individuels

V = VraiF = Faux

FIP

A_READLIST.rq(<a,b,c>,CSP)

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Cohérences temporelles et spatiales

Cohérence spatiale

La cohérence spatiale est un état booléen élaboré optionnellement par les couches applications consommatrices d'une liste de variable.

Si toutes les copies de la liste sont identiques, l'état est Vrai, sinon il est Faux.

Etat booléen

Liste de variables

FIP

Vrai si identiques

Faux si différents

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Types de variables et Protocol Data Unit (PDUs)

Les variables identifiées produites ou consommées par un utilisateur peuvent être :

de type simple :

BooléenEntier (notation complémentaire à 2)Chaine binaire (maxi 32 octets)Chaine d'octets (maxi 126 octets)Chaine visible (maxi 126 octets)Temps 14 caractères : AAA MM JJ HH MM SSFlottant simple précision 4 octets (ANSI IEEE 754)

Flottant double précision 8 octets (ANSI IEEE 754) BCD

De type structuré :

structure de type simplestructure de structuretableautableau de tableautableau de structure…………

Ces variables sont transportées sur le réseau à l'intérieur de PDU

Dans l'exemple, la couche application ajoute 2 octets au codage de l'entier 16 bits.

- Le premier indique le type du PDU

- Le second indique la longueur de l'information contenue

FIP

Exemple pour un entier 16 bits

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Gestion de réseau

Les services de gestion de réseau sont regroupés dans 2 familles de services :

SM-MPS : ensemble des services de gestion de réseau basé sur MPSSMS : ensemble des services de gestion de réseau basé sur la messagerie (MCS-MSG)

MIB : ressources de communication

Base d'information de gestion

MIB est une structure des données arborescente décrivant couche par couche chacun des attributs, ainsi que la portée de chaque service.

FIP

ServiceMessage

Servicepériodiques etapériodiques

ServiceArbitreur de bus

Bus arb. Apériodique/périod. Messages

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Les fonctions essentielles de gestion de réseau sont au nombre de 3 :

Gestion du mode opératoire

• Commandes de start/stop• Commandes de Validation / Invalidation• Commandes de reset• Fonctions de Lecture / Ecriture

Gestion de la configuration

• Création d'objets• Destruction d'objets• Démarrage / arrêt d'entités de communication

Gestion des défauts et performances

• Lecture de compteurs• Mise à zéro de compteurs

Gestion de réseau FIP

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Gestion de réseau

Une station FIP dispose de 2 types de processus application distincts :

- L' AP utilisateur qui réalise des fonctions d'une application répartie- Le SMAP qui gère les fonctions de gestion de réseau

Station FIP Manager Station FIP Agent

SMAP Manager gère le réseau, SMAP Agent répond à des sollicitations distantes

SMAP :System ManagerApplication Process

FIP

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Gestion de réseau

Multi - AEs

Une station FIP peut, pour des besoins de sécurité, de démarrages progressifs ou pour des problèmes de limitations de SM-MPS, gérer jusqu'à 8 entités d'application AE/SEi

FIP

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Les services SM - MPS permettent :

• L'affectation d'adressage physique et de tagName

• Le téléchargement des identifieurs

• La relecture de configuration (télélecture)

• La télécommande (start, stop, invalidation d'une ou plusieurs AE/SE)

Services SM-MPS

• Le télécontrôle (lecture de l'état opératoire des AE/SE)

• Le rapport (ensemble des compteurs d'erreur et de performances)

• La gestion d'une variable de présence et d'identification

• La gestion d'une liste de stations présentes

FIP

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Normes FIP

FIP est standardisé au niveau européen sous la norme WordFip EN50170

http://www.worldfip.org

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FIPDétail de la normes

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Fin de présentation

Merci de votre attention

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