CN103797722B - 大容量负荷的闭合电路电力线通信*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大容量负荷的闭合电路电力线通信***,在传输装置上并列连接由半导体元件构成的第1开关和由继电器元件构成的第2开关而构成开关部,并通过选择性地使用此开关而生成及传输通信信号,由此,即使对于大容量的负荷,也可极大提高通信信号的识别率和正确性。
Description
技术领域
本发明涉及闭合电路电力线通信,尤其详细地涉及一种大容量负荷的闭合电路电力线通信***,在传输装置上并列连接由半导体元件构成的第1开关和由继电器元件构成的第2开关而构成开关部,并通过选择性地使用此开关而生成及传输通信信号,由此,即使对于大容量的负荷,也可极大提高通信信号的识别率和正确性。
背景技术
一般而言,电力通信通常指调制通信的信号(通信信号)并在连接有相应设备的电力线上,叠加所述调制的信号的方法。
但根据所述电力线通信方法而产生的通信用调制信号对无需连接在相同电力***的通信的一般设备产生噪音。
并且,连接于***的某一个设备产生大量噪音时,发生通信障碍,而降低通信速度。并且,调制信号一般为较高的频率,而***具有位于输入部的冷凝器的周边设备时,对相应的调制信号,阻抗非常低,而形成使其发生短路的影响,且信号无法被较远地传输。
因此,为解决此类问题,可参考本申请人研发的电力线通信相关的现有技术。
此电力线通信方法是与现有的电力线通信完全不同的新形态的通信方法,尤其是适合于无需高速,且需传输的数据量较小地照明控制领域等的技术。
下面参照附图对其进行说明。
如图1所示,现有的闭合电路电力线通信***包括:
传输装置(10),串联连接于电力线(P)的一侧线上而生成通信信号,并通过电力线对其进行传输;多个接收及负荷装置(20),并联连接于所述电力线(P)的两端而接收通过所述电力线传输而至的通信信号,并控制相应负荷。
所述传输装置(10)至少包括:控制信号发生部(12),发生用于产生电力线通信信号的控制信号;开关元件(13),串联连接于电力线的一侧线上,并通过所述控制信号发生部(12)运行开关。
下面,对其进行详细说明。
所述控制信号发生部(12)将既定的开关信号输出至所述开关元件(13)。
即,如图2(a)所示,与流经所述开关元件(13)的电源(AC)的波形同步,而如图2(b)所示,在所述电源波形的零交叉(Zerocross)之后的较短时间内,输出使得关闭(off)所述开关元件(13)的开关信号。
如所述图2(b)所示的形态的开关信号在后文进行叙述,但具有通信信号(数据)的意思。
因此可知晓,通过所述开关元件(13)输出的电源波形如图2(c)所示,在零交叉之后的较短的时点(t△)上被中断输出。
在此,所述电源波形在零交叉之后,下半个周期开始的既定时间内(t△)为关闭(OFF)状态时,将其约定为'1',所述电源波形在零交叉之后,下半个周期开始的瞬间,接着打开(ON)时,将其约定为'0'。
因此,图2(b)为具有'1011'的信息的开关信号,根据此开关信号,如图2(c)所示变形的电源波形通过电力线被同时施加至多个接收及负荷装置(20)。
在此,所述通信信息'1011'作为举例可被进行各种变形,此类通信信息的内容包括相应负荷即照明灯的开灯、关灯及灯光控制信息,也包括相应照明灯的ID信息。
并且,如所述图2(c)所示,包含有通信信息的变形的电源波形在时点(t△)上具有关闭电源的区间,但,此时点(t△)为非常短的时间,整体上对额定电源供给不形成差异。
所述传输装置(10)的键输入部(11)是指将用于产生具有'1011'信息的控制信号,即开关信号的键控信号输入至所述控制信号发生部(12)的开关电路。
并且,所述接收及负荷装置(20)为并列连接于闭合电路电力线(P)的多个负荷装置,包括:电源供给部(21)、负荷控制部(22)、照明灯(23)、信号检测部(24)及信号处理部(25)。
所述电源供给部(21)接收由电力线(P)输入的电源(AC)而提供照明灯(23)的驱动电源及各个电路部的直流驱动电源。
所述负荷控制部(22)输入由信号处理部(25)提供的通信信号并对其进行分析,并对相应的照明灯(23)进行开灯及关灯,或灯光(Dimming)控制,使得与其相对应。
所述信号检测部(24)检测通过电力线输入的通信信号,所述信号处理部(25)对从所述信号检测部(24)输入的通信信号进行信号处理,而输入至所述负荷控制部(22)。
下面,对按如上所述构成的所述接收及负荷装置(20)的运行进行说明。
根据所述传输装置(10),具有信息"1011"的图2(c)所示的变形的电源波形通过电力线(P)被输入至电源供给部(21)及信号检测部(24)。
输入至所述信号检测部(24)的变形的电源波形被施加至光电耦合器(PC)的发光元件(24a)。
因此,所述发光元件(24a)在如图2(c)所示施加的电源波形到达零交叉附近或电源在被切断的状态的时点(t△)上被关闭,且在其它部位的电源波形上被打开。
根据打开、关闭所述发光元件(24a),受光元件(24b)也被打开及关闭。
作为参考,所述发光元件(24a)为只需提供有最小的额定电压而开灯的元件,因此,电源波形在零交叉点附近因电压不足而关闭。
通过所述受光元件(24b)的打开、关闭动作,如图2(d)所示的脉冲波形被输出至其输出端。
所述光电耦合器(24)的输出信号通过信号处理部(25)进行信号处理而输入至负荷控制部(22)。
所述负荷控制部(22)检测由所述信号处理部(25)输入的值,具有既定脉冲幅度的脉冲(P1、P3、P4)视为信号'1',不具有既定脉冲幅度的脉冲(P2)视为'0',所述输入值被判断为具有'1011'的通信信息的信号。
所述负荷控制部(22)判断检测的所述通信信息是否为用于控制自身的照明灯(23)的信号(确认ID),且判断符合用于控制自身的照明灯(23)的信号时,输出与其通信信号相应的控制信号,即开关灯及/或灯光控制信号,使得从电源供给部(21)供给至照明灯(230)的电源供给的形态不同。
如上所述的本申请人发明的电力线通信***与现有的电源线调制方式相比,具有通信正确等多个优点。
但此类电力线通信***存在有如下缺点。
第一,利用电源生成通信信号时,为了更大提高并切实准确地传输通信信号的识别率,如图2(c)所示的电源切断区间(t△)必须较长。
但加长所述电源切断时间(t△)时,在打开传输装置(10)的开关元件(13)的时点上,电压(Vs)变高。
由此,所述开关元件(13)的打开时点的电压(Vs)变高时,产生开关噪音。
第二,负荷电流通常通过传输装置(10)的开关元件(13)流动,因此,在电流增加,尤其在开关元件(13)开启时,因RDSon电阻值而产生大量的热量。
由于如上所述现象,造成需使用具有大电流容量的半导体开关元件和大容量的散热片的费用和空间的问题。
并且,因所述产生的热量,大量的电能以热量而流失。
第三,在因冷凝成分大而使励磁涌流(Inrushcurrent)为大负荷的情况下,将其并联连接多台时,因流过非常大的励磁涌流,而使半导体开关元件(13)发生破损。
发明内容
技术课题
本发明为解决如上所述问题而研发,本发明的目的为提供一种大容量负荷的闭合电路电力通信***。在传输装置上并列构成由半导体开关元件构成的第1开关和由机械式继电器开关元件构成的第2开关并进行通信时,切断第2开关并通过第1开关执行通信动作,未进行通信时,使第2开关发生短路而通过第2开关,使得电流流动,从而使得在半导体开关元件上产生的热量达到最小化。
并且,本发明的另一目的为提供一种大容量负荷的闭合电路电力通信***,为了生成通信信号,在电源波形的零交叉之后附近切断电源而生成具有较大的脉冲幅度的通信信号用脉冲信号,由此,极大提高通信信号的识别率和准确性。
并且,本发明的另一目的为提供一种大容量负荷的闭合电路电力通信***,再在传输装置的半导体开关元件上串联连接热敏电阻,在初期电源供给时,防止因励磁涌流而造成第1及第2开关烧毁。
并且,本发明的另一目的为提供一种大容量负荷的闭合电路电力通信***,在接收及负荷装置上添加地址设定部,可自由设定受控***照明灯的个别ID。
技术方案
为实现如上所述的目的,本发明包括:传输装置,串联连接于电力线的一侧线上而生成通信信号并通过电力线将其进行传输;至少一个接收及负荷装置,并联连接于所述电力线的两端,接收及检测通过所述电力线传输的通信信号,控制相应负荷;
所述传输装置至少包括:开关控制部,为产生电力线通信信号,向第1开关部及第2开关部生成开关控制信号;第1开关部,串联连接于电力线的一侧线上,并通过所述开关控制部执行开关动作;第2开关部,并联连接于所述第1开关部,并通过所述开关控制部执行开关动作;
所述开关控制部特征在于,在未进行通信期间,执行使所述第2开关部发生短路的控制输出,并且,在执行电力线通信时,使得第2开关部断线,并与电源波形同步,将既定通信信号用开关信号输出至所述第1开关部,并且,包含在流经所述第1开关部的电源波形的零交叉前或后,或前后附近的较短时间内,使得第1开关部断线的开关信号进行输出。
并且,本发明的所述第1开关部由半导体开关元件构成。
并且,本发明的所述第2开关部由继电器开关元件构成。
并且,在本发明的所述第1开关部上构成得使热敏电阻被串联连接于半导体开关元件上。
并且,本发明的所述开关控制部进行控制使得在输入初期电源时,第2开关部断线一定时间,并且,使得第1开关部发生短路,以使电流通过所述第1开关部的半导体开关元件及热敏电阻流动。
并且,本发明的所述接收及负荷装置包括:电源供给部,接收由电力线输入的电源,而提供照明灯的驱动电源及各个电路部的直流驱动电源;负荷控制部,输入由信号处理部提供的通信信号并对其进行分析,控制相应照明灯进行开灯及关灯或调光,以使与其相对应;信号检测部,检测通过电力线输入的通信信号;信号处理部,对由所述信号检测部输入的通信信号进行信号处理并供给至负荷控制部。
并且,本发明的所述负荷控制部还构成有地址设定部,设定对于受控***照明灯的ID。
有利效果
如上所述,本发明具有如下优点:在传输装置上并联构成由半导体开关元件构成的第1开关和由机械式继电器开关元件构成的第2开关,在进行通信时,断开第2开关并通过第1开关执行通信动作,未进行通信时,将第2开关发生短路并通过第2开关而使电流流动,由此使在半导体开关元件产生的热量达到最小化,从而,无需大型的半导体开关元件和大容量的散热片,可节约费用并节省空间。
并且,本发明具有如下优点:为了生成通信信号,在电源波形的零交叉前后附近切断电源,生成具有较大的脉冲幅度的通信信号用脉冲信号,由此,极大提高通信信号的识别率和准确性。
并且,本发明具有如下优点:在传输装置的半导体开关元件还串联连接热敏电阻,在初期电源供给时,可完全防止因励磁涌流而造成第1及第2开关的烧毁。
并且,本发明具有如下优点:在接收及负荷装置上添加地址设定部,可自由设定对于受控***照明灯的个别ID。
附图说明
图1为现有的改良的电力线通信***的构成图;
图2为所述图1的输出波形图;
图3为本发明的大容量负荷的电力线通信***的构成图;
图4为所述图3的输出波形图。
具体实施方式
下面,参照附图对本发明的优选实施例进行更详细地说明。
图3为本发明的大容量负荷的电力线通信***的构成图。
如图所示,本发明大容量负荷的电力线通信***包括:
传输装置(100),串联连接于电力线(P)的一侧线上而生成通信信号,并通过电力线将其传输;多个接收及负荷装置(200),并联连接于所述电力线(P)的两端,接收通过所述电力线传输而至的通信信号,而控制相应负荷。
所述传输装置(100)至少包括:开关控制部(120),为了产生电力线通信信号,向第1开关部(130)及第2开关部(140)产生开关控制信号;第1开关部(130),串联连接于电力线的一侧线上,并通过所述开关控制部(120)执行开关动作;第2开关部(140),并列连接于所述第1开关部(130),并通过所述开关控制部(120)执行开关动作。
并且,所述第1开关部(130)由半导体开关元件(131)构成,所述半导体开关元件(131)为双向晶闸管(Triac)、场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管、晶闸管中的一种。
并且,所述第2开关部(140)由继电器开关元件(141)构成,所述继电器开关元件(141)为电气或机械式继电器(Relay)、半导体继电器(SSR)中的一个。
但所述半导体开关元件(131)及继电器开关元件(141)并非限制于此几种,可进行各种变形。
并且,在所述第1开关部(130)上构成使得热敏电阻(132)被串联连接于半导体开关元件(131)。
并且,所述传输装置(100)还形成有键输入部(110),其输入用于向所述开关控制部(120)生成开关信号的键控信号;通信部(111),从通过网络或其它通信装置的管理***、外置形程序开关、调光开关等控制装置接收控制信号。
下面,对按如上所述构成的传输装置(100)的动作进行说明。
首先,所述开关控制部(120)在未执行电力线通信时,将开启(ON)继电器开关元件(141)信号输出至第2开关部(140)。
即将高信号输出至第2开关部(140)输出,而打开晶体管(Q3)。
之后,电流流至继电器驱动用线圈,继电器的节点发生短路,第1开关部(130)为打开状态或关闭状态,因经过继电器的节点的电阻非常小,负荷上的电流通过继电器的节点流过。因此,电流流至第1开关部(130)时,不发生热。
在此状态下,施加至负荷的电压波形如图4(a)所示。
通过开关的操作或外部的命令,产生通信的需要时,开关控制部(120)首先输出高信号,以使第1开关部(130)打开。打开所述第1开关部(130)时,接着关闭第2开关部(140),使得电流仅通过第1开关部(130)的半导体开关元件(131)流动。
并且,所述开关控制部(120)与电源波形同步而将既定通信信号用开关信号输出至所述第1开关部(130)。
即如图4(a)所示,与流经所述第1开关部(130)的电源(AC)波形同步,而如图4(b)所示,在所述电源波形的零交叉(Zerocross)前后附近的较短时间内,输出使得关闭(off)半导体开关元件(131)的开关信号。
如所述图4(b)所示形态的开关信号具有如上所述通信信号(数据)的意义。
因此可知晓,通过所述半导体开关元件(131)输出的电源波形如图4(c)所示,在零交叉前后附近的较短时点(t△1)上输出被切断。
在此,所述电源波形的电压在零交叉前后附近的既定时间(t△1)为OV状态时,将其约定为'1',所述电源波形的电压在零交叉前后附近上,不存在切断既定时间的区间时,将其约定为'0'。
因此,图4(b)为具有'1011'信息的开关信号,根据此开关信号,如图4(c)所示变形的电源波形通过电力线被同时施加至多个接收及负荷装置(200)。
在此,所述通信信息'1011'作为举例,可被进行各种变形,此类通信信息的内容包括相应负荷即照明灯的开灯、关灯及灯光控制信息,也包括相应照明灯的ID信息。
并且,根据本发明,生成包含有如图4(c)所示的通信信息('1011')的变形的电源波形时,切断电源波形的时点在经过零交叉前后的较短时间(t△1)内形成,因打开或关闭半导体开关元件(131)的时点的电压(VS1、VS2)低,而不发生开关噪音,同时,所述时点(t△1)大于现有的脉冲幅度时点(t△:图2(c)),由此,通信信号用脉冲信号的脉冲幅度变宽。
因此,本发明通过生成具有较大的脉冲幅度的通信信号用脉冲信号,而极大提高通信信号的识别率和正确性。
此时,打开,或关闭半导体开关元件(131)的时点可根据通信的特性进行变化。
即在到达零交叉之前,将关闭开关元件(131)并至零交叉为止的时间称为t△before,将从零交叉直至打开开关元件(131)的时间称为t△after时,t△before及t△after可在0~既定时间内进行任意调整。最后,VS1、VS2可在0V至既定电压之间进行调整。此调整可根据所使用的元件进行选择性地决定。
并且,传输装置(100)的开关控制部(120)完成如上所述的电力线通信信号的输出时,将继电器开关元件(141)打开(ON)信号输出至第2开关部(140),将半导体开关元件(131)关闭(off)信号输出至第1开关部(130)。
因此,如图4(a)所示的正弦波电源波形通过继电器开关元件(141)流至接收及负荷装置(200)。
并且,在本发明中,具有可防止因初期电源输入***时而产生的励磁涌流所造成部件的损伤的功能。
即所述开关控制部(120)进行控制使得在初期电源输入时,将所述第2开关部(140)关闭,并打开第1开关部(130),使得电流通过所述第1开关部(131)的半导体开关元件(131)流动。
因此,输入电源时发生的励磁涌流通过串联连接于所述第1开关部(131)的半导体开关元件(131)的热敏电阻(132)流动,从而防止因所述励磁涌流而造成半导体开关元件(131)或继电器开关元件(141)的烧毁。
所述电源输入后经过既定时间时,再打开所述第2开关部(140),并关闭第1开关部(130),电流执行通过所述第2开关部(141)的继电器开关元件(141)进行流动的普通运转,从而,在普通运转中,使得完全切断因热敏电阻(132)而产生的热量及由此而造成的能量的损失。
并且,所述传输装置(100)的键输入部(110)及通信部(111)将具有为'1011'的信息的控制信号,即用于产生开关信号的键控信号输入所述开关控制部(120)或根据通信而接收及输入由其它装置提供的控制信号。
并且,所述接收及负荷装置(200)为并列连接闭合电路电力线(P)的多个负荷装置,包括:电源供给部(210)、信号处理部(220)、负荷控制部(230)、照明灯(240)、信号检测部(250)、零交叉检测部(260)及比特信号检测部(270)。
所述电源供给部(210)接收由电力线(P)输入的电源(AC)而提供照明灯(230)的驱动电源及各个电路部的驱动电源。
所述信号处理部(220)利用由零交叉检测部(260)及比特信号检测部(270)提供的信号而提取通信信号并将其进行信号处理而传输至负荷控制部(230)。
并且,在所述信号处理部(220)上还构成有地址设定部(221),构成使得可自由设定对于受控***照明灯的个别ID。
在此,所述地址设定部(221)为对于调节(Dip)开关的设定、软件性设定、通信的设定等各种构成。
所述负荷控制部(230)分析由所述信号处理部(220)提供的通信信号而控制相应照明灯(240)使得与其相对应。
所述信号检测部(250)作为检测通过电力线输入的通信信号的电路,包括连接于电力线两端的光电耦合器(251)。
所述零交叉检测部(260)由晶体管(Q5)、电阻(R1)及电容器(C1)构成,通过所述信号检测部(250)而定型所输出的信号,并提供至信号处理部(220),由此,使得所述信号处理部(220)可识别波形的零交叉时点。
所述比特信号检测部(270)由晶体管(Q6、Q7)、电阻(R2、R3)及电容器(C2、C3)构成,通过所述信号检测部(250)而定型所输出的信号,并提供至信号处理部(220),使得所述信号处理部(220)可识别通信信号的正确的比特信息。
下面,对按如上所述构成的所述接收及负荷装置(200)的动作进行说明。
根据所述传输装置(100),具有通信信息"1011"的如图4(c)所示的变形的电源波形被通过电力线(P)输入时,
如所述图4(c)所示的变形的电源波形被输入至电源供给部(210)及信号检测部(250)。
流入至所述信号检测部(250)的变形的电源波形被施加至光电耦合器(251)的发光元件(T1)。
因此,所述发光元件(T1)在如图4(c)所示的施加的电源波形到达零交叉前后附近或切断电源的状态的时点(t△1)上不发光,在其它部位的电源波形上发光。
根据所述发光元件(T1)是否发光,打开及关闭受光元件(Q4)。
作为参考,因所述发光元件(T1)为需提供最小额定电压才开灯的元件,所以,电源波形在零交叉支点附近时,因电压不足而不发光。
通过所述受光元件(Q4)的打开、关闭动作,如图4(d)所示的脉冲波形被输出至其输出端。
所述光电耦合器(251)的输出分别被输入至零交叉检测部(260)及比特信号处理部(270)。
输入至所述比特信号处理部(270)的如图4(d)所示的脉冲波形根据由电容器(C2、C3)构成的时间常数而如图4(e)所述被输出。
并且,如图4(e)中所示的较短区间的脉冲(P2)也可被消除而施加至信号处理部(220)。由此,可更容易地识别信号'1'和'0',但即使较短区间上未消除并显示时,因'1'的情况与其幅度存在差异,使得不难识别'0'和'1'。
由此,所述信号处理部(220)与由零交叉检测部(260)输入的信号同步并检测由所述比特信号处理部(260)输入的输入值,具有既定脉冲幅度的脉冲(P1、P3、P4)识别为信号'1',具有较短脉冲幅度(或消除的脉冲)的脉冲(P2)识别为信号'0',将其进行信号处理而生成具有如图4(f)所示的为'1011'的通信信息的脉冲信号,并输出至负荷控制部(230)。
所述负荷控制部(230)分析由所述信号处理部(220)输入的信号,并判断所述通信信息是否为用于控制本身照明灯(240)的信号(确认ID),判断其符合用于控制本身照明灯(240)的信号时,输出与其通信信号相应的控制信号,即开关灯及/或灯光控制信号,利用控制由电源供给部(210)供给至照明灯(240)的电流等方法,使得可进行开关灯及灯光控制。
因此,需要在普通的闭合电路电力线上进行通信时,由所述传输装置(100)提供的通信信息在相应接收及负荷装置(200)上进行检测,使用者根据所需形态自动控制相应照明灯(240)。
Claims (8)
1.一种大容量负荷的闭合电路电力通信***,其特征在于,
包括:
传输装置,串联连接于电力线的一侧线上而生成通信信号,并通过电力线将其进行传输;
至少一个接收及负荷装置,并联连接于所述电力线的两端,接收及检测通过所述电力线传输的通信信号,控制相应负荷;
其中,所述传输装置至少包括:
开关控制部,为产生电力线通信信号,向第1开关部及第2开关部生成开关控制信号;
第1开关部,串联连接于电力线的一侧线上,并通过所述开关控制部执行开关动作;
第2开关部,并联连接于所述第1开关部,并通过所述开关控制部执行开关动作;
所述开关控制部,在未进行通信期间,执行使所述第2开关部发生短路的控制输出,并且,在执行电力线通信时,使得第2开关部断线,并与电源波形同步,将既定通信信号用开关信号输出至所述第1开关部,并且,包含在流经所述第1开关部的电源波形的零交叉前或后,或前后区间的既定时间内,使得第1开关部断线的开关信号进行输出。
2.根据权利要求1所述的大容量负荷的闭合电路电力通信***,其特征在于:
所述第1开关部由半导体开关元件构成。
3.根据权利要求1所述的大容量负荷的闭合电路电力通信***,其特征在于:
所述第2开关部由继电器开关元件构成。
4.根据权利要求1所述的大容量负荷的闭合电路电力通信***,其特征在于:
在所述第1开关部上构成得使热敏电阻被串联连接于半导体开关元件上。
5.根据权利要求1所述的大容量负荷的闭合电路电力通信***,其特征在于:
所述开关控制部进行控制使得在输入初期电源时,第2开关部断线一定时间,并且,使得第1开关部短路,以使电流通过所述第1开关部的半导体开关元件及热敏电阻流动。
6.根据权利要求1所述的大容量负荷的闭合电路电力通信***,其特征在于:
所述传输装置还形成有:
键输入部,其连接于所述开关控制部,输入用于向所述开关控制部生成开关信号的键控信号;
通信部,其连接于所述开关控制部,从作为控制装置的通过网络或其它通信装置的管理***、外置形程序开关、调光开关接收控制信号。
7.根据权利要求1所述的大容量负荷的闭合电路电力通信***,其特征在于:
所述接收及负荷装置包括:
电源供给部,接收由电力线输入的电源而提供照明灯的驱动电源及各个电路部的驱动电源;
信号处理部,利用由零交叉检测部及比特信号检测部提供的信号而提取通信信号,对其进行信号处理并输出至负荷控制部;
负荷控制部,分析由所述信号处理部接收的通信信号,控制相应负荷使得与其相对应;
信号检测部,检测通过电力线输入的通信信号;
零交叉检测部,将通过所述信号检测部输出的信号定型并提供至信号处理部,使得所述信号处理部可识别波形的零交叉时点;
比特信号检测部,将通过所述信号检测部输出的信号定型并提供至信号处理部,使得所述信号处理部可识别通信信号的正确的比特信息。
8.根据权利要求7所述的大容量负荷的闭合电路电力通信***,其特征在于:
在所述信号处理部上还构成有对于受控***负荷通过拨码开关或软件或通信协议而设定ID的地址设定部。
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