智能電網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)中的寬帶通信技術(shù)_第1頁(yè)
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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上智能電網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)中的寬帶通信技術(shù)· 導(dǎo)讀: 用電信息采集系統(tǒng)依托光纖、無(wú)線(xiàn)和電力線(xiàn)載波等通信技術(shù)構(gòu)筑的網(wǎng)絡(luò),通過(guò)采集器、集中器、智能表計(jì)、用戶(hù)智能交互終端等設(shè)備,在用戶(hù)和電網(wǎng)公司之間形成網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)和即時(shí)連接,從而實(shí)現(xiàn)電力、信息、應(yīng)用數(shù)據(jù)的高速傳輸和遠(yuǎn)程家電控制等功能。 o 關(guān)鍵字 o        · 引言按照公司2009年發(fā)布的“建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)”規(guī)劃,我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)將包含發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和共六個(gè)環(huán)節(jié),具有信息化、數(shù)字化、互動(dòng)化的技術(shù)特征,到2020年,中國(guó)的資源配置能力、安

2、全穩(wěn)定水平,電網(wǎng)與和用戶(hù)之間的互動(dòng)性得到顯著提高。可見(jiàn),如何有效搭建用戶(hù)與電網(wǎng)之間溝通橋梁,提供安全可靠的用電信息采集服務(wù),是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)數(shù)字化、自動(dòng)化、互動(dòng)化的基礎(chǔ),同時(shí)也是電力公司增強(qiáng)電網(wǎng)綜合服務(wù)能力,滿(mǎn)足互動(dòng)營(yíng)銷(xiāo)需求,提升服務(wù)水平的必然要求,可以預(yù)見(jiàn)用電信息采集系統(tǒng)將在我國(guó)智能電網(wǎng)配用電部分建設(shè)中起到至關(guān)重要的作用。用電信息采集系統(tǒng)依托、和電力線(xiàn)載波等技術(shù)構(gòu)筑的,通過(guò)采集器、集中器、智能表計(jì)、用戶(hù)智能交互終端等設(shè)備,在用戶(hù)和電網(wǎng)公司之間形成網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)和即時(shí)連接,從而實(shí)現(xiàn)電力、信息、應(yīng)用數(shù)據(jù)的高速傳輸和遠(yuǎn)程控制等功能。相對(duì)其它通信技術(shù),電力線(xiàn)通信技術(shù)采用低壓電力線(xiàn)作為傳輸介質(zhì),具有線(xiàn)路資源豐富、

3、傳輸速率高、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本低等技術(shù)優(yōu)勢(shì),有望在未來(lái)用電信息采集系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中發(fā)揮重要的作用。1智能電網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀近年來(lái),各地供電公司根據(jù)各自的應(yīng)用需求,也陸續(xù)開(kāi)展了智能電網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)的試點(diǎn)建設(shè),在負(fù)荷預(yù)測(cè)分析、電費(fèi)結(jié)算、需求側(cè)管理、線(xiàn)損統(tǒng)計(jì)分析、反竊電分析及供電質(zhì)量管理等業(yè)務(wù)中取得了一定的效果。然而,調(diào)研和分析結(jié)果表明:這些僅僅作為試點(diǎn)建設(shè)的智能電網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)規(guī)模小、分散孤立,總體采集覆蓋率低,只占到電網(wǎng)公司經(jīng)營(yíng)區(qū)域內(nèi)電力用戶(hù)總數(shù)的不到5%,離上述的總體目標(biāo)還相差甚遠(yuǎn),無(wú)法滿(mǎn)足公司系統(tǒng)各層面、各專(zhuān)業(yè)準(zhǔn)確掌控電力用戶(hù)信息的需求。究其原因,已經(jīng)試點(diǎn)建設(shè)的智能電網(wǎng)用電信息采

4、集系統(tǒng)之所以沒(méi)有進(jìn)行大規(guī)模的推廣應(yīng)用,除了受系統(tǒng)規(guī)劃、標(biāo)準(zhǔn)建立、運(yùn)行管理及資金投入等各方面因素制約以外,更重要的因素是電表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通信方式不能滿(mǎn)足現(xiàn)實(shí)的需求。目前,國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的電力用戶(hù)抄表系統(tǒng)在從電表或采集終端到抄表集中器的本地通信方式上,大都采取的是485布線(xiàn)、窄帶低頻電力線(xiàn)載波或無(wú)線(xiàn)的通信方式。這些抄表系統(tǒng)或者是施工量太大,不方便大范圍實(shí)施(如485布線(xiàn));或者是受電力線(xiàn)負(fù)載特性的影響較大,而造成通信信道的不穩(wěn)定不可靠(如窄帶低頻電力線(xiàn)載波)。而它們的共同弱點(diǎn)都是帶寬過(guò)窄、速率過(guò)低、實(shí)時(shí)性差、不能實(shí)現(xiàn)雙向快速通信等,因此已建系統(tǒng)的實(shí)用化程度低,無(wú)法滿(mǎn)足供電公司建設(shè)用電信息一體化采集平臺(tái)

5、的需求,更不能滿(mǎn)足用電預(yù)付費(fèi)、斷復(fù)電和防竊電等更高層面上的管理需求。因此,大多數(shù)供電公司沒(méi)有把握進(jìn)行大范圍的推廣應(yīng)用,現(xiàn)在仍以現(xiàn)場(chǎng)人工抄表為主。· 因此,供電公司要打造適合于各層面、各專(zhuān)業(yè)共享的用電信息一體化采集平臺(tái),能夠滿(mǎn)足線(xiàn)損的統(tǒng)計(jì)與計(jì)算、供電用戶(hù)用電負(fù)荷曲線(xiàn)分析和異常用電情況查詢(xún),實(shí)現(xiàn)對(duì)電力用戶(hù)的遠(yuǎn)程通斷電控制和預(yù)付費(fèi)管理等更高的管理需求,就必須升級(jí)智能電網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)的通信方式,以確保系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信是實(shí)時(shí)的、快速的、可靠的、穩(wěn)定的。而如同其它工商業(yè)用戶(hù)信息與控制網(wǎng)絡(luò)一樣,網(wǎng)絡(luò)寬帶化將是是智能電網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)發(fā)展的必然方向。2電力線(xiàn)寬帶通信的技術(shù)特點(diǎn)電力線(xiàn)寬帶通信(Br

6、oadbandPowerLineCommunation,簡(jiǎn)稱(chēng)B)技術(shù),是技術(shù)發(fā)展的分支。它采用先進(jìn)的OFDM通信編碼技術(shù),利用覆蓋范圍最為廣泛的電力線(xiàn)作為高速數(shù)據(jù)通信的載體,可以免布線(xiàn)、低成本地實(shí)現(xiàn)用戶(hù)的數(shù)據(jù)終端接入寬帶,適應(yīng)了現(xiàn)代節(jié)約型社會(huì)的建設(shè)需求。國(guó)內(nèi)寬帶PLC的應(yīng)用起始于1999年原國(guó)家電力公司的科技項(xiàng)目,并在2001年由原國(guó)電通信中心組織開(kāi)始采用BPLC產(chǎn)品,在北京居民區(qū)進(jìn)行電力線(xiàn)上網(wǎng)試驗(yàn),隨后在北京正式開(kāi)展電力線(xiàn)上網(wǎng)商業(yè)化試運(yùn)營(yíng),在上海、南京、深圳等各地大中城市,也都相繼出現(xiàn)了推廣電力線(xiàn)上網(wǎng)的企業(yè),使得全國(guó)的電力線(xiàn)上網(wǎng)用戶(hù)達(dá)到了近十萬(wàn)戶(hù)。國(guó)家電網(wǎng)公司“電力用戶(hù)智能電網(wǎng)用電信息采集系

7、統(tǒng)建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組”頒布的建設(shè)模式及技術(shù)方案研究報(bào)告中,將電力線(xiàn)寬帶載波技術(shù)列為居民用戶(hù)用電信息采集本地通信的主要通信方式之一,指出“寬帶通信占用頻帶寬,數(shù)據(jù)傳輸速率高,數(shù)據(jù)容量大,雙向傳輸,無(wú)需另外鋪設(shè)通信線(xiàn)路,安裝方便、可以方便地將電力通信網(wǎng)絡(luò)延伸到低壓用戶(hù)側(cè),實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)電表的數(shù)據(jù)采集和控制”,認(rèn)為“相對(duì)窄帶載波通信,寬帶載波安全性更好,通信可靠性更高,這種模式適合用戶(hù)電表集中的城市臺(tái)區(qū),能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)預(yù)付費(fèi)功能。國(guó)家電網(wǎng)公司對(duì)該技術(shù)的科學(xué)評(píng)價(jià),將極大地推動(dòng)基于電力線(xiàn)寬帶通信”技術(shù)的電力用戶(hù)智能電網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)的大規(guī)模推廣應(yīng)用。電力線(xiàn)寬帶通信技術(shù)充分利用現(xiàn)有的配電網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)路,無(wú)需布線(xiàn),可以

8、較大程度上節(jié)省網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資,符合我國(guó)建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的宗旨,也是低成本實(shí)現(xiàn)用戶(hù)終端寬帶網(wǎng)絡(luò)化重要手段之一。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的以太網(wǎng)建設(shè)需要敷設(shè)大量的光纖和雙絞線(xiàn),安裝大量的網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備。盡管光纖和雙絞線(xiàn)可靠性高,但施工量太大,而且安裝技術(shù)要求高,造成初裝成本高,目前尚不適宜于電力用戶(hù)計(jì)量終端網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。電力線(xiàn)寬帶通信以電力線(xiàn)為載體,覆蓋范圍廣、無(wú)需布線(xiàn)、建設(shè)投資小,而且終端連接方便,接入電源就等于接入網(wǎng)絡(luò)。因此,利用供電公司380V/220V低壓供電網(wǎng)絡(luò),完全可以建立起從局端直達(dá)每個(gè)低壓用戶(hù)的端到端的寬帶通信網(wǎng)絡(luò),既可以為供電公司遠(yuǎn)程用電管理的各種應(yīng)用提供統(tǒng)一的寬帶通信平臺(tái),又可以為其它基于互聯(lián)網(wǎng)的社區(qū)

9、、樓宇與家庭的諸多應(yīng)用提供經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的寬帶傳輸手段。· 3電力線(xiàn)寬通信在抄表領(lǐng)域與其他通信方式的比較3.1抄表領(lǐng)域的主要通信方式在抄表領(lǐng)域,本地通信信道的主要方式包括RS-485、窄帶電力線(xiàn)載波、寬帶電力線(xiàn)載波和短距離無(wú)線(xiàn)等。(1)RS-485總線(xiàn)。RS-485是一種雙向、半雙工通信的工業(yè)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn),允許多個(gè)器和接收器掛接在總線(xiàn)上,數(shù)據(jù)信號(hào)采用差分傳輸方式,具有較高共模范圍(-7V至+12V)。其優(yōu)勢(shì)在于資源消耗小,易于實(shí)現(xiàn),成本低廉,信號(hào)傳輸可靠性高,因此得到了廣泛的應(yīng)用。但每條RS-485總線(xiàn)上的終端數(shù)量有限,多臺(tái)設(shè)備共存時(shí)需要分級(jí)轉(zhuǎn)發(fā),因此系統(tǒng)安裝調(diào)試復(fù)雜;因終端共用總線(xiàn),任何一個(gè)

10、節(jié)點(diǎn)故障都會(huì)導(dǎo)致總線(xiàn)無(wú)法通信,因此故障排查工作量大;RS-485總線(xiàn)的實(shí)現(xiàn)需要敷設(shè)專(zhuān)用線(xiàn)路,施工量大,容易遭受外部電磁干擾和人為破壞。(2)窄帶載波通信方式。低壓窄帶載波通信技術(shù)是指載波信號(hào)頻率范圍500kHz的低壓電力線(xiàn)載波通信,數(shù)據(jù)傳輸速率較低。采用這種通信方式時(shí)無(wú)需另外鋪設(shè)通信線(xiàn)路,安裝方便、可以方便地將電力通信網(wǎng)絡(luò)延伸到低壓用戶(hù)側(cè),實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)電表的數(shù)據(jù)采集和控制,適應(yīng)性好。因?yàn)殡娏€(xiàn)信道具有信號(hào)衰減大、噪聲源多且干擾強(qiáng)、受負(fù)載特性影響大特性,從而降低了低壓窄帶載波通信的可靠性,使其推廣應(yīng)用遭遇一些技術(shù)障礙,需要在應(yīng)用時(shí)采用軟、硬件技術(shù)結(jié)合完成組網(wǎng)優(yōu)化。因此低壓窄帶載波通信方式適用于表安

11、裝位置分散、布線(xiàn)困難、用電負(fù)載特性變化較小的臺(tái)區(qū),例如城鄉(xiāng)公變臺(tái)區(qū)供電區(qū)域、別墅區(qū)等。(3)電力線(xiàn)寬帶通信方式。低壓電力線(xiàn)寬帶通信技術(shù)指載波信號(hào)頻率范圍>1MHz的低壓電力線(xiàn)載波通信。低壓電力線(xiàn)寬帶通信占用頻帶寬,數(shù)據(jù)傳輸速率高,數(shù)據(jù)容量大,雙向傳輸,無(wú)需另外鋪設(shè)通信線(xiàn)路,安裝方便、可以方便地將電力通信網(wǎng)絡(luò)延伸到低壓用戶(hù)側(cè),實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)電表的數(shù)據(jù)采集和控制,適應(yīng)性好。因其采用較高頻率的載波信號(hào),在電力線(xiàn)中信號(hào)衰減較快,因此在長(zhǎng)距離通信中,可通過(guò)在適當(dāng)條件下加裝中繼方式實(shí)現(xiàn)可靠傳輸。電力線(xiàn)寬帶通信所使用的頻段在電力線(xiàn)上干擾較少,通信可靠性更高、更穩(wěn)定,安全性更好,這種模式適合用戶(hù)電表集中的城

12、市社區(qū),能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)預(yù)付費(fèi)功能。(4)無(wú)線(xiàn)通信方式。無(wú)線(xiàn)通信的頻段是工業(yè)科學(xué)醫(yī)療(ISM)頻段微,包括433MHz、868MHz(歐洲)、915MHz(美國(guó))和2.Hz,節(jié)點(diǎn)間的通信方式包括點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、固定中繼和自組網(wǎng)等類(lèi)型。無(wú)線(xiàn)通信方式主要包括ZIGBEE、微蜂窩及由這些技術(shù)衍生出來(lái)的類(lèi)ZIGBEE等方式。無(wú)線(xiàn)通信的優(yōu)點(diǎn)在于安裝簡(jiǎn)便,無(wú)需布線(xiàn),適應(yīng)性強(qiáng)。但因其標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一,實(shí)現(xiàn)方式各異,性能參差不齊。除了距離衰減外,建筑物、天氣、空間電磁干擾等外部環(huán)境變化都會(huì)對(duì)無(wú)線(xiàn)通信造成影響,因此無(wú)線(xiàn)通信方式在抄表領(lǐng)域的應(yīng)用也必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境,采用中繼、轉(zhuǎn)發(fā)、組網(wǎng)等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸,使其推廣受到阻礙,更

13、適合于作為其他本地通信方式的補(bǔ)充形式。· 3.2通信方式對(duì)比綜上所述,各種通信方式都各具特點(diǎn),根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司“電力用戶(hù)智能電網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組”提供的有關(guān)研究報(bào)告,抄表系統(tǒng)的幾種通信方式的優(yōu)缺點(diǎn)比較如下:總體來(lái)說(shuō),電力線(xiàn)載波方式,包括窄帶和寬帶電力線(xiàn)通信在系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)性上具有優(yōu)勢(shì),但在兩者相比較來(lái)看,寬帶電力線(xiàn)載波通信方式無(wú)疑具有較高的技術(shù)水平和性能,在速率、可靠性、擴(kuò)展性上的優(yōu)勢(shì)尤為明顯,其主要理由如下:1)寬帶載波作為以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新分支,是基于已經(jīng)過(guò)廣泛驗(yàn)證的TCP/IP,因而具有完善的鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)保護(hù)與驗(yàn)證,遠(yuǎn)非各種窄帶載波的結(jié)點(diǎn)組織和中繼可比。2)寬

14、帶通信速率高,每個(gè)IP包在毫秒級(jí)時(shí)間內(nèi)即完成數(shù)據(jù)傳輸,可大大降低遭受突發(fā)干擾的影響,即使一次通信失敗,也可按照帶沖突檢測(cè)的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(CSMA/CD)迅速重發(fā),確保數(shù)據(jù)可靠。3)寬帶載波芯片大都基于高性能32位核心和技術(shù)制造,在技術(shù)等級(jí)和性能上都具有優(yōu)勢(shì)。4)即使是在窄帶載波較有優(yōu)勢(shì)的通信距離上,目前的寬帶載波設(shè)備也可通過(guò)自身已具備的自動(dòng)路由選址和中繼組網(wǎng)機(jī)制,可以更好的滿(mǎn)足端到端的通信解決方案。5)基于TCP/IP機(jī)制的寬帶載波,通信性能高、速率快、穩(wěn)定性安全性高、擴(kuò)展能力強(qiáng),應(yīng)用于低壓用戶(hù)集中抄表的本地通信,可確保抄表數(shù)據(jù)的通信成功率和準(zhǔn)確率,是實(shí)現(xiàn)電力營(yíng)銷(xiāo)將來(lái)預(yù)付費(fèi)管理模式

15、的可靠平臺(tái)。4基于電力線(xiàn)寬帶通信技術(shù)的低壓用戶(hù)集中抄表系統(tǒng)4.1系統(tǒng)簡(jiǎn)介基于電力線(xiàn)寬帶載波技術(shù)的低壓用戶(hù)集中抄表系統(tǒng),就是把先進(jìn)的電力線(xiàn)寬帶通信技術(shù)(BPLC)和智能化抄表技術(shù)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)電表實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與寬帶傳輸于一體的新一代低壓用戶(hù)集中抄表解決方案。本系統(tǒng)適用于電力用戶(hù)集中的城市臺(tái)區(qū),如居民小區(qū)和普通工商業(yè)用戶(hù)。所采集的電表類(lèi)型包括帶有RS485通訊的普通單相、三相電子表。系統(tǒng)的特點(diǎn)是:利用臺(tái)變以下的低壓電力線(xiàn)作為通信傳輸介質(zhì),采用電力線(xiàn)寬帶通信模塊進(jìn)行的調(diào)制和解調(diào),免布線(xiàn)、低成本地實(shí)現(xiàn)用戶(hù)終端電表的網(wǎng)絡(luò)化采集環(huán)境。4.2系統(tǒng)架構(gòu)基于電力線(xiàn)寬帶載波技術(shù)的低壓用戶(hù)集中抄表系統(tǒng)以城鎮(zhèn)公用配變臺(tái)

16、區(qū)或居民小區(qū)(多配變臺(tái)區(qū))為采集單位,對(duì)該配變臺(tái)區(qū)或居民小區(qū)的全部居民電表(還包括配電臺(tái)區(qū)的單、三相工商業(yè)用戶(hù)電表)以及配變臺(tái)區(qū)的總表進(jìn)行用電信息采集,并遠(yuǎn)程上傳給局端主站系統(tǒng)。局端主站系統(tǒng)通過(guò)系統(tǒng)構(gòu)建的寬帶通信網(wǎng)絡(luò),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)電表的遠(yuǎn)程通斷電控制和未來(lái)的預(yù)付費(fèi)管理等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能。· 4.3系統(tǒng)架構(gòu)說(shuō)明基于電力線(xiàn)寬帶載波技術(shù)的低壓用戶(hù)集中抄表系統(tǒng)可根據(jù)部署位置分為主站、通信信道和采集設(shè)備三部分。系統(tǒng)的架構(gòu)如圖1所示。(1)系統(tǒng)主站主站部分的物理結(jié)構(gòu)主要由數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、通信前置機(jī)、防火墻設(shè)備以及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成。建議單獨(dú)組網(wǎng),與營(yíng)銷(xiāo)應(yīng)用系統(tǒng)和其它應(yīng)用系統(tǒng)以及公網(wǎng)信道采

17、用防火墻進(jìn)行安全隔離,保證系統(tǒng)的信息安全。(2)通信信道通信信道分為遠(yuǎn)程通信信道和本地通信信道。遠(yuǎn)程通信信道是指系統(tǒng)主站與遠(yuǎn)端網(wǎng)絡(luò)集中器之間的通信信道,主要包括光纖信道、GPRS/公用網(wǎng)絡(luò)信道、230MHz無(wú)線(xiàn)電力專(zhuān)用信道等。由于光纖信道的高帶寬、高速率和高可靠性,在有條件的情況下建議將電力通信光纖專(zhuān)網(wǎng)向配網(wǎng)延伸至每個(gè)臺(tái)區(qū),覆蓋全部10KV線(xiàn)路,以確保骨干通信網(wǎng)絡(luò)的專(zhuān)有性和安全性。本地通信信道是指網(wǎng)絡(luò)集中器與采集器、采集器與電能表計(jì)之間的通信信道。網(wǎng)絡(luò)集中器與采集器之間通過(guò)電力線(xiàn)寬帶通信技術(shù),形成以電力線(xiàn)為傳輸介質(zhì)的高速I(mǎi)P網(wǎng)絡(luò)。采集器與電能表計(jì)之間的通信信道為RS-485總線(xiàn)。(3)采集設(shè)備采集設(shè)備指安裝在現(xiàn)場(chǎng)的終端及計(jì)量設(shè)備,主要包括網(wǎng)絡(luò)集中器、電力線(xiàn)寬帶載波采集器以及電能表計(jì)等,分別介紹如下:1)網(wǎng)絡(luò)集中器:用于收集各采集終端的數(shù)據(jù),并進(jìn)行處理儲(chǔ)存,同時(shí)能和主站或手持設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。集中器具有以太網(wǎng)絡(luò)接口,下行與采集器之間的通信采用電力線(xiàn)寬帶載波技術(shù),完成集中器對(duì)采集器的數(shù)據(jù)收集和集中管理。上行通過(guò)電力專(zhuān)用的,或電信運(yùn)營(yíng)商的GPRS/ADSL信道,上傳抄表數(shù)據(jù)給系統(tǒng)主站,并接受主站的管理指令,完成

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