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文檔簡介

污水處理廠的應(yīng)用技術(shù)案例研究ControlLogix關(guān)系統(tǒng)鍵詞:對氧污化水溝廠的工控業(yè)制以通太訊網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)做了闡?述LC說控明制,系提統(tǒng)供氧了化實溝際污應(yīng)水用處的理拓廠撲中圖的。應(yīng)用,對各工藝設(shè)備的控制系統(tǒng),對污水廠的控制通訊網(wǎng)絡(luò)做了闡述說明。引言某污水處理工程(一期)位于廣東省廣州市番禺區(qū)某村,采用改良氧化溝污水處理工藝,一期規(guī)模日處理量15萬立方米,總投資概算為37639.08萬人民幣。為二級城市污水處理廠,處理后污水達(dá)一級B類排放標(biāo)準(zhǔn)。污水廠進(jìn)廠水水質(zhì)指標(biāo)如下:SS200mg/LBOD5210mg/LCOD600mg/LNH3-N35.0mg/L總磷3.0mg/LPH6~9污水廠出水水質(zhì)指標(biāo)如下:SS20mg/LBOD520mg/LCOD60mg/LNH3-N8(15)mg/L總磷1.5mg/L我們公司作為該項目自控系統(tǒng)的承建方,2011年初完成該項目并通過驗收。控制系統(tǒng)采用美國羅克韋爾自動化公司(RockwellAutomation)ControlLogix系列PLC控制器,實現(xiàn)全廠生產(chǎn)過程的自動控制。1、生產(chǎn)工藝介紹和主要的控制功能:1.1處理工藝流程簡介該廠采用氧化溝處理工藝,氧化溝又名氧化渠,因其構(gòu)筑物呈封閉的環(huán)形溝渠而得名。它是活性污泥法的一種變型。因為污水和活性污泥在曝氣渠道中不斷循環(huán)流動,因此有人稱其為“循環(huán)曝氣池”、“無終端曝氣池”。氧化溝的水力停留時

間長,有機負(fù)荷低,其本質(zhì)上屬于延時曝氣系統(tǒng)。氧化溝利用連續(xù)環(huán)式反應(yīng)池(CintinuousLoopReator,簡稱CLR)作生物反應(yīng)池,混合液在該反應(yīng)池中一條閉合曝氣渠道進(jìn)行連續(xù)循環(huán),氧化溝通常在延時曝氣條件下使用。氧化溝使用一種帶方向控制的曝氣和攪動裝置,向反應(yīng)池中的物質(zhì)傳遞水平速度,從而使被攪動的液體在閉合式渠道中循環(huán)。與其他污水生物處理方法相比,氧化溝具有處理流程簡單,操作管理方便;出水水質(zhì)好,工藝可靠性強;基建投資省,運行費用低等特點。流程示意圖如下:Jut北 k k細(xì)格何 1Jut北 k k細(xì)格何 1余..■'J沁 Aiki:kI!;■'1.2控制方式全廠的設(shè)備均采用自動控制、遙控和就地控制三種控制方式。設(shè)備的控制方式如下:現(xiàn)場手動模式:設(shè)備的現(xiàn)場控制箱或MCC控制柜上的“就地/遠(yuǎn)程”開關(guān)選擇“就地”方式時,通過現(xiàn)場控制箱或MCC控制柜上的按鈕實現(xiàn)對設(shè)備的啟/停、開/關(guān)操作。就地檢修維護(hù)模式:現(xiàn)場控制箱或MCC控制柜上的“就地/遠(yuǎn)程”開關(guān)選擇“遠(yuǎn)程”方式時,設(shè)備控制權(quán)在控制站。操作人員通過控制站的操作面板上選擇“手動”方式,利用監(jiān)控畫面或鍵盤對設(shè)備進(jìn)行檢修操作。遙控模式:即遠(yuǎn)程手動控制方式。現(xiàn)場控制箱或MCC控制柜上的“就地/遠(yuǎn)程”開關(guān)選擇“遠(yuǎn)程”方式,且控制站的操作面板上選擇“遙控”方式時,操作人員通過中控系統(tǒng)操作站的監(jiān)控畫面用鼠標(biāo)器或鍵盤選擇“遙控”方式并對設(shè)備進(jìn)行啟/停、開/關(guān)操作。自動模式:現(xiàn)場控制箱或MCC控制柜上的“就地/遠(yuǎn)程”開關(guān)選擇“遠(yuǎn)程”方式,且控制站的“自動/遙控”設(shè)定為“自動”方式時,設(shè)備的運行完全由各控制站根據(jù)污水處理廠的工況、相關(guān)儀表的檢測數(shù)據(jù)以及生產(chǎn)要求來完成對設(shè)備的運行或開/關(guān)控制,而不需要人工干預(yù)??刂品绞皆O(shè)計為:就地手動控制優(yōu)先,在此基礎(chǔ)上,設(shè)置遠(yuǎn)程遙控和自動控制??刂萍墑e由高到低為:現(xiàn)場手動控制、就地檢修控制、遙控控制、自動控制。手動方式是操作人員的專有權(quán)利,因為過程連鎖在此模式下無效;而自動模式下,安全連鎖是有效的,并限制操作的可能性,可防止非正常狀態(tài)下運行。離工藝過程越近的控制層具有更高的優(yōu)先權(quán)。1.3各控制系統(tǒng)介紹1.3.1細(xì)格柵自動控制系統(tǒng)對格柵設(shè)置四種控制方式:水位差自動控制(細(xì)粗格柵)、時間控制、遙控、手動控制。在格柵前后設(shè)超聲波液位差儀表,根據(jù)水位差測量儀測得的格柵前后水位差值自動控制機械格柵的運行,即水位差達(dá)到設(shè)定值時,自動啟動格柵。當(dāng)機械格柵停止運行的時間超過設(shè)定值時,系統(tǒng)轉(zhuǎn)為時間控制,此時限為可調(diào)式設(shè)計?,F(xiàn)場控制終端系統(tǒng)將根據(jù)軟件程序自動控制輸送柵渣壓實機、機械格柵的順序啟停、運行、停車以及安全連鎖保護(hù)。任何一臺格柵啟動時,總是先啟動輸送機和柵渣壓實機。停車時,格柵機先關(guān)閉,輸送機和柵渣壓實機運行一段時間后停止。1.3.2水泵自動控制系統(tǒng)在泵池設(shè)超聲波液位儀表,根據(jù)水位測量儀測得的泵房水位值自動控制多臺水泵的啟停運行。當(dāng)泵房水位高至某一設(shè)定的水位值時,PLC控制系統(tǒng)將按軟件程序自動增加水泵的運行臺數(shù);相反,當(dāng)泵房水位降至某一設(shè)定的水位值時,PLC控制系統(tǒng)將按軟件程序自動減少水泵的運行臺數(shù)。同時,系統(tǒng)累積各個水泵的運行時間,自動輪換水泵,保證各水泵運行時間基本相等,使其保持保持最佳運行狀態(tài)。當(dāng)水位降至十運轉(zhuǎn)水位時,自動控制全部水泵停止運行。在監(jiān)控管理系統(tǒng)和就地控制系統(tǒng)的操作面板上可以設(shè)定水位值。此外,為了能夠減少信號線的數(shù)量,提高控制效率,更多地采集水泵的相關(guān)電流、電壓等參數(shù),在設(shè)計中采用7AB公司的E3通訊模塊,現(xiàn)場的E3通訊模塊與PLC柜中的DeviceNet模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。在上位機中不但能夠采集到水泵的運行狀態(tài)信號,還能采集到水泵的電壓,電流等運行參數(shù),為提高水泵的利用效率,節(jié)能降耗發(fā)揮了重要作用。1.3.3沉砂池的自動控制系統(tǒng)沉砂池的設(shè)備自成系統(tǒng),隨設(shè)備所帶的就地控制箱將帶有啟動時序和停止時序,以及安全保護(hù)程序,自動控制整套沉砂池設(shè)備的運行°PLC控制系統(tǒng)將采集沉砂池全部設(shè)備的運行狀態(tài),上位監(jiān)控管理計算機也可遠(yuǎn)控整套沉砂池設(shè)備的啟動/停止。1.3.4生物池的自動控制系統(tǒng)在生物池設(shè)置超聲波液位計、溶解氧檢測儀等儀表,生物池的生物處理過程就是由PLC控制系統(tǒng)按照檢測儀表的實時測量值和預(yù)先編制的控制程序相互配合來完成生物池中各種工藝設(shè)備的啟停,自動控制系統(tǒng)包括:進(jìn)水控制、循環(huán)控制、空氣曝氣量自動調(diào)節(jié)、回流污泥控制。1.3.4.1進(jìn)水控制通過水位計檢測生物池水位。當(dāng)水位值達(dá)到設(shè)定值時,自動關(guān)閉進(jìn)水閥,停止進(jìn)水。1.3.4.2循環(huán)控制由PLC控制系統(tǒng)按照預(yù)先編制的程序完成,也可根據(jù)進(jìn)水量通過監(jiān)控管理系統(tǒng)和就地控制系統(tǒng)的操作面板上進(jìn)行設(shè)定,具體控制方案詳見工藝設(shè)計。1.3.4.3空氣曝氣量自動調(diào)節(jié)和鼓風(fēng)機的控制根據(jù)生物池中設(shè)定的溶解氧值自動調(diào)節(jié)生物池中的空氣量,保證生物池中的生物處理過程能夠順利進(jìn)行??諝庹{(diào)節(jié)的方法如下:首先根據(jù)池中的溶解氧值來調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機控制空氣量。在保證生物池內(nèi)空氣需求量和滿足曝氣管最低壓力值的前提下,盡可能地節(jié)省能耗,上述各調(diào)節(jié)相互關(guān)聯(lián),相互影響,最終達(dá)到最佳狀態(tài)。廠區(qū)共有4臺鼓風(fēng)機,每臺鼓風(fēng)機都作為一個小系統(tǒng),采用ABSLC500系列PLC控制,由一個主控系統(tǒng)對4臺鼓風(fēng)機的參數(shù)進(jìn)行分析、優(yōu)化。為了能夠在上位機檢測鼓風(fēng)機的運行狀態(tài),控制鼓風(fēng)機的啟停以及出風(fēng)量的大小,在PLC控制系統(tǒng)中通過MB+通訊模塊實現(xiàn)與ControlLogixPLC系統(tǒng)的通訊。1.3.4.4回流污泥量的自動調(diào)節(jié)為保證生物池中污泥混合液濃度在工藝生產(chǎn)要求的范圍內(nèi),采用按時間控制的方式。PLC控制系統(tǒng)根據(jù)時間控制回流污泥泵的運行時間,實現(xiàn)進(jìn)水量與污泥回流量的合理配比,從而保證生物處理的質(zhì)量穩(wěn)定性??梢酝ㄟ^監(jiān)控管理系統(tǒng)和就地控制系統(tǒng)的操作面板設(shè)定回流污泥比例和污泥回流泵的運行時間。1.3.5泥位控制通過液位計檢測貯泥池的泥位,當(dāng)泥位低于最小值時,停攪拌器。同時發(fā)出低泥位報警。1.3.6污泥脫水的自動控制污泥脫水過程按污泥脫水系統(tǒng)自身控制設(shè)備預(yù)先編制的程序控制運行。污泥脫水的程序控制采用時間控制和手動控制。系統(tǒng)設(shè)計帶有啟動時序和停止時序,以及安全保護(hù)程序。在藥液已制備完成的前提下,設(shè)備的啟動次序依次為傾斜式輸送機、水平式輸送機、濃縮脫水一體機、加藥泵、進(jìn)泥泵,停止順序與之相反。上位監(jiān)控管理計算機可遠(yuǎn)程監(jiān)測污泥脫水系統(tǒng)全部設(shè)備的運行狀態(tài)和故障報警,也可遠(yuǎn)程控制污泥脫水系統(tǒng)的開停。2、自控系統(tǒng)配置2.1通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)本工程設(shè)計的通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)依托美國Rockwell公司的集成自動化技術(shù),組成一個復(fù)合性,多層次的集管理、監(jiān)控功能于一體的網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)。包括工業(yè)以太網(wǎng),MCC柜現(xiàn)場級DeviceNet現(xiàn)場總線。通訊系統(tǒng)根據(jù)集中管理、分散控制原則,網(wǎng)絡(luò)由三層網(wǎng)絡(luò)層次組成:第一層為信息層,即中控室與各現(xiàn)場控制站間采用工業(yè)以太網(wǎng),對等通訊方式(光纜,環(huán)網(wǎng)冗余,速率10/100Mbit/s自適應(yīng))即中控室內(nèi)各計算機間的通訊網(wǎng)絡(luò);第二層為控制層,即現(xiàn)場控制站與現(xiàn)場控制分站之間、遠(yuǎn)程IO子站的通訊,采用開放的、國際上認(rèn)可的現(xiàn)場總線,中控室監(jiān)控計算機與各現(xiàn)場控制站間采用工業(yè)以太網(wǎng),對等通訊方式(光纜,環(huán)網(wǎng)冗余,速率L0/100Mbit/s自適應(yīng));第三層為設(shè)備層,即現(xiàn)場控制站與現(xiàn)場控制箱、高低壓開關(guān)柜之間的通訊,采用開放的,國際上認(rèn)可的現(xiàn)場總線。通訊速率12Mbps?9.6Kbps,根據(jù)現(xiàn)場距離不等而不等,通訊距離至少1000m,通信媒介為屏蔽雙絞線電纜。2.2設(shè)備層網(wǎng)絡(luò) DeviceNet現(xiàn)場設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)用以連接底層現(xiàn)場設(shè)備,減少現(xiàn)場接線,提高系統(tǒng)信息化和智能診斷水平,必須符合開放網(wǎng)絡(luò)要求,易于安裝、實施和維護(hù)?;诂F(xiàn)場設(shè)備的多樣性及特點的不同,允許有多種現(xiàn)場設(shè)備總線,分別提供普通底層設(shè)備和過程儀表的連接能力。但是網(wǎng)絡(luò)的種類和層次應(yīng)盡可能少,而且應(yīng)當(dāng)與控制層總線協(xié)議模式保持一致性,并都能夠提供現(xiàn)成的、成熟可靠的通訊接口,應(yīng)能夠通過控制層任意一點接入,實現(xiàn)對設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)完整的組態(tài)、診斷、控制和數(shù)據(jù)采集,所有這些功能的實現(xiàn)應(yīng)盡可能簡單、無需編程或者任何復(fù)雜的網(wǎng)關(guān)設(shè)備。連接離散設(shè)備:普通離散量設(shè)備是指過程儀表(儀表、變送器等)以外的工廠現(xiàn)場設(shè)備,簡單的如光電開關(guān)、啟動器等,典型的如變頻器、軟啟動器、馬達(dá)保護(hù)器、現(xiàn)場觸摸屏等。開放性:設(shè)備總線必須是符合國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線。該總線必須在國內(nèi)有良好的接受程度,被證實是先進(jìn)的、可靠的、符合未來發(fā)展方向的主流現(xiàn)場總線。該總線應(yīng)當(dāng)在國內(nèi)有國家級的中立的推廣機構(gòu),提供技術(shù)規(guī)格、開發(fā)支持等工作。拓?fù)洌嚎偩€-分支線結(jié)構(gòu),同時支持靈活的樹型、星型、雛菊鏈等結(jié)構(gòu),最大網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞秶坏陀?00米,單個網(wǎng)段連接節(jié)點數(shù)不低于40個。速度:最低網(wǎng)絡(luò)速度不低于125Kbps。工作模式:支持主從、對等、多主等多種靈活的數(shù)據(jù)通訊結(jié)構(gòu)。在報文傳輸方面,提供查詢、逢變則報、周期性發(fā)送、選通等多種靈活高效的通訊方式。供電:采用總線供電方式,所有通訊接口模塊無需額外的電源。采用+24V直流供電方式,電源的分布根據(jù)網(wǎng)絡(luò)具體情況可以靈活布置,支持冗余供電。設(shè)備:具備豐富的現(xiàn)場設(shè)備連接能力,包括控制系統(tǒng)、現(xiàn)場I/O、光電開關(guān)、馬達(dá)啟動器、變頻器、馬達(dá)綜合保護(hù)器、綜合電量表、現(xiàn)場操作員接口、編碼器、顯示裝置等。2.3控制層網(wǎng)絡(luò)——IEC61158ControlNet采用Producer/Consumer技術(shù)的ControlNet網(wǎng)絡(luò),與傳統(tǒng)主/從模式網(wǎng)絡(luò)相比,網(wǎng)絡(luò)效率大大提高,無需太高的波特率也可以更好地實現(xiàn)高速確定的實時控制。5Mbit/s通信速率,不會因距離延伸而有任何降低,1KM擴展無需中繼。最大網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)99。嚴(yán)格工業(yè)等級的屏蔽同軸電纜,保證在任意工業(yè)應(yīng)用場合中也具有最佳的抗干擾和環(huán)境免疫能力。Max.30KM。實時控制信息(Scheduled)和非實時信息(Unscheduled)在同一個網(wǎng)絡(luò)上被區(qū)別對待:實時控制信息(Scheduled)可預(yù)先組態(tài)通訊工作方式(輪循Polling、周期性發(fā)送Cyclic或者逢變則報COS可選);非實時信息的變化不會影響實時控制信息的實時性和確定性傳輸,具有最佳的確定性和可重復(fù)性。網(wǎng)絡(luò)傳輸時間可預(yù)選組態(tài)。冗余配置可選。支持總線、樹型、星型、環(huán)型等多種拓?fù)湫问健鉉ontrolNet是種高速確定性控制層網(wǎng)絡(luò),用于對時間有苛刻要求的控制信息傳輸。2.4EtherNet/IP(工業(yè)以太網(wǎng))1985年,ISO(國際標(biāo)準(zhǔn)化組織)確定了以太網(wǎng)的國際標(biāo)準(zhǔn)?,F(xiàn)今以太網(wǎng)在商用系統(tǒng)中已非常普遍,在工業(yè)控制中以太網(wǎng)常用于程序的維護(hù),將工廠級的數(shù)據(jù)傳入或傳出更高的級別的MIS或MES(生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng))。完成批量數(shù)據(jù)的存儲,分類,管理及優(yōu)化事件登錄等功能。以太網(wǎng)通訊的典型設(shè)備包括:服務(wù)器、操作員站、控制器、人機界面以及HMI系統(tǒng).。易于使用以太網(wǎng)的應(yīng)用包括:工廠整體監(jiān)控和管理、工藝模型的儲存和優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程維護(hù),生產(chǎn)計劃和程序的上裝/下裝。以太網(wǎng)特點:(1) 信息傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)。(2) 可與多種微機制造商和軟件連接。(3) 支持多種傳輸介質(zhì)包括無線通訊方式。(4) 標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)管理軟件,易于集成和診斷。(5) 基本指標(biāo):□網(wǎng)絡(luò)協(xié)議TCP/IP;□波波特率100Mbps;□網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)雙絞線,同軸電纜,光纖。萬年亭泵站分控站的數(shù)據(jù)通訊采用租用電信網(wǎng)絡(luò)寬帶的方式與中控室建立通訊。2.1.1網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和信息網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和信息主要三類:(1) 普通文字?jǐn)?shù)據(jù)、信息類:主要有辦公自動化,公司管理信息;(2) 現(xiàn)場實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)類:主要有水位、電流、電壓和泵機、閥門的工況等信息;(3) 多媒體數(shù)據(jù)信息類:主要有需要現(xiàn)場實時調(diào)控的數(shù)據(jù)、實時故障信息及視頻圖像。其中最后多媒體數(shù)據(jù)信息類對網(wǎng)絡(luò)性能的要求很高,必須有足夠的網(wǎng)絡(luò)帶寬,很高的傳輸速率,以及很短的網(wǎng)絡(luò)時延。實際的帶寬:4M。2.1.2本系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)點(1) 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計層次結(jié)構(gòu)合理,能適應(yīng)企業(yè)今后發(fā)展的需要。(2) 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可靠高,按冗余配置。(3) 具有高速的網(wǎng)絡(luò)傳輸速度。(4) 系統(tǒng)開放性強,具有廣泛的可連接性。(5) 網(wǎng)絡(luò)安全性強。2.2PLC控制系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)系統(tǒng)負(fù)責(zé)污水廠現(xiàn)場自動控制的任務(wù),根據(jù)水處理的工藝要求,PLC控制器通過現(xiàn)場儀表采集液位、PH值、壓力、流量、COD、溶氧DO、總磷、總氮、污泥濃度等生產(chǎn)實時數(shù)據(jù),對采集的數(shù)據(jù)按編制的程序運行、進(jìn)行分析,實現(xiàn)污水處理的過程控制、順序控制、連鎖控制、設(shè)備的開機、停機等各種控制。為保證可靠性,PLC控制器按冗余設(shè)計?,F(xiàn)場控制站的PLC控制器通過工業(yè)以太網(wǎng)與上位機交換數(shù)據(jù),接收上位機的控制命令,實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。2.2.1ControlLogix系統(tǒng)特點具有最佳實時性和確定性的IEC61158ControlNet工業(yè)現(xiàn)場總線和Logix高性能控制站共同配合,功能強大、使用靈活,可以同時滿足大型自動化系統(tǒng)對于穩(wěn)定過程控制和復(fù)雜聯(lián)鎖控制等方面的嚴(yán)格要求。其中:Logix控制站采用多處理器并行處理的方式;任何I/O模塊均內(nèi)置處理器以完成I/O信號處理、運算以及比較等分布式運算;任何背板和通訊模塊也內(nèi)置處理器實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊管理。這種設(shè)計,可以大大降低Logix控制器的負(fù)荷;并且,Logix控制器內(nèi)本身也是多處理器結(jié)構(gòu),分別用于程序掃描、通訊和I/O掃描。Logix控制內(nèi)核采用32位高速處理器和實時多任務(wù)操作系統(tǒng)(最大32個任務(wù)、連續(xù)任務(wù)、周期任務(wù)或事件任務(wù)可選,不同任務(wù)還有多重優(yōu)先級可選)。Logix控制站的本地I/O或者通過ControlNet擴展的遠(yuǎn)程I/O模塊:用戶可根據(jù)其控制任務(wù)對實時響應(yīng)要求的不同,為其分別設(shè)置最合適的數(shù)據(jù)刷新方式和時間。因此,用戶可在控制器內(nèi)使用周期性任務(wù)、并將I/O組態(tài)為周期性采樣方式,以獲得穩(wěn)定的高精度過程控制;用戶也可在控制器內(nèi)使用事件任務(wù)、并將I/O組態(tài)為逢變則報(COS),以實現(xiàn)最苛刻的即時安全聯(lián)鎖。面向“對象”技術(shù)的自動數(shù)據(jù)管理和編程,用戶編程不需分配/使用任何內(nèi)存地址,并且支持用戶可定義的三維數(shù)組和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),使用靈活方便;用戶為其不同應(yīng)用需要選擇合適的最佳方式(符合IEC61131-3國際標(biāo)準(zhǔn)的梯形圖、順序流程圖、功能塊圖和結(jié)構(gòu)文本等多種編程方式可選)。ALogix控制站背板采用先進(jìn)的生產(chǎn)者/消費者(Producer/Consumer)通訊技術(shù),其本身就是智能化網(wǎng)絡(luò)路由平臺。□在同一背板中,用戶可將多個處理器、通訊模塊以及I/O模塊任意混用而沒有限制?!醪⑶?,數(shù)據(jù)從一種網(wǎng)絡(luò)到另一種網(wǎng)絡(luò)只需通過背板和相關(guān)通訊模塊,完全無需控制器

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