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1Comunicaciones
CanOpen
2Agenda
GeneralidadesProtocolo CanOpen Servicios de
Comunicación
3 Historia
Características generales de CanOpen
Capa física
Topología del bus
4Historia
1980 La industria del automóvil muestra la
necesidad de un bus barato, de tiempo real y
altamente robusto para comunicar diferentes
componentes electrónicos. CAN define únicamente
las capas 1 y 2 del modelo ISO. 1983 Junto con
diferentes Universidades Alemanas, el fabricante
BOSCH desarrolla el protocolo CAN Controller
Area Network 1985 Los primeros chips de CAN
los comercializa INTEL 1986 Prototipos
iniciales se presentan en Detroit (EEUU) 1987
Los mayores fabricantes de circuitos integrados
(Intel, Motorola, ...) ofrecen una gama completa
de microcontroladores que integran CAN 1989
Primeras aplicaciones industriales
5Historia
de1987 a 1991 Aparecen diferentes organizaciones
que promocinan CAN en el mundo del automóbil
(SAE, OSEK), y en aplicaciones industriales (CIA
CAN in Automation) http//www.can-cia.de/ 199
3 CAN de Alta Velocidad (1 Mbps/Identificadores
de 11 bits) estándar ISO 11898 CAN 2.0 A.
Publicación por la CiA de las especificaciones
CALCan Application Layer describiendo los
mecanismos de transmisión sin definir cuando y
como utilizarlos. 1995 identificadores de 29
bits (CAN2.0 B) Publicación por la CiA
del perfil de comunicaciones DS-301
CANopen 1996 CAN se usa en la mayoría de coches
de gama alta europeos. 1997 300 compañías
miembros de CiA (CAN en Automatización) 2001 La
CiA publica el perfil DS-304 el cual se puede
usar para integrar compomentes de nivel de
seguridad 4 en un bus CANopen estándar (CANsafe).
6Características Generales de CanOpen
CANopen CAN Servicios de comunicaciones
- CAN
- Capa Física y de enlace
- 1 Mbit a 40m // 50 kbit a 1 Km
- Par trenzado
- Muy Robusto y económico (se usa en los coches)
- CANopen
- Productor / Consumidor (Con maestro gestor de
red) - Hasta 127 nodos
- Comunicaciones Implícitas (PDOs)
- Comunicaciones Explícitas (SDOs)
7Características Generales de CanOpen
8Características Generales de CanOpen
CAN Protocol Specification 2.0 A CAN Controller
trabaja únicamente con identificadores de mensaje
de 11-bit. ( CAN
estándar ) CAN Protocol Specification 2.0 B
pasivo CAN Controller transmite sólo tramas con
identificadores de 11-bit, pero chequea la
recepción de tramas estándar como de tramas
extendidas con identificadores de 29-bit (se
envía incluso la confirmación). ( CAN
extendido ) CAN Protocol Specification 2.0 B
activo CAN Controller puede recibir tramas
estándar y extendidas.
9Características Generales de CanOpen
- Protocolo Multimaestro
- Cualquier estructura de comunicación es
posible.Transmisión de mensajes orientado a
eventos - Reduce la carga de bus
- Tiempo de latencia corto para datos en tiempo
real - Transmisión de mensajes basado en prioridades
- Tiempo de latencia reducido para mensajes de alta
prioridad, incluso a elevada carga de bus causada
por mensajes de baja prioridad. - Longitud de datos limitada
- Suficiente para comunicación de datos en coches,
máquinas, automatización a nivel de máquina.
Transmisión segmentada para datos de más de 8
bytes.
10Características Generales de CanOpen
- Gestión de errores
- CAN implementa cinco mecanismos de detección de
errores, entre ellos un CRC. - La probabilidad de no detectar un error local
queda reducida a 3 x 10-5 - Desconexión automático de nodos defectuosos para
garantizar el buen funcionamiento del bus - Arbitraje de bus aleatorio libre de colisiones
- Si se produce una colisión, NO se destruyen los
mensajes. No se desperdicia ancho de banda en
colisiones. - A diferencia de Ethernet, en CAN las colisiones
se resuelven. El mensaje con la prioridad más
alta gana el acceso al bus. - Cada nodo debe usar un ID diferente para evitar
colisiones con mensajes de la misma prioridad - Este proceso se llama CSMA/CD con AMP
- AMP Arbitraje por Prioridad de Mensaje
11Resumen CAN de un vistazo
Características Generales de CanOpen
- Máx Vel. 1Mbit (40m)
- Multi-Master
- Las colisiones se resuelven, arbitraje por
prioridad - Hasta 8 bytes por mensaje
- Los mensajes tiene un único identificador (ID)
- Robusto, detecciones de errores y algoritmos de
recuperación - CAN2.0A alrededor de 2k IDs
- La mayoría de transceivers aceptan par trenzado
- Implementa parcialmente la capa uno y dos del
modelo OSI - Finales de linea, 120 ohmios a cada extremo
- Máxima distancia 1000m (50kBit)
- Los mensajes son de difusión
- Escribir 0 es dominante sobre escribir 1 que es
recesivo - Hasta 10,000 msj. por segundo
- Cada nodo debe usar un ID diferente
- El ancho de banda se reduce a un 50 debido al
control de errores - CAN2.0B 500 millones IDs
12Capa Física
Características Físicas
5
CAN_H
3.5
Voltaje (V)
2.5
CAN_L
1.5
Time
Recesivo
Recesivo
Dominante
Estado recesivo VCAN_H - VCAN_L 0V (-0.5 V a
50 mV) Estado Dominante VCAN_H - VCAN_L 2V
(1.5 V a 3.5 V) Corriente de salida en
transmisiónMás alta que 25 mA Protección
Contra cortocircuitos
13CAN y EMI
Capa Física
- CAN es insensitivo a las interferencias
electromagnéticas debido al uso de una señal
diferencial
Nodo A
Nodo B
Nodo C
V
CAN_H
U diff
CAN_L
t
CAN_H
CAN-Bus
CAN_L
EMI
14Relación entre Velocidad (Baud Rate) y longitud
del bus
Capa Física
- Hasta 1Mbit ? 40m de longitud de bus
- o
- Hasta 1000m ? 50 kbit
Bit Rate kbps
1000
Considerando que las líneas del Bus son
eléctricas (p.ej. Par trenzado)
500
200
100
50
20
10
5
40
100
1000
10,000
0
10
200
Longitud de Bus CAN m
15Capa Física
Características Físicas
Secciones para 32 esclavos como máximo
16 Capa Física
Conector sub DB9
- Pin Señal Descripción
- 1 Reservado
- 2 CAN_L CAN_L nivel bus dominante bajo
- 3 CAN_GND Linea de Tierra
- 4 Reservado
- 5 CAN_SHLD Opcional malla CAN
- 6 GND Tierra opcional
- 7 CAN_H CAN_H nivel bus dominante alto
- 8 Reservado
- 9 CAN_V Opcional CAN alimentación externa
positiva
17Capa Física
Conector abierto
- Pin Señal Descripción
- 1 CAN_GND Tierra / 0 V/V-
- 2 CAN_L CAN_L nivel bus (dominante
bajo) - 3 CAN_SHLD Opcional malla CAN
- 4 CAN_H CAN_H nivel bus
(dominante alto) - 5 CAN_V Opcional CAN alimentación
externa positiva
18Topología del bus CANopen
- Un bus CANopen se puede dividir en distintos
segmentos - Cada segmento se puede conectar por medio de un
repetidor. - Cada segmento debe tener una resistencias de
terminación (LT) en los dos extremos. - Tipos de conexión entre nodos
- Por derivación (drop), mediante drops
conectados a Taps de puerto simple o múltiple. - En línea (daisy-chain), con un conector (Nodos
2, 8) o con dos conectores (Nodo 7). - ATENCIÓN El uso de dos conectores no se
recomienda ya que el cambio de un equipo
provocaría el corte del bus. -
19Topología del bus CANopen
20Topología del bus CANopen
- En un segmento se pueden conectar hasta 64
equipos CANopen - El uso de repetidores permite tener más de 64
equipos en una red CANopen, dividiendo el bus en
más segmentos - SE provee cables para realizar la conexión en
línea y para conexión en drop. - El cable CANopen debe tener dos pares trenzados
y cada par con pantalla propia, para reducir las
perturbaciones del cable de potencia a los cables
de señal. -
21Topología del bus CANopen
- Para minimizar el efecto de las reflexiones desde
el final del cable, se debe añadir una
terminación de línea cerca de los dos finales.
Cada terminación de línea se debe conectar entre
los dos conectores CAN_H y CAN_L. - La terminación de línea debe ser una resistencia
de 120?, 5 de 1/4W - ATENCIÓN Es recomendable que la resistencia de
final de línea no esté en el dispositivo, ya que
si esté se elimina del bus, se perdería la
resistencia de final de línea.
22Topología del bus CANopen
- Longitud máxima del bus debido a la carga del
segmento - Parámetros a tener en cuenta
- Sección del cable CANopen
- Mínimo valor de la resistencia de terminación
- Número de nodos en el bus
- Distintas tensiones de salida del nodo emisor
- Distintas tensiones de entrada del nodo
receptor - Distintas resistencias de entrada de los nodos
23 Capa de enlace
COB-ID. Arbitraje del bus
Detección de errores
Fichero EDS .Perfiles. Diccionario de
objetos
24Capa de Enlace
Multi-Master Mensajes BroadCast
(Productor/Consumidor) Las colisiones se
resuelven por prioridad. 0 es dominante frente al
1 Cada mensaje tiene un identificador (cuanto
más bajo, más ceros tiene y más prioritario)
Cada mensaje lleva 8 bytes de datos Los
protocolos de alto nivel definen los servicios de
comunicaciones ej Propios de VW, Propios de
Mercedes, Devicenet, CANopen ...
25Capa de Enlace
Trama
- Usado por cualquier nodo para transmitir de 0 a 8
bytes broadcast a todo el mundo
26Estructura de la trama 2.0 A
RBO
CRC
- Inicio de trama (SOF) Bit siempre dominante que
indica inicio de la transmisión. Los nodos
receptores se sincronizan con el flanco de bajada
de este bit. - Identificador 11 bits más el bit RTR. En una
trama de datos el bit RTR es dominante, en trama
remota es recesivo - Control El bit IDE se utiliza para indicar si
la trama es CAN Estandar (IDE dominante) o CAN
Extendido (IDE recesivo).El bit RBO es siempre
recesivo ( reservado ).Los cuatro bits de código
indican en binario el número de bytes de datos de
mensaje ( 0 a 8 ). - Datos Campo de 0 a 8 bytes ( 0 a 64 bits ).
- CRC Código que genera el transmisor . Los
receptores comprueban este código, se incluye un
bit recesivo ( delimitador de CRC ). - Campo de reconocimiento ( ACK ) Campo de dos
bits que el transmisor pone como recesivos, el
primero se sobrescribe por un bit dominante por
los nodos que han recibido el mensaje
correctamente. - Fin de trama (EOF) Cierre de trama consta de 7
bits recesivos sucesivos. - Espaciado entre tramas mínimo de 3 bits
recesivos.
27COB-ID Arbitraje del Bus
- El COB-ID, en realidad será el Identificador del
mensaje CAN en el bus CAN - El COB-ID es un número que es una combinación
entre el numero de nodo CANopen y el servicio de
comunicaciones que se desea (47 bits) - El COB-ID serían los canales por los que los
dispositivos envían y reciben información - Por ejemplo
- Un PDO de un dispositivo tiene un COB-ID único
- Un dispositivo tiene dos COB-ID para los SDO
(comunicaciones explícitas), uno para recibir
información y otro para enviarla
28COB-ID Arbitraje del Bus
El identificador COB-ID (Communication Object
Identifier) tiene dos funciones principales.
Arbitraje del bus especificación de las
prioridades de transmisión. El objeto de
comunicación con el COB_ID más bajo es el de
mayor prioridad en la red. Identificación de
los objetos de comunicación, el equipo de red
reconoce el tipo de servicio que se demanda (
NMT, SYNC, TxPDO, RxPDO , SDO, EMCY ) Se
compone de 2 partes Código de función, 4
bits Node-ID, 7 bits
29COB-ID Definición de los Identificadores
1024 identificadores Máximo reservados para PDOs.
30CSMA/CD Acceso al Bus
- El protocolo CAN maneja el acceso al bus
siguiendo el concepto de Carrier Sense Multiple
Access with Collision Detection - Si se produce una colisión, NO se destruyen los
mensajes! No se desperdicia ancho de banda en
colisiones - A diferencia de Ethernet, en CAN las colisiones
se resuelven. El mensaje con la prioridad más
alta gana el acceso al bus - Cada mensaje tiene un identificador que determina
su prioridad - Cada nodo debe usar un ID diferente para evitar
colisiones con mensajes de la misma prioridad - Este proceso se llama CSMA/CD con AMP
- AMP Arbitraje por Prioridad de Mensaje
31CSMA/CD Acceso al Bus
Nodo X
Nodo A
Orden de Transmisión de las tramas
Nodo B
Nodo C
Se compara el Identificador y por prioridad va
saliendo una u otra trama
32Detección de errores / Reconocimiento
- Cada trama tiene que ser reconocida por todos los
nodos receptores - Con que un único nodo no reciba el mensaje
correctamente, en lugar de reconocerlo, generará
una trama de error
CampoAck.
CampoCRC
Campo de fin de Frame
Node A
Recesivo
Idle Recibe Transmite
TX
Dominante
Node B
Recesivo
Idle Recibe Transmite
TX
Dominante
Recesivo
CAN Bus
Idle Activo
Dominante
Ack. Delimiter
Acknowledge Slot
33Protocolo CANopen
Estandarizado por CiA (www.can-cia.com) CAN en
la Automatización Protocolo de alto nivel de
CAN. Define servicios de comunicación orientados
a soluciones industriales de automatización Cada
dispositivo de un cierto tipo, sea del fabricante
que sea, comunica sus funciones básicas mediante
el mismo perfil (DS) La información de cada
nodo se estructura en un Diccionario Productor
/ Consumidor para datos (PDO Comunicaciones
Implícitas) Maestro / Esclavo para
configuraciones y comunicaciones explícitas
(SDO) Maestro / Esclavo para gestión de red
(NMT)
34Protocolo CANopen
35Protocolo CANopen
- Un equipo CANopen se puede dividir en tres
partes - Comunication interface provee los servicios de
envío y recepción de objetos de comunicación por
el bus. - Object dictionary Define todos los tipos de
datos, objetos de comunicación y objetos de
aplicación utilizados por el equipo. Esta
información se encuentra en el archivo EDS. - Application Contiene la funcionalidad de
control del equipo y el interfase con el hardware
del equipo
36Ficheros EDS
- En los EDS se especifica la implementación
exacta. - Se especifica el Diccionario de Objetos completo
para un determinado dispositivo - El formato EDS es similar a los INI de Windows o
a los GSD de Profibus. - Para que el Master pueda conocer el Diccionario
de Objetos de cada nodo, necesita poder acceder
al EDS localmente. - Un master que corre en un controlador embedded
tendrá la información guardada en su memoria. - Una herramienta de configuración accederá
directamente al fichero EDS.
37Ficheros EDS
FileInfo FileNameA58_F.eds FileVersion1 FileRe
vision2 DescriptionCarte Option
ATV58 CreationTime0000AM CreationDate12-05-2000
CreatedByMarie-Annick Menanteau, Schneider
Electric DeviceInfo VendorNameSchneider
Electric ProductNameATV58_F ProductVersion1 Prod
uctRevision1 BaudRate_100 BaudRate_200 BaudRate
_500 BaudRate_1000 BaudRate_1251 BaudRate_2501
BaudRate_5001 BaudRate_8000 BaudRate_10001 Gra
nularity0x8 VendorNumber0x0200005a ProductNumber
0 SimpleBootUpMaster0 ExtendedBootUpMaster0 Sim
pleBootUpSlave1 ExtendedBootupSlave0.
Comments Lines6 Line1Used profile 402
Line2Manufacturer device name
VW3A58306 Line3Hardware version
1.0 Line4Software version
1.0 Line6 This is the EDS file for the CANopen
Schneider Electric ATV58 drive module CAN
Communication Adapter MandatoryObjects Supporte
dObjects12 10x1000 20x1001 30x6040 40x6041 5
0x6042 60x6043 70x6044 80x6046 90x6048 100x60
49 110x6060 120x6061 1000 ParameterNameDevice
Type ObjectType7 DataType0x0007 AccessTypeRO D
efaultValue0x10192 PDOMapping0
38Perfiles CANopen
En la capa aplicación se pueden definir los
siguiente grupos de perfiles
- CANopen communication profile (DSP-301- perfil
básico ) Define una serie de parámetros
necesarios para comunicar con un equipo CANopen.
Todos los equipos CANopen requieren tener
implementado el DSP-301. Índices asignados dentro
del OD en el rango 1000h-1FFFh - CANopen device profiles (DSP-4xx) Define la
funcionalidad de un tipo de equipo en particular
y como acceder a esa funcionalidad por medio del
bus CAN. Los perfiles disponibles hasta ahora
son DSP 401 (modulos E/S), DSP 402 (Control de
drives y Motion), DSP 403 ( HMI ), DSP 405
(Equipos programables IEC1131) y DSP 406
(Encoders). Índices asignados dentro del OD en el
rango 6000h-9FFFh - CANopen Application profiles Define la
funcionalidad y la relaciones de comunicación de
todos los equipos CANopen del bus. Perfiles de
aplicación disponibles DS414 (maquinaria
textil), DS417 (Ascensores) y DS422 (Sistemas
municipales).
39Diccionario de objetos (OD)
Todos los dispositivos CANopen tienen el perfil
de comunicaciones DS301
Cada registro del diccionario tiene un índice y
un subíndice (ej 600001) Cada registro puede
tener el tamaño que se quiera La parte de
configuración de las comunicaciones sigue la
norma DS 301 La parte de datos sigue la norma
DS 4xx (xx dependiendo del tipo de dispositivo)
Existe una tercera parte propia del dispositivo
(Definida en el fichero EDS)
DS301
Todos los dispositivos de UN MISMO TIPO, tienen
el perfil de datos DS4xx
DS4xx
Propio A
Cada Dispositivo tiene una parte del diccionario
propia. (Descrita en el fichero EDS)
40Diccionario de objetos (OD)
- El diccionario de Objetos contiene todos los
parámetros del equipo que son accesibles mediante
comunicaciones por medio del bus - Hay una serie de parámetros comunes a todo equipo
CANopen y que vienen definidos según el perfil
del equipo DS301, DS4xx. Todo equipo con perfil
DS4xx contiene los parámetros del perfil DS301. - Hay una serie de parámetros que son de libre
definición por parte del fabricante. - La descripción del OD se realiza en forma de un
archivo EDS (Electronic Data Sheet) en formato
ASCII. Este archivo sigue una sintaxis estricta y
se puede utilizar en todos los configuradores de
bus CANopen (Sycon etc.) - Cada objeto del diccionario se puede acceder
mediante - Un índice de 16-bit
- Un subíndice de 8-bit.
41Diccionario de objetos (OD)
Variables de ajuste del ATV312
Rampa de aceleración
Rampa de deceleración
42- Servicios de Comunicación
Comunicaciones implícitas ( PDO )
Comunicaciones explícitas ( SDO )
43Qué servicios de comunicaciones están
disponibles?
Servicios de comunicación CANopen
- SDO Objetos de comunicación punto a punto
(Service Data Objects) - PDO Objetos de comunicación implícita (Process
Data Objects) - Objetos de comunicaciones especiales (Special
Function Objects) - Sincronización
- Emergencia
- Objetos de gestión de la red (Network Management
Objects) - Mensajes NMT
- Node Guarding
- Heartbeat
- En CAN, estos objetos se asocian con mensajes con
identificadores específicos. Ciertos
identificadores están reservados para ciertos
objetos de comunicaciones
44Comunicación implícita PDO
PDO Productor / Consumidor
El PRODUCTOR es una entidad individual que
produce información
El CONSUMIDOR es una entidad que usa la
información para hacer algo (diferentes entidades
pueden usar la misma información)
45Comunicación implícita PDO
PDO Productor / Consumidor
- PDO Process Data Objects
- Comunicaciones implícitas
- El servicio más importante de CANopen
- Pensado para aplicaciones de tiempo real.
- PDOs de recepción y PDOs de transmisión
- Cada nodo lanza sus PDOs de transmisión al bus
para que los consuma quien quiera - Con el SyCon configuramos cada nodo para que
- reciba los PDOs que nosotros queramos
- transmita en PDOs los índices de su diccionario
que nosotros queramos
46Comunicación implícita PDO
- Por defecto, cada nodo tiene acceso a solo 4 PDOs
- Dos tipos de parámetros para los PDOs
- Parámetros de configuración de los PDO
- Que ID de mensaje CAN se usa?
- Define el linking (qué ID se usa para
Transmitir o Recibir datos) - Cuando se lanza el mensaje?(modo de
transmisión) - Parámetros de mapeado del PDO
- Qué objetos del diccionario están mapeados
(incluidos) en el PDO - Máximo de 8 bytes por mensaje
47Comunicación implícita PDO
PDO
En SyCon se seleccionan los datos a comunicar
ID CANopen 1
ID CANopen 2
Datos PDO
MW
Indice/SubÍndice Diccionario
En UNITY se selecciona donde se dejan los datos
Bus CANopen Los datos están actualizados en el
bus en tiempo real
Dispositivo A Productor (Entradas Digitales)
PLC Consume los datos del dispositivo A
48Diccionario de Objetos (OD)
- MAPEADO DE PDOs
- Una de las ventajas que ofrece CANopen respecto a
otros buses es la posibilidad de configurar el
contenido de los parámetros que se envían/reciben
en un PDO. A esto de le denomina mapeado
dinámico. Los objetos mapeables permitidos por
el equipo se encuentran contenidos en el archivo
EDS que se proporciona con cada equipo de
CANopen.
ATENCIÓN No todos los PDOs de un equipo se
pueden mapear. En ciertos PDOs su contenido es
fijo y no puede ser cambiado por el usuario. A
esto de le denomina mapeado fijo. Por ello es
importante leer la documentación del equipo y ver
cual de los PDOs del equipo ofrecen la
posibilidad de ser mapeados.
49Mapeado de PDOs
Datos PDO
En SyCon se seleccionan los datos a comunicar, es
decir, cuando arranca el gestor de la red, el
maestro escribe en los dispositivos esclavo
(mediante SDOs) que datos formaran cada PDO
(definición de los PDOs )
Diccionario de objetos del nodo
Cada PDO puede contener hasta 8 bytes de
datos Cada PDO puede tener su tiempo de ciclo
particular
Trama final
En este caso se dejan sin usar 2 bytes de los 8
bytes disponibles en cada PDO
50Comunicación implícita PDO
En la pantalla de configuración de CanOpen en
Unity parametrizamos la PCMCIA TSX CPP 110
módulo CanOpen
- Configuración hardware Via n
- Entradas num. Palabras y Índice 1º
- Salidas num. Palabras y Índice 1º
- Selección Base de datos Proyecto.co
- Modo Carga configuración UNITY
51Comunicación explícita SDO
Sirven para que el Gestor o Maestro de red,
configure los PDOs de cada dispositivo al
arrancar Sirve para establecer comunicaciones
explícitas entre dispositivos, comunicación punto
a punto entre el maestro y los nodos. Podemos
acceder a todos los objetos del diccionario de
cualquier nodo del bus Podemos gestionar los
SDOs por programa, con lo que si algún dato no
lo necesitamos en tiempo real, podremos acceder a
él en cualquier momento y sin haber configurado
nada Los SDOs se pueden lanzar desde la pantalla
de depuración de UNITY, se puede leer y escribir
52IDs de CAN usados por defecto para la
comunicación SDO
Comunicación explícita SDO
MaestroEnvía una petición SDO a cada nodo
usando el ID CAN 600h ID Nodo Espera
respuesta en ID CAN580h ID Nodo
Nodo 1Rx SDO 601h Tx SDO 581h
Nodo 2Rx SDO 602h Tx SDO 582h
Nodo 3Rx SDO 603h Tx SDO 583h
- Las transferencias SDO se usan por el Maestro o
por la herramienta de configuración para acceder
al Diccionario de objetos de los esclavos - Implementa una comunicación punto a punto
53Comunicación explícita SDO. READ_VAR
- Consultar el índice y subíndice de la entrada en
el diccionario del nodo CANopen que se quiere
leer. - Ejemplo
- ID nodo3
- Índice6200 / SubÍndice 01 (Tamaño 1 word)
DatosLectura
Param. Gestión
54Comunicación explícita SDO.WRITE_VAR
- Consultar el índice y subíndice de la entrada en
el diccionario del nodo CANopen - Ejemplo
- ID nodo3
- Índice6200 / SubÍndice 01 (Tamaño 1 word)
Se debe inicializar el num de palabras a enviar
DatosEscritura
Param. Gestión