CN112563083A - 基于开放协议的物联化智能断路器实现装置、方法和系统 - Google Patents

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CN112563083A CN202011208114.7A CN202011208114A CN112563083A CN 112563083 A CN112563083 A CN 112563083A CN 202011208114 A CN202011208114 A CN 202011208114A CN 112563083 A CN112563083 A CN 112563083A
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Abstract

本发明提供了一种基于开放协议的物联化智能断路器实现装置、方法和系统，包括：依次通讯连接的本地设备资源、智能断路器第一芯片单元(3)和智能断路器第二芯片单元(4)，以及与所述智能断路器第一芯片单元(3)连接的断开装置；所述智能断路器第二芯片单元(4)基于开放协议与外部控制设备通讯；所述本地设备资源安装于对配电网中，用于收集所述配电网数据；所述智能断路器第二芯片单元(4)，用于外部控制设备下发的动作指令，并反馈给所述智能断路器第一芯片(3)进而控制所述断开装置进行操作；还用于基于开放协议将所述本地设备资源的数据和断开装置的状态上传到所述外部控制设备；本发明提高了断路器运转效率。

Description

基于开放协议的物联化智能断路器实现装置、方法和系统
技术领域
本发明属于本发明涉及智能断路器在低压配电网输电线环境下资源上报以及服务订阅领域，具体涉及一种基于开放协议的物联化智断路器实现装置、方法和系统。
背景技术
智能电网的兴起对配电网中各类电力设备有了更多的功能要求，低压断路器是配网中起保护作用、能源分配的重要节点，是城市用电底层基础建设不可或缺的组成部分。传统低压断路器(空气开关设备)是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过载、和短路保护的电器。它可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等组合。而且在分断故障电流后一般不需要变更零部件，已获得了广泛的应用。传统低压断路器使用热脱扣、磁脱扣等传统方式实现电路负荷、短路、欠压与漏电等保护功能，伴随配电系统不断扩大，传统的低压断路器设备只有一种工作模式，只能完成固有功能，当传统低压断路器出现问题时，脱扣动作将无法实现。且传统低压断路器中的整定值为预先设置，造成了使用局限性较大的问题。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种基于开放协议的物联化智断路器实现装置，包括：
依次通讯连接的本地设备资源、智能断路器第一芯片单元(3)和智能断路器第二芯片单元(4)，以及与所述智能断路器第一芯片单元(3)连接的断开装置；
其中智能断路器第二芯片单元(4)基于开放协议与外部控制设备通讯；
其中本地设备资源安装于对配电网中，用于收集所述配电网数据；
其中智能断路器第二芯片单元(4)，用于外部控制设备下发的动作指令，并反馈给所述智能断路器第一芯片(3)进而控制所述断开装置进行操作；还用于基于开放协议将所述本地设备资源的数据和断开装置的状态上传到所述外部控制设备。
优选的，所述本地设备资源，包括：感知设备(1)和数据采集单元(2)；
其中感知设备(1)和数据采集单元(2)相连接；
其中感知设备(1)，用于感知各配电网上的本地设备资源的数据；
其中数据采集单元(2)，用于将所述感知设备(1)感知到的数据进行收集并上传到所述智能断路器第一芯片单元(3)。
优选的，所述断开装置，包括：热脱扣与磁脱扣执行装置(5)和避雷器设备；
其中热脱扣与磁脱扣执行装置(5)，用于执行热脱扣与磁脱扣的断开操作；
其中避雷器设备，用于执行避雷设备的断开操作。
优选的，所述数据采集单元(2)、智能断路器第一芯片单元(3)和智能断路器第二芯片单元(4)设置于智能断路器核心开发板(6)上。
优选的，所述智能断路器第二芯片单元(4)，包括：发送指令模块和传输数据模块；
其中发送指令模块，用于接收所述外部控制设备下发的动作指令，并反馈给所述智能断路器第一芯片(3)；
其中传输数据模块，用于基于开放协议把所述本地设备资源的数据和断开装置的断开状态上传到所述外部控制设备。
优选的，所述发送指令模块，包括：转发信息子模块和第二芯片脱扣子模块；
其中转发信息子模块，用于将所述外部控制设备下发的所述动作指令中的第一芯片动作指令直接传输至所述智能断路器第一芯片单元(3)；
其中第二芯片脱扣子模块，用于根据所述外部控制设备下发的所述动作指令中的第二芯片动作指令计算第二执行指令，并下发至智能断路器第一芯片单元(3)。
优选的，所述智能断路器第二芯片单元(4)，还包括：调整整定值模块；
其中调整整定值模块，用于根据所述外部控制设备下发的所述动作指令中的整定值调整指令信息调整所述智能断路器第一芯片单元(3)存储的整定值。
优选的，所述智能断路器第一芯片单元(3)，包括：传输控制模块和上传实时数据模块；
其中传输控制模块，用于接收所述智能断路器第二芯片单元(4)发送的动作指令，控制所述断开装置进行操作；
其中上传实时数据模块，用于将所述本地设备资源的数据和所述断开装置的断开状态上传到所述智能断路器第二芯片单元(4)。
优选的，所述传输控制模块，包括：第一芯片执行指令子模块、转发指令子模块；
其中第一芯片执行指令子模块，用于根据所述智能断路器第二芯片单元(4)下发的所述动作指令中的第一芯片动作指令，计算所述第一执行指令控制所述断开装置进行操作；
其中转发指令子模块，用于接收所述智能断路器第二芯片单元(4)发送的第二执行指令，对所述断开装置进行操作。
优选的，所述智能断路器第一芯片单元(3)，还包括：比较整定值指令模块；
其中比较整定值指令模块，用于将存储的预设整定值信息与所述数据采集单元(2)中得到的进行比较，当所述本地设备资源的数据大于所述整定值时，将第三执行指令发送至所述断开装置进行操作。
基于同一发明构思，本申请还提供了一种基于开放协议的物联化智能断路器实现方法，包括：
基于安装于配电网中的本地设备资源收集所述配电网数据；
智能断路器第二芯片单元(4)将外部控制设备下发的动作指令反馈给智能断路器第一芯片(3)；
与智能断路器第一芯片(3)连接的断开装置基于所述动作指令控制所述断开装置执行所述动作指令的操作；
所述动作指令由与所述智能断路器第二芯片单元(4)基于开放协议连接的外部控制设备通过本地设备资源的数据和断开装置的状态确定。
基于同一发明构思，本申请还提供了一种基于开放协议的物联化智能断路器实现系统，包括：如权利要求1～10任一项所述的智能断路器实现装置和主站(7)；
其中主站(7)与所述智能断路器实现装置基于开放协议通讯连接，所述主站(7)用于接收所述智能断路器实现装置的状态，还用于基于本地设备资源的数据和所述智能断路器实现装置生成的动作指令，并将所述动作指令发送至所述智能断路器实现装置。
优选的，所述智能断路器实现装置和主站(7)通过有线/无线方式进行通讯连接。
优选的，所述主站(7)具体用于基于本地设备资源的数据和所述智能断路器实现装置的状态，
下发第一芯片脱扣指令通过所述智能断路器第二芯片单元(4)转发至智能断路器第一芯片单元(3)计算第一执行指令，并将所述第一执行指令发送至所述断开装置；
或者下发第二脱扣指令在所述智能断路器第二芯片单元(4)计算第二执行指令，并通过所述智能断路器第一芯片单元(3)，将所述第二执行指令发送到所述断开装置；
或者下发整定值调整指令信息调整所述智能断路器第一芯片单元(3)存储的整定值。
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：
1、本发明实现了一种基于开放协议的物联化智能断路器实现装置和方法，包括：依次通讯连接的本地设备资源、智能断路器第一芯片单元(3)和智能断路器第二芯片单元(4)，以及与所述智能断路器第一芯片单元(3)连接的断开装置；所述智能断路器第二芯片单元(4)基于开放协议与外部控制设备通讯；所述本地设备资源安装于对配电网中，用于收集所述配电网数据；所述智能断路器第二芯片单元(4)，用于外部控制设备下发的动作指令，并反馈给所述智能断路器第一芯片(3)进而控制所述断开装置进行操作；还用于基于开放协议将所述本地设备资源的数据和断开装置的状态上传到所述外部控制设备；本发明使用物联网先进的轻量级通讯技术，对智能断路器设备资源统一管理，拓展延伸传统断路器功能模块；
2、本发明实现了一种基于开放协议的物联化智能断路器实现装置系统，包括：智能断路器实现装置和主站(7)；所述主站(7)与所述智能断路器实现装置基于开放协议通讯连接，所述主站(7)用于接收所述智能断路器实现装置的状态，还用于基于本地设备资源的数据和所述断开装置的状态生成的动作指令，并将所述动作指令发送至所述智能断路器实现装置。本发明考虑了传统低压脱扣器工作模式单一的问题，实现当传统智能断路器第一芯片3出现问题时，智能断路器第二芯片4依然能够完成断开操作；与外部设备进行互联互通，使得断路器可以更高效和更准确的控制。
3、本发明考虑了断路器不具备网络通讯能力或仅具本地通讯功能的问题，与外部设备进行互联互通，结合即插即用、IP自动分配、多线程技术、有线/无线通讯技术，展开对物联网通讯协议与电力系统融合研究，为智能配电网络系统搭建提供底层技术支持。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于开放协议的物联化智能断路器实现装置示意图；
图2为本发明提供的智能断路器架构示意图；
图3为本发明提供的一种基于开放协议的物联化智能断路器实现方法流程示意图；
图4为本发明提供的一种基于开放协议的物联化智能断路器实现系统框架示意图。
附图标号说明：
1-电流互感线圈感知设备；2-数据采集单元；3-智能断路器传统芯片(即智能断路器第一芯片)；4-智能断路器第二芯片；5为热脱扣与磁脱扣执行装置；6-智能断路器核心开发板；7为主站。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1：
本发明提供的一种基于开放协议的物联化智能断路器实现装置示意图如图1所示，包括：
依次通讯连接的本地设备资源、智能断路器第一芯片单元3和智能断路器第二芯片单元4，以及与所述智能断路器第一芯片单元3连接的断开装置；
其中智能断路器第二芯片单元4基于开放协议与外部控制设备通讯；
其中本地设备资源安装于对配电网中，用于收集所述配电网数据；
其中智能断路器第二芯片单元4，用于所述外部控制设备下发的动作指令，并反馈给所述智能断路器第一芯片3进而控制所述断开装置进行操作；还用于基于开放协议将所述本地设备资源的数据和断开装置的状态上传到所述外部控制设备。
为解决传统配电断路器设备工作模式单一，传统低压断路器中的整定值为预先设置，造成了使用局限性较大的问题，不具备网络通讯能力或仅具本地通讯功能等问题，且无法与现在的其他设备进行接轨，无法更准确和高效的进行控制。现存的这些问题使得传统低压断路器无法围绕电力系统各环节，充分应用移动互联、人工智能等现代信息技术、先进通信技术，实现电力系统各环节万物互联、人机交互，等需求。本发明结合基于订阅的服务通讯结构体系，使用物联网先进的轻量级通讯技术，对智能断路器设备资源统一管理，拓展延伸传统断路器功能模块，结合即插即用、IP自动分配、多线程技术、有线/无线通讯技术，展开对物联网通讯协议与电力系统融合研究，为智能配电网络系统搭建提供底层技术支持。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
在实施例中第一芯片为智能断路器第一芯片单元3，第二芯片为智能断路器第二芯片单元4。
利用双芯技术实现传统断路器与现代先进物联网技术融合，第一芯片上运行传统断路器固有应用功能，实现过电流互感线圈实时数据采集等功能，并根据整定值控制脱扣装置动作；第二芯片基于物联网应用架构设计，实现IP化，统计智能断路器设备本地资源与默认配置信息，使用基于UDP/IP的LWM2M轻量级通讯协议将本地信息上报至边缘或云端主站，并能够根据主站命令下发做出相应动作。更具体地，本发明利用即插即用、有线/无线通讯技术，实现设备上电自动服务器寻址与资源信息上报功能，第二芯片实现接收主站服务订阅指令、整定值参数调整信息，与第一芯片进行SPI接口通讯，传递数据采集或脱扣动作指令，如图2所示。
该方法基于订阅的服务通讯结构体系，智能断路器上研发LWM2M客户端程序，与主站7的LWM2M服务器实现全双工通信，同时，定义配电网专用的LWM2M对象与数据类型。
该方法应用在配网系统中，当智能断路器设备上电后，使用轻量级物联网通讯协议LWM2M与主站7通讯，利用数据采集单元2统计本地资源，例如脱扣器数量、和感知设备1类型和数量(过电流脱扣线圈类型，电流电压互感器数量)等，并将此类资源上报至服务器，然后等待LWM2M服务器指令。所述脱扣器也可理解为断开装置，包括热脱扣与磁脱扣执行装置5和避雷器等设备。在本发明中主要探讨的是脱扣器，所以下面均以脱扣器来说明。当智能断路器设备接收到服务器订阅指令后，根据请求内容按照规定频率向服务器推送数据。当智能断路器接收到服务器脱扣指令时，立刻使用SPI端口与第一芯片通讯，触发脱扣动作。当智能断路器设备接收到整定值参数调整指令时，使用SPI端口配置第一芯片数据比较电路中的参数，更新智能断路器当前脱扣阈值。且所述数据采集单元2、智能断路器第一芯片单元3和智能断路器第二芯片单元4都设置在智能断路器核心开发板6上。
实施例2：
下面介绍一种基于开放协议的物联化智能断路器的具体实现方法：
数据采集模块使用CS5463计量模块，采集配电线路电流电压数据信息，所述数据采集包括所述感知设备1和数据采集单元2；该智能断路器第一芯片采用MSP430G2553研制，获取采集单元数据与整定值比较，根据计算结果控制脱扣器动作。脱扣器采用热脱扣与磁脱扣混合模式，热脱扣器热元件对短路、过载实现保护功能，磁脱扣与MSP430G2553芯片连接，串联在配电火线线路，实现电流过载瞬间吸合缓解热元件感知延时。智能断路器设备第二芯片采用STM32F303VCT6研发，通过SPI接口与MSP430G2553数据通讯，第二芯片上开发轻量级物联网通讯协议LWM2M，与主站7实现信息交互。同时，STM32F303VCT6可向MSP430G2553发送控制命令，使其触发磁脱扣动作。
实施例3：
基于同一发明构思，本发明还提供了一种基于开放协议的物联化智能断路器实现方法，由于这些方法解决技术问题的原理与一种基于开放协议的物联化智能断路器实现装置相似，重复之处不再赘述。其流程示意图如图3所示，包括：
基于安装于配电网中的本地设备资源收集所述配电网数据；
智能断路器第二芯片单元4将外部控制设备下发的动作指令反馈给智能断路器第一芯片3；
与智能断路器第一芯片3连接的断开装置基于所述动作指令控制所述断开装置执行所述动作指令的操作；
所述动作指令由与所述智能断路器第二芯片单元4基于开放协议连接的外部控制设备通过本地设备资源的数据和断开装置的状态确定。
实施例4：
基于同一发明构思，本发明还提供了一种基于开放协议的物联化智能断路器实现系统，其框架如图4所示，包括：
一种基于开放协议的物联化智能断路器实现装置和主站7；
其中主站7与所述智能断路器实现装置基于开放协议通讯连接，(实施例1中的外部控制设备的功能可以由实施例中的主站7实现)所述主站7用于接收所述智能断路器实现装置的状态，还用于基于本地设备资源的数据和所述智能断路器实现装置生成的动作指令，并将所述动作指令发送至所述智能断路器实现装置。
优选的，所述智能断路器实现装置和主站7通过有线/无线方式进行通讯连接。
优选的，所述主站7具体用于基于本地设备资源的数据和所述智能断路器实现装置的状态，下发第一芯片脱扣指令通过所述智能断路器第二芯片单元4转发至智能断路器第一芯片单元3计算第一执行指令，并将所述第一执行指令发送至所述断开装置；
或者下发第二脱扣指令在所述智能断路器第二芯片单元4计算第二执行指令，并通过所述智能断路器第一芯片单元3，将所述第二执行指令发送到所述断开装置；
或者下发整定值调整指令信息调整所述智能断路器第一芯片单元3存储的整定值。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (14)

1.一种基于开放协议的物联化智能断路器实现装置，其特征在于，包括：依次通讯连接的本地设备资源、智能断路器第一芯片单元(3)和智能断路器第二芯片单元(4)，以及与所述智能断路器第一芯片单元(3)连接的断开装置；
所述智能断路器第二芯片单元(4)基于开放协议与外部控制设备通讯；
所述本地设备资源安装于对配电网中，用于收集所述配电网数据；
所述智能断路器第二芯片单元(4)，用于所述外部控制设备下发的动作指令，并反馈给所述智能断路器第一芯片(3)进而控制所述断开装置进行操作；还用于基于开放协议将所述本地设备资源的数据和断开装置的状态上传到所述外部控制设备。
2.根据权利要求1所述的智能断路器实现装置，其特征在于，所述本地设备资源，包括：感知设备(1)和数据采集单元(2)；
所述感知设备(1)和数据采集单元(2)相连接；
所述感知设备(1)，用于感知各配电网上的本地设备资源的数据；
所述数据采集单元(2)，用于将所述感知设备(1)感知到的数据进行收集并上传到所述智能断路器第一芯片单元(3)。
3.根据权利要求1所述的智能断路器实现装置，其特征在于，所述断开装置，包括：热脱扣与磁脱扣执行装置(5)和避雷器设备；
所述热脱扣与磁脱扣执行装置(5)，用于执行热脱扣与磁脱扣的断开操作；
所述避雷器设备，用于执行避雷设备的断开操作。
4.根据权利要求2所述的智能断路器实现装置，其特征在于，所述数据采集单元(2)、智能断路器第一芯片单元(3)和智能断路器第二芯片单元(4)设置于智能断路器核心开发板(6)上。
5.根据权利要求1所述的智能断路器实现装置，其特征在于，所述智能断路器第二芯片单元(4)，包括：发送指令模块和传输数据模块；
所述发送指令模块，用于接收所述外部控制设备下发的动作指令，并反馈给所述智能断路器第一芯片(3)；
所述传输数据模块，用于基于开放协议把所述本地设备资源的数据和断开装置的状态上传到所述外部控制设备。
6.根据权利要求5所述的智能断路器实现装置，其特征在于，所述发送指令模块，包括：转发信息子模块和第二芯片脱扣子模块；
所述转发信息子模块，用于将所述外部控制设备下发的所述动作指令中的第一芯片动作指令直接传输至所述智能断路器第一芯片单元(3)；
所述第二芯片脱扣子模块，用于根据所述外部控制设备下发的所述动作指令中的第二芯片动作指令计算第二执行指令，并下发至智能断路器第一芯片单元(3)。
7.根据权利要求1所述的智能断路器实现装置，其特征在于，所述智能断路器第二芯片单元(4)，还包括：调整整定值模块；
所述调整整定值模块，用于根据所述外部控制设备下发的所述动作指令中的整定值调整指令信息调整所述智能断路器第一芯片单元(3)存储的整定值。
8.根据权利要求2所述的智能断路器实现装置，其特征在于，所述智能断路器第一芯片单元(3)，包括：传输控制模块和上传实时数据模块；
所述传输控制模块，用于接收所述智能断路器第二芯片单元(4)发送的动作指令，控制所述断开装置进行操作；
所述上传实时数据模块，用于将所述本地设备资源的数据和所述断开装置的状态上传到所述智能断路器第二芯片单元(4)。
9.根据权利要求8所述的智能断路器实现装置，其特征在于，所述传输控制模块，包括：第一芯片执行指令子模块、转发指令子模块；
所述第一芯片执行指令子模块，用于根据所述智能断路器第二芯片单元(4)下发的所述动作指令中的第一芯片动作指令，计算所述第一执行指令控制所述断开装置进行操作；
所述转发指令子模块，用于接收所述智能断路器第二芯片单元(4)发送的第二执行指令，对所述断开装置进行操作。
10.根据权利要求2所述的智能断路器实现装置，其特征在于，所述智能断路器第一芯片单元(3)，还包括：比较整定值指令模块；
所述比较整定值指令模块，用于将存储的预设整定值信息与所述数据采集单元(2)中得到的进行比较，当所述本地设备资源的数据大于所述整定值时，将第三执行指令发送至所述断开装置进行操作。
11.一种基于开放协议的物联化智能断路器实现方法，其特征在于，包括：
基于安装于配电网中的本地设备资源收集所述配电网数据；
智能断路器第二芯片单元(4)将外部控制设备下发的动作指令反馈给智能断路器第一芯片(3)；
与智能断路器第一芯片(3)连接的断开装置基于所述动作指令控制所述断开装置执行所述动作指令的操作；
所述动作指令由与所述智能断路器第二芯片单元(4)基于开放协议连接的外部控制设备通过本地设备资源的数据和断开装置的状态确定。
12.一种基于开放协议的物联化智能断路器实现系统，其特征在于，包括：如权利要求1～10任一项所述的智能断路器实现装置和主站(7)；
所述主站(7)与所述智能断路器实现装置基于开放协议通讯连接，所述主站(7)用于接收所述智能断路器实现装置的状态，还用于基于本地设备资源的数据和所述断开装置的状态生成的动作指令，并将所述动作指令发送至所述智能断路器实现装置。
13.根据权利要求12所述的智能断路器实现系统，其特征在于，所述智能断路器实现装置和主站(7)通过有线/无线方式进行通讯连接。
14.根据权利要求12所述的智能断路器实现系统，其特征在于，所述主站(7)具体用于基于本地设备资源的数据和所述智能断路器实现装置的状态，
下发第一芯片脱扣指令通过所述智能断路器第二芯片单元(4)转发至智能断路器第一芯片单元(3)计算第一执行指令，并将所述第一执行指令发送至所述断开装置；
或者下发第二脱扣指令在所述智能断路器第二芯片单元(4)计算第二执行指令，并通过所述智能断路器第一芯片单元(3)，将所述第二执行指令发送到所述断开装置；
或者下发整定值调整指令信息调整所述智能断路器第一芯片单元(3)存储的整定值。
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