CN107908180B - 一种用于分布式控制系统测试的信号调理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于分布式控制系统测试的信号调理装置及方法，其装置包括信号切换控制电路、模拟量输入调理电路、模拟量输出调理电路、模拟量调理转接电路和电源转接电路，模拟量调理转接电路分别与过程校准仪、分布式控制系统、模拟量输入调理电路、模拟量输出调理电路和信号切换控制电路电连接，模拟量输入调理电路、模拟量输出调理电路和信号切换控制电路分别与工控机电连接。本发明根据工控机输出的控制信号切换测试通道，实现性能测试与功能测试的自动切换，通过过程校准仪与卡式仪器的合理配合，保证信号性能指标使用过程校准仪进行验证，提高了测试结果的可信度。
Description
技术领域
本发明涉及信号调理领域，尤其涉及一种用于分布式控制系统测试的信号调理装置及方法。
背景技术
在分布式控制系统中，4-20mA电流信号是常见工业标准信号，复杂系统中模拟量的通道都在几百个以上。目前对于分布式控制系统中4-20mA电流信号的测试活动有性能测试和功能测试两种，其中性能测试，尤其是精度测试，对测试仪器的性能指标要求较高，而目前测试仪器主要有台式仪表和插卡式仪器两种，其中台式仪表测试性能高，但是所提供的测试通道相对较少，体积较大，设备昂贵，不能满足大规模系统的自动化测试要求，而插卡式仪器可以提供多个测试通道，体积较小，易于集成，能够满足复杂系统多通道同时测量的要求，但是相对而言，插卡式仪器的测量精度有限，不能满足性能测试要求。目前用于测试分布式集中系统的自动化测试装置主要侧重于功能验证，使用插卡仪器的多通道同时采集监视分布式控制系统的系统信号，根据预置的判据检查通道的指标。当需要测试通道的精度、分辨率等性能指标时，将分布式控制系统的通道与自动化测试装置断开，再使用台式或手持的高精度过程校准仪逐一对各个通道进行验证，效率低下。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种用于分布式控制系统测试的信号调理装置及方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于分布式控制系统测试的信号调理装置，包括信号切换控制电路、模拟量输入调理电路、模拟量输出调理电路、模拟量调理转接电路和电源转接电路，所述模拟量调理转接电路分别与所述分布式控制系统、模拟量输入调理电路、模拟量输出调理电路和信号切换控制电路电连接，所述模拟量调理转接电路与过程校准仪电连接，所述信号切换控制电路与工控机电连接，所述模拟量输入调理电路和模拟量输出调理电路均通过所述模拟量调理转接电路与所述工控机电连接，所述电源电路分别与所述信号切换控制电路、模拟量输入调理电路、模拟量输出调理电路和模拟量调理转接电路电连接；
所述信号切换控制电路用于接收所述工控机输出的控制信号，并将所述控制信号调理为通道切换控制信号；所述模拟量调理转接电路用于将所述工控机输出的有源电压信号输出至模拟量输出调理电路，并将所述模拟量输出调理电路输出的有源/无源电流信号输出至所述分布式控制系统，以提供信号源，还用于接收所述分布式控制系统输出的被测信号，并根据所述通道切换控制信号将所述被测信号输出至所述过程校准仪，以进行性能测试，根据所述通道切换控制信号将所述被测信号输出至模拟量输入调理电路，以进行信号调理；所述模拟量输入调理电路用于接收所述被测信号，将所述被测信号调理为电压信号，并通过所述模拟量调理转接电路将所述电压信号输出至所述工控机；所述模拟量输出调理电路用于接收所述有源电压信号，并将所述有源电压信号调理为有源/无源电流信号后输出至所述模拟量调理转接电路；所述电源转接电路用于为所述信号切换控制电路、模拟量输入调理电路、模拟量输出调理电路和模拟量调理转接电路提供电源。
本发明的有益效果是：通过所述用于分布式控制系统测试的信号调理装置可以实现性能测试与功能测试的自动切换，通过过程校准仪与工控机中卡式仪器的合理配合进行信号测试，并保证信号性能指标使用所述过程校准仪进行验证，提高了测试结果的可信度。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
进一步：所述模拟量调理转接电路包括译码器电路、开关阵列电路、测试通道和传输通道，所述译码器电路和开关阵列电路顺次电连接在所述信号切换控制电路和分布式控制系统之间，所述开关阵列电路与测试通道电连接，所述测试通道分别与所述过程校准仪和模拟量输入调理电路电连接，所述传输通道电连接在所述工控机和模拟量输入调理电路之间，所述传输通道电连接在所述工控机和模拟量输出调理电路之间；
所述译码器用于将所述通道切换控制信号转化为继电器控制信号，所述开关阵列电路用于根据所述继电器控制信号切换所述测试通道，所述测试通道用于将所述被测信号传输至所述过程校准仪和模拟量输入调理电路，所述传输通道用于将所述有源信号输出至所述模拟量输调理电路，并将所述有源/无源电流信号输出至所述分布式控制系统，还用于将所述电压信号传输给所述工控机。
上述进一步方案的有益效果是：所述模拟量调理转接电路根据所述通道切换控制信号将需要性能指标的被测信号输出至所述过程校准仪进行性能测试，并将需要功能指标的被测信号输出至所述模拟量输入调理电路进行信号调理，以实现功能测试和性能测试并行进行，且功能测试和性能测试彼此独立，互不干扰。
进一步：所述模拟量输入调理电路包括电阻，所述电阻的两端分别与所述测试通道和传输通道电连接，所述电阻用于将所述被测信号调理为电压信号。
上述进一步方案的有益效果是：所述电阻将被测信号转化为所述工控机可以识别的电压信号，并将所述电压信号通过所述传输通道输出至所述工控机，以实现被测信号的功能验证。
进一步：所述模拟量输出调理电路包括信号采集电路和运算放大电路，所述信号采集电路和运算放大电路顺次串联在所述工控机和模拟量调理转接电路之间。
上述进一步方案的有益效果是：所述工控机输出的有源电压信号经过所述信号采集电路和运算放大电路后，转化为有源/无源电流信号，所述有源/无源电流信号通过所述模拟量调理转接电路输出至所述分布式控制系统，以提供信号源。
进一步：所述用于分布式控制系统测试的信号调理装置还包括背板，所述背板包括前插卡槽位、后插卡槽位和欧式连接器，所述前插卡槽位和后插卡槽位通过所述欧式连接器电连接，所述模拟量输入调理电路和模拟量输出调理电路分别与所述前插卡槽位电连接，所述信号切换控制电路、模拟量调理转接电路和电源转接电路分别与所述后插卡槽位电连接。
上述进一步方案的有益效果是：所述模拟量输入调理电路、模拟量输出调理电路、信号切换控制电路、模拟量调理转接电路和电源转接电路通过所述背板集成在一起，方便使用，且前插卡槽位连接的电路负责信号的调理，后插卡槽位连接的电路负责信号的输入与输出，方便使用时线路的连接。
本发明还提供一种用于分布式控制系统测试的信号调理方法，其特征在于，包括如下步骤：
模拟量输出调理电路通过模拟量调理转接电路接收工控机输出的有源电压信号，并将所述有源电压信号调理成有源/无源电流信号后通过所述模拟量调理转接电路输出至分布式控制系统，以提供信号源；
信号切换控制电路接收所述工控机输出的控制信号，将所述控制信号调理为通道切换控制信号；
所述模拟量调理转接电路接收分布式控制系统输出的被测信号，并根据所述通道切换控制信号将所述被测信号输出至所述过程校准仪，以进行性能测试，根据所述通道切换控制信号将所述被测信号输出至模拟量输入调理电路，以进行信号调理；
所述模拟量输入调理电路将所述被测信号调理为所述工控机可以识别的电压信号，并通过所述模拟量调理转接电路输出至所述工控机进行功能测试。
本发明的用于分布式控制系统测试的信号调理方法可以实现性能测试与功能测试的自动切换，通过所述过程校准仪与工控机中卡式仪器合理配合进行信号测试，并保证信号性能指标使用所述过程校准仪进行验证，提高了测试结果的可信度。
进一步：所述将有源电压信号调理为有源/无源电流信号的具体实现为：对所述有源电压信号依次进行信号采集和运算放大处理，得到所述有源/无源电流信号。
上述进一步方案的有益效果是：所述有源电压信号经过所述信号采集电路和运算放大电路后，转化为有源/无源电流信号，所述有源/无源电流信号通过所述模拟量调理转接电路输出至所述分布式控制系统，以提供信号源。
进一步：所述将所述被测信号调理为所述工控机可以识别的电压信号的具体实现为：通过电阻将所述被测信号转化为电压信号。
上述进一步方案的有益效果是：通过所述电阻将所述被测信号转化为所述工控机可以识别的电压信号，并将所述电压信号输出给所述工控机，以实现被测信号的功能验证。
进一步：所述根据所述通道切换控制信号将所述被测信号输出至所述过程校准仪，以进行性能测试，根据所述通道切换控制信号将所述被测信号输出至模拟量输入调理电路的具体实现为：将所述通道切换控制信号转化为继电器控制信号，开关阵列根据所述继电器控制信号对测试通道进行切换，所述测试通道将所述被测信号分别传输至过程校准仪和模拟量输入调理电路。
上述进一步方案的有益效果是：所述开关阵列根据通道切换控制信号切换测试通道，实现信号的功能测试和性能测试并行进行，且彼此独立，互不干扰。
附图说明
图1为本发明的用于分布式控制系统测试的信号调理装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种用于分布式控制系统测试的信号调理装置，包括信号切换控制电路、模拟量输入调理电路、模拟量输出调理电路、模拟量调理转接电路和电源转接电路，所述模拟量调理转接电路分别与所述分布式控制系统、模拟量输入调理电路、模拟量输出调理电路和信号切换控制电路电连接，所述模拟量调理转接电路与过程校准仪电连接，所述信号切换控制电路与工控机电连接，所述模拟量输入调理电路和模拟量输出调理电路均通过所述模拟量调理转接电路与所述工控机电连接，所述电源转接电路分别与所述信号切换控制电路、模拟量输入调理电路、模拟量输出调理电路和模拟量调理转接电路电连接；
所述信号切换控制电路用于接收所述工控机输出的控制信号，并将所述控制信号调理为通道切换控制信号；所述模拟量调理转接电路用于将所述工控机输出的有源电压信号输出至模拟量输出调理电路，并将所述模拟量输出调理电路输出的有源/无源电流信号输出至所述分布式控制系统，以提供信号源，还用于接收所述分布式控制系统输出的被测信号，并根据所述通道切换控制信号将所述被测信号输出至所述过程校准仪，以进行性能测试，根据所述通道切换控制信号将所述被测信号输出至模拟量输入调理电路，以进行信号调理；所述模拟量输入调理电路用于接收所述被测信号，将所述被测信号调理为电压信号，并通过所述模拟量调理转接电路将所述电压信号输出至所述工控机；所述模拟量输出调理电路用于接收所述有源电压信号，并将所述有源电压信号调理为有源/无源电流信号后输出至所述模拟量调理转接电路；所述电源转接电路用于为所述信号切换控制电路、模拟量输入调理电路、模拟量输出调理电路和模拟量调理转接电路提供电源。
本发明中，所述被测信号为4-20mA电流信号，本发明的用于分布式控制系统测试的信号调理装置可以实现性能测试与功能测试的自动切换，当分布式控制系统需要信号的功能指标时，所述模拟量调理转接电路将被测信号传输给模拟量输入调理电路，所述模拟量输入调理电路将所述被测信号调理成工控机可以识别的电压信号，并将所述电压信号传输至所述工控机中进行功能验证，当所述当分布式控制系统需要信号的性能指标时，所述模拟量调理转接电路将所述被测信号传输给过程校准仪进行性能验证，并将所述过程校准仪输出的校准信号返回给所述分布式控制系统，从而实现性能测试与功能测试的自动切换，并保证信号性能指标使用所述过程校准仪进行验证，提高了测试结果的可信度。
本实施例中，所述模拟量调理转接电路包括译码器电路、开关阵列电路、测试通道和传输通道，所述译码器电路和开关阵列电路顺次电连接在所述信号切换控制电路和分布式控制系统之间，所述开关阵列电路与测试通道电连接，所述测试通道分别与所述过程校准仪和模拟量输入调理电路电连接，所述传输通道电连接在所述工控机和模拟量输入调理电路之间，所述传输通道电连接在所述工控机和模拟量输出调理电路之间；
所述译码器用于将所述通道切换控制信号转化为继电器控制信号，所述开关阵列电路用于根据所述继电器控制信号切换所述测试通道，所述测试通道用于将所述被测信号传输至所述过程校准仪和模拟量输入调理电路，所述传输通道用于将所述有源电压信号输出至所述模拟量输调理电路，并将所述有源/无源电流信号输出至所述分布式控制系统，还用于将所述电压信号传输给所述工控机。
具体地，所述被测信号为16路4-20mA电流信号，所述译码器电路采用4-16线译码器，所述测试通道包括16个性能测试通道和16个功能测试通道，通过所述4-16线译码器将工控机输出的6路通道切换控制信号转化为16路继电器控制信号，所述开关阵列根据所述16路继电器控制信号切换测试通道，所述测试通道将需要性能指标的4-20mA电流信号通过性能测试通道输出至所述过程校准仪进行性能测试，并将需要功能指标的4-20mA电流信号通过功能测试通道输出至所述模拟量输入调理电路进行信号调理，以实现功能测试和性能测试的并行进行，且功能测试和性能测试彼此独立，互不干扰。
本实施例中，所述模拟量输入调理电路包括电阻，所述电阻的两端分别与所述测试通道和传输通道电连接，所述电阻用于将所述被测信号调理为电压信号。
具体地，所述电阻的阻值为250欧姆，通过所述电阻将16路4-20mA电流信号转化为16路1-5V电压信号，并将16路1-5V电压信号输出至所述工控机，由工控机中的卡式仪器进行功能测试，以实现被测信号的功能验证。
本实施例中，所述模拟量输出调理电路包括信号采集电路和运算放大电路，所述信号采集电路和运算放大电路顺次串联在所述工控机与所述模拟量调理转接电路之间。
具体地，所述工控机输出的有源电压信号为16路有源1-5V电压信号，所述16路有源1-5V电压信号通过所述信号采集电路和运算放大电路转化为16路有源/无源4-20mA电流信号后，通过所述模拟量调理转接电路输出至分布式控制系统，以提供信号源。
优选地，所述用于分布式控制系统测试的信号调理装置还包括背板，所述背板包括前插卡槽位、后插卡槽位和欧式连接器，所述前插卡槽位和后插卡槽位通过所述欧式连接器电连接，所述模拟量输入调理电路和模拟量输出调理电路分别与所述前插卡槽位电连接，所述信号切换控制电路、模拟量调理转接电路和电源转接电路分别与所述后插卡槽位电连接。
所述模拟量输入调理电路、模拟量输出调理电路、信号切换控制电路、模拟量调理转接电路和电源转接电路通过所述背板集成在一起，方便使用，且前插卡槽位连接的电路负责信号的调理，后插卡槽位连接的电路负责信号的输入与输出，方便使用时线路的连接。
本发明还提供一种用于分布式控制系统测试的信号调理方法，其特征在于，包括如下步骤：
模拟量输出调理电路通过模拟量调理转接电路接收工控机输出的有源电压信号，并将所述有源电压信号调理成有源/无源电流信号后通过所述模拟量调理转接电路输出至分布式控制系统；
信号切换控制电路接收所述工控机输出的控制信号，将所述控制信号调理为通道切换控制信号；
所述模拟量调理转接电路接收分布式控制系统输出的被测信号，并根据所述通道切换控制信号将所述被测信号输出至所述过程校准仪，以进行性能测试，根据所述通道切换控制信号将所述被测信号输出至模拟量输入调理电路，以进行信号调理；
所述模拟量输入调理电路将所述被测信号调理为所述工控机可以识别的电压信号，并通过所述模拟量调理转接电路将所述电压信号输出至所述工控机进行功能测试。
本发明的用于分布式控制系统测试的信号调理方法可以实现性能测试与功能测试的自动切换，当分布式控制系统需要信号的功能指标时，所述模拟量调理转接电路将被测信号传输给模拟量输入调理电路，所述模拟量输入调理电路将所述被测信号调理成工控机可以识别的电压信号，并将所述电压信号传输至所述工控机中进行功能验证，当所述当分布式控制系统需要信号的性能指标时，所述模拟量调理转接电路将所述被测信号传输给过程校准仪进行性能验证，并将所述过程校准仪输出的校准信号返回给所述分布式控制系统，从而实现性能测试与功能测试的自动切换，并保证信号性能指标使用所述过程校准仪进行验证，提高了测试结果的可信度。
本实施例中，所述将有源电压信号调理为有源/无源电流信号的具体实现为：对所述有源电压信号依次进行信号采集和运算放大处理，得到所述有源/无源电流信号。
具体地，所述工控机输出的有源信号为16路有源1-5V电压信号，所述16路有源1-5V电压信号通过所述信号采集电路和运算放大电路转化为16路有源/无源4-20mA电流信号后，通过所述模拟量调理转接电路输出至分布式控制系统，以提供信号源。
本实施例中，所述模拟量输入调理电路将所述被测信号调理为所述工控机可以识别的电压信号的具体实现为：将所述被测信号经过电阻得到所述电压信号。
具体地，所述电阻的阻值为250欧姆，被测信号为16路4-20mA电流信号，所述电阻将16路4-20mA电流信号转化为所述工控机可以识别的16路1-5V电压信号，并将16路1-5V电压信号输出至所述工控机中的卡式仪器进行功能测试，以实现被测信号的功能验证。
本实施例中，所述根据所述通道切换控制信号和无源信号将所述被测信号输出至所述过程校准仪，以进行性能测试，根据所述通道切换控制信号和无源信号将所述被测信号输出至模拟量输入调理电路的具体实现为：将所述通道切换控制信号转化为继电器控制信号，开关阵列根据所述继电器控制信号对测试通道进行切换，所述测试通道将所述被测信号分别传输至过程校准仪和模拟量输入调理电路。
具体地，被测信号为16路4-20mA电流信号，所述开关阵列分别与16个性能测试通道和16个功能测试通道电连接，其中性能测试通道与过程校准仪电连接，功能测试通道与模拟量输入调理转接电路电连接，采用4-16线译码器将16路通道切换控制信号转化为16路继电器控制信号，所述开关阵列根据16路继电器控制信号切换测试通道，将需要性能指标的4-20mA电流信号输出至所述过程校准仪进行性能测试，并将需要功能指标的4-20mA电流信号输出至所述模拟量输入调理电路进行信号调理，以实现功能测试和性能测试并行进行，且功能测试和性能测试彼此独立，互不干扰。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于分布式控制系统测试的信号调理装置，其特征在于，包括信号切换控制电路、模拟量输入调理电路、模拟量输出调理电路、模拟量调理转接电路和电源转接电路，所述模拟量调理转接电路分别与所述分布式控制系统、模拟量输入调理电路、模拟量输出调理电路和信号切换控制电路电连接，所述模拟量调理转接电路与过程校准仪电连接，所述信号切换控制电路与工控机电连接，所述模拟量输入调理电路和模拟量输出调理电路均通过所述模拟量调理转接电路与所述工控机电连接，所述电源转接电路分别与所述信号切换控制电路、模拟量输入调理电路、模拟量输出调理电路和模拟量调理转接电路电连接；
所述信号切换控制电路用于接收所述工控机输出的控制信号，并将所述控制信号调理为通道切换控制信号；
所述模拟量调理转接电路用于将所述工控机输出的有源电压信号输出至模拟量输出调理电路，并将所述模拟量输出调理电路输出的有源/无源电流信号输出至所述分布式控制系统，还用于接收所述分布式控制系统输出的被测信号，并根据所述通道切换控制信号将所述被测信号输出至所述过程校准仪，以进行性能测试，根据所述通道切换控制信号将所述被测信号输出至模拟量输入调理电路，以进行信号调理；
所述模拟量输入调理电路用于接收所述被测信号，将所述被测信号调理为所述工控机可以识别的电压信号，并通过所述模拟量调理转接电路将所述电压信号输出至所述工控机；
所述模拟量输出调理电路用于接收所述有源电压信号，并将所述有源电压信号调理为有源/无源电流信号后输出至所述模拟量调理转接电路；
所述电源转接电路用于为所述信号切换控制电路、模拟量输入调理电路、模拟量输出调理电路和模拟量调理转接电路提供电源。
2.根据权利要求1所述的用于分布式控制系统测试的信号调理装置，其特征在于，所述模拟量调理转接电路包括译码器电路、开关阵列电路、测试通道和传输通道，所述译码器电路和开关阵列电路顺次电连接在所述信号切换控制电路和分布式控制系统之间，所述开关阵列电路与测试通道电连接，所述测试通道分别与所述过程校准仪和模拟量输入调理电路电连接，所述传输通道电连接在所述工控机和模拟量输入调理电路之间，所述传输通道电连接在所述工控机和模拟量输出调理电路之间；
所述译码器用于将所述通道切换控制信号转化为继电器控制信号，所述开关阵列电路用于根据所述继电器控制信号切换所述测试通道，所述测试通道用于将所述被测信号传输至所述过程校准仪和模拟量输入调理电路，所述传输通道用于将所述有源电压信号输出至所述模拟量输调理电路，并将所述有源/无源电流信号输出至所述分布式控制系统，还用于将所述电压信号传输给所述工控机。
3.根据权利要求2所述的用于分布式控制系统测试的信号调理装置，其特征在于，所述模拟量输入调理电路包括电阻，所述电阻的两端分别与所述测试通道和传输通道电连接；
所述电阻用于将所述被测信号调理为电压信号。
4.根据权利要求1所述的用于分布式控制系统测试的信号调理装置，其特征在于，所述模拟量输出调理电路包括信号采集电路和运算放大电路，所述信号采集电路和运算放大电路顺次串联在所述工控机和模拟量调理转接电路之间。
5.根据权利要求1所述的用于分布式控制系统测试的信号调理装置，其特征在于，还包括背板，所述背板包括前插卡槽位、后插卡槽位和欧式连接器，所述前插卡槽位和后插卡槽位通过所述欧式连接器电连接，所述模拟量输入调理电路和模拟量输出调理电路均与所述前插卡槽位电连接，所述信号切换控制电路、模拟量调理转接电路和电源转接电路均与所述后插卡槽位电连接。
6.一种用于分布式控制系统测试的信号调理方法，其特征在于，包括如下步骤：
模拟量输出调理电路通过模拟量调理转接电路接收工控机输出的有源电压信号，并将所述有源电压信号调理成有源/无源电流信号后通过所述模拟量调理转接电路输出至分布式控制系统；
信号切换控制电路接收所述工控机输出的控制信号，将所述控制信号调理为通道切换控制信号；
所述模拟量调理转接电路接收分布式控制系统输出的被测信号，并根据所述通道切换控制信号将所述被测信号输出至过程校准仪，以进行性能测试，根据所述通道切换控制信号将所述被测信号输出至模拟量输入调理电路，以进行信号调理；
所述模拟量输入调理电路将所述被测信号调理为所述工控机可以识别的电压信号，并通过所述模拟量调理转接电路将所述电压信号输出至所述工控机以进行功能测试。
7.根据权利要求6所述的用于分布式控制系统测试的信号调理方法，其特征在于，所述将有源电压信号调理为有源/无源电流信号的具体实现为：对所述有源电压信号依次进行信号采集和运算放大处理，得到所述有源/无源电流信号。
8.根据权利要求6所述的用于分布式控制系统测试的信号调理方法，其特征在于，所述将所述被测信号调理为所述工控机可以识别的电压信号的具体实现为：通过电阻将所述被测信号转化为电压信号。
9.根据权利要求6所述的一种用于分布式控制系统测试的信号调理方法，其特征在于，所述根据所述通道切换控制信号将所述被测信号输出至所述过程校准仪，以进行性能测试，根据所述通道切换控制信号将所述被测信号输出至模拟量输入调理电路的具体实现为：将所述通道切换控制信号转化为继电器控制信号，开关阵列根据所述继电器控制信号对测试通道进行切换，所述测试通道将所述被测信号分别传输至过程校准仪和模拟量输入调理电路。
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